一、技術(shù)背景

J200飛秒激光進樣系統(tǒng)來自美國應(yīng)用光譜公司（ASI），ASI公司是一家專門研究激光剝蝕及光譜分析技術(shù)的高科技公司，研發(fā)人員均為美國勞倫斯伯克利國家實驗室的科研人員。

美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）具有80多年LIBS技術(shù)的研究經(jīng)驗，將該技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體、環(huán)境領(lǐng)域的技術(shù)相融合，致力于激光誘導(dǎo)等離子體光譜和剝蝕技術(shù)在化學(xué)分析領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)，使元素化學(xué)分析簡單快速化，測量結(jié)果精確化，分析過程綠色化。

Dr. Rick Russo為實驗室科學(xué)家，他及其團隊在激光剝蝕領(lǐng)域具有很高的國際聲望。其本人從事激光與材料相互作用機理及相關(guān)應(yīng)用研究達30余年，對于的激光、光譜儀器、成像系統(tǒng)、計算及電子器件具有豐富的經(jīng)驗，發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，獲得22項。Dr.Russo從1982年至今在美國勞倫斯伯克利國家實驗室工作，目前，是該實驗室的科學(xué)家。Russo博士于2004年創(chuàng)建了ASI公司，將激光剝蝕/光譜技術(shù)商業(yè)化，應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體、環(huán)境和國防領(lǐng)域。公司成立之初就與美國、能源部、國家航空和宇宙航行局簽訂了多個合同。

二、系統(tǒng)功能及用途

J200飛秒激光進樣系統(tǒng)與等離子體質(zhì)譜連用，組成LA-ICP-MS系統(tǒng)，可應(yīng)用于礦物元素定量分析、鋯石U-Pb定年、礦物熔體和流體包裹體分析、微區(qū)同位素分析和定年技術(shù)研究等地質(zhì)研究領(lǐng)域。

J200飛秒激光進樣系統(tǒng)可與市面上的普通四級桿質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀和多接收質(zhì)譜儀等常見質(zhì)譜儀聯(lián)用。

三、硬件特點

飛秒激光技術(shù)驅(qū)動下，在分析性能方面取得的革命性進步

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)集成了經(jīng)過驗證的飛秒激光源，該激光源是基于Yb直接二極管泵浦技術(shù)。在1030nm的基本波長附近的遠程級二極管泵激光器，激光脈沖放大產(chǎn)生足夠的激光能量，從而提高量子效率，減少熱損失，可進行更為有效地激光剝蝕。飛秒激光源技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，用于激光視力矯正手術(shù)和白內(nèi)障手術(shù)，J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)將飛秒激光源技術(shù)可靠性提升到一個新高度。

Yb直接二極管泵浦技術(shù)

自動調(diào)整樣品高度，保證激光剝蝕的一致性

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)采用了一種自動調(diào)高傳感器，該傳感器的設(shè)計考慮到了樣品表面的形態(tài)變化。這一特性使得系統(tǒng)能夠保持精確的激光聚焦，不論高度差異如何，在所有采樣點上提供相同的激光通量，并在所有采樣點上實現(xiàn)一致的激光剝蝕。這一創(chuàng)新的傳感器特性是由應(yīng)用光譜公司的科學(xué)團隊研發(fā)的一項技術(shù)。

一種正在申請的創(chuàng)新集氣管設(shè)計

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)具有的微集氣管設(shè)計，由不銹鋼和銅共同組成，減少脫氣，防止剝蝕顆粒集結(jié)，消除記憶影響，該項技術(shù)正在申請。組裝方式簡單，方便對輸氣管道進行定期清理。

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)新型微集氣管

Flex樣品室內(nèi)置鑲嵌塊，優(yōu)化氣流和顆粒清潔能力

根據(jù)測量需要（主要成分分析、包裹體分析、高分辨率深度剖析、元素映射，等等），有必要對樣品室的各個性能指標進行優(yōu)化，指標包括：沖洗時間、顆粒混合、樣品室內(nèi)的流動特性。Flex樣品室可以容納直徑為4英寸的樣品，使用一組可互換的頂部和底部鑲嵌塊來調(diào)節(jié)流動條件和微粒沖洗時間。而且，F(xiàn)lex樣品室還能為等離子體光提供視角，從而保證在激光剝蝕過程中，進行靈敏的LIBS檢測。

創(chuàng)新的Flex樣品室

高精度氣體流量控制系統(tǒng)

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)的氣體控制系統(tǒng)使用了兩個高精度、數(shù)字化質(zhì)量流量控制器和電子控制閥，用于氬氣、氦氣及補充氣體的輸送。

運輸氣體和補充氣體流向樣品室，ICP-MS系統(tǒng)按順序自動運行，并被精確控制，帶來理想的氣流，防止等離子體火焰熄滅。預(yù)設(shè)配置可以選擇輸送氬氣、氦氣或補充氣體。

氣體流量控制系統(tǒng)

通過雙攝像頭和照明實現(xiàn)的樣品可視化

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)擁有的照明系統(tǒng)以及高倍光學(xué)變焦功能（達到60X），清晰呈現(xiàn)樣品的表面細節(jié)。由于配備了雙高分辨率CMOS成像攝像機，J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)可以提供廣角視野和高倍成像，以精確地研究精細區(qū)域(見下圖)。廣角視野視圖可以保存，并用于定位不同的樣品位置，使用高倍鏡研究樣品。J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)具備三種照明模式來提高圖像質(zhì)量和對比度：擴散式LED光源，透射光和同軸反射光，光的強度和顏色可控。

清晰、高倍放大的樣品表面圖像

同軸光線不同顏色和強度下的樣本圖像對比

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)最多可以配備兩個LIBS檢測器，同時進行LIBS和LA-ICP-MS的分析。這一具有里程碑意義的創(chuàng)新在世界上是無二的，J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)也因此能夠分析僅使用ICP-MS無法檢測到的元素，例如C、O、H、N、F等元素、鹵素以及輕元素。

四、軟件特點

的Axiom軟件，便于ICP-MS儀器的激光采樣參數(shù)控制

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)操作軟件——Axiom，具有直觀友好的圖形用戶界面，可瀏覽不同樣品區(qū)域，并建立靈活的激光采樣方案。Axiom具有雙向通信控制，實現(xiàn)了與您的ICP-MS的集成級別。我們創(chuàng)新的軟件設(shè)計允許分析人員為各種硬件組件操作創(chuàng)建時間順序指令，創(chuàng)建軟件“方案”。將多個方案整合在一起，您可以享受自動化的測量體驗。

獲得清晰樣品圖像，制定復(fù)雜的激光采樣模式

系統(tǒng)軟件提供大的視頻窗口，顯示清晰的、詳細的樣品圖像。分析人員可以在樣品圖像上設(shè)計任意的激光采樣模式，包括光柵線、曲線、直線、隨機點、任意尺寸網(wǎng)格或預(yù)先編制的模式。甚至樣品上具有挑戰(zhàn)性形狀的結(jié)構(gòu)也可以使用Axiom的模式生成工具進行突出顯示，并精確分析元素或同位素含量。

雙攝像系統(tǒng)輕松導(dǎo)航定位樣品

J200飛秒激光剝蝕進樣系統(tǒng)配備兩個攝像頭，向分析人員提供樣品的廣角視野和高倍成像。Axiom允許用戶先獲取樣品的廣角視圖，然后使用保存的圖像導(dǎo)航不同的樣品位置，觀察高倍放大的選定點。

智能氣流控制，限度地獲取ICP-MS等離子體的穩(wěn)定性和分析性能

Axiom系統(tǒng)軟件具備智能輸送和補充氣控制功能，允許對每種氣體進行編程，使其達到最終的設(shè)置點，氣體流量閥的高度同步開關(guān)，提供穩(wěn)定的ICP-MS等離子體條件。預(yù)設(shè)閥配置可選擇氬氣或氦氣作為輸送氣或補充氣。

軟件方案使您能夠控制自動測量

您可以將多個硬件組件指令分組，并及時對它們進行排序，以創(chuàng)建一個Axiom LA采樣方案。方案一經(jīng)創(chuàng)建，之后就可以將它們調(diào)出，并將它們組合，以提供高度自動化的檢測體驗。我們只需“調(diào)出”整個方案以重復(fù)實驗，或者復(fù)制方案的一部分，將其與新的指令結(jié)合起來，以解決新的采樣方案。

從時間解析的ICP-MS信號到完整的定量結(jié)果

Axiom LA軟件是ICP-MS數(shù)據(jù)管理和分析工具，這些工具對于獲得精確的定量結(jié)果和精確的統(tǒng)計非常重要。有了Axiom LA軟件，分析者可以選擇感興趣的同位素并顯示它們的時間分辨ICP-MS信號以進行比較分析。定義時間集成范圍，保存它們，并將它們應(yīng)用到文件或目錄中的所有ICP-MS數(shù)據(jù)，可以輕松地估計集成強度和RSD值。同時，時間分辨ICP-MS信號也可以非常流暢，并且可以輕而易舉地獲得TRSD（時間相對標準偏差）統(tǒng)計學(xué)數(shù)值。

五、技術(shù)優(yōu)勢

LA-ICP-MS 的量子級飛躍

J200飛秒激光進樣系統(tǒng)是LA-ICP-MS技術(shù)向高精度、高準確度、高靈敏度水平發(fā)展的重大突破。飛秒級的脈沖寬度使樣品直接被汽化，然后去激態(tài)形成類似于晶體的納米級均勻顆粒而被載氣輸送進ICP-MS，無分餾現(xiàn)象，這意味著剝蝕的顆粒能真實地代表樣品的化學(xué)特性，這是長脈沖激光技術(shù)無法達到的。

飛秒與納秒熱效應(yīng)影響示意圖

減少樣品的依賴性，比霧化技術(shù)精度高

J200激光進樣系統(tǒng)剝蝕樣品精度高，且沒有熱效應(yīng)。而采用長激光脈沖的系統(tǒng)，會發(fā)生多種熱過程，改變剝蝕樣品的數(shù)量和化學(xué)成分，如改變熱特性等；并且無論采用什么波長，如266nm, 213nm 或193nm, 為了準確定量的分析元素和同位素，需要高精度的、與測量樣品相匹配的標準物質(zhì)。而J200激光進樣系統(tǒng)剝蝕均勻一致，剝蝕的樣品顆粒能真實代表樣品的化學(xué)特性，無需高度匹配的標準物質(zhì)，也能進行高精度LA-ICP-MS測量。

剝蝕顆粒均勻一致，確保高精度和高靈敏度測量

J200激光進樣系統(tǒng)產(chǎn)生的樣品顆粒均勻一致，且尺寸分布合理，一般在10-200nm，運輸效率高。到達ICP源的顆粒能被消解，產(chǎn)生穩(wěn)健、恒定的瞬時ICP-MS信號。而長激光脈沖系統(tǒng)產(chǎn)生的樣品顆粒大（常大于數(shù)微米），駐留在輸送管中，導(dǎo)致運輸效率低，并且降低了分析的靈敏度。大樣品顆粒還會在ICP-MS的瞬時信號中產(chǎn)生峰值，導(dǎo)致測量精度降低。

元素和同位素的分餾最少

在LA-ICP-MS測量過程中引起元素或同位素分餾的兩大主要過程是：（1）非化學(xué)計量物質(zhì)剝蝕的熱過程；（2）大樣品顆粒在ICP源不消解。J200施加高能激光的時間比長脈沖系統(tǒng)短，最短達1/10000。J200系統(tǒng)通過非熱過程，施加超高激光輻射剝蝕樣品，產(chǎn)生的顆粒能在ICP源消解，確保在測量過程中獲取高精度、穩(wěn)定的元素或同位素信號。