近日，上海凱來實驗設備有限公司成功地完成了清華大學BP清潔能源研發(fā)與教育中心的激光誘導擊穿光譜儀(LIBS)的安裝調(diào)試工作。目前這套Spectrolaser 4000 Target LIBS系統(tǒng)標配有532nm激光源，最大能量為1064nm，300mj，4通道光譜儀，CCD檢測器，內(nèi)置圖像2維掃描系統(tǒng)，將協(xié)助該中心進行煤炭領域的研究工作，最終目標將在煤礦，發(fā)電廠等企業(yè)實現(xiàn)在線快速分析，這標志著中國在煤炭的元素分析領域?qū)⒄莆找环N嶄新的分析手段。

　　

清華大學BP清潔能源研發(fā)與教育中心的激光誘導擊穿光譜儀(LIBS)

　　

LIBS應用專家講解中

　　

激光源導出系統(tǒng)實驗

　　

在大氣環(huán)境中激發(fā)效果

　　

外置激光源空氣中測試名片中元素含量的實驗

　　

標煤(GBW111 O2i)

　　

標煤(GBW111 O2i)LIBS 圖譜1

　　

標煤(GBW111 O2i)LIBS 圖譜2

　　標煤(GBW111 O2i)結果顯示，該樣品煤中含有Si, Fe, N, Ti, C, Mg, Ba, Na, Sr, K, Ca, O、H、Al等多種元素，其中總S含量為33.51%(偏差為0.18%)，揮發(fā)性硫含量為24.92%(偏差為0.29%)，C含量為49.83%(偏差為0.35%)，H含量為2.98%(偏差為0.14%),N含量為0.90%(偏差為0.03%)，完全符合標準。

　　傳統(tǒng)的煤分析方法不僅樣品前處理復雜，實驗操作步驟冗長，而且用戶需要大量的經(jīng)費用于購買不同的儀器和試劑。然而，利用LIBS進行煤炭分析，樣品制備簡單，用戶僅需短短二十秒，即可輕松的從軟件中準確讀出樣品的所有元素以及各元素的含量。因此，LIBS的出現(xiàn)大幅度提高了實驗人員的工作效率，節(jié)約了成本。

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煤炭分析背景資料

　　煤炭是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎，煤炭企業(yè)生產(chǎn)的煤炭產(chǎn)品不僅要在數(shù)量上滿足國民經(jīng)濟各物質(zhì)生產(chǎn)部門的生產(chǎn)和人民群眾的生活需要，而且也要在質(zhì)量上滿足不同用戶的使用要求。

　　長期以來，我國煤炭供需關系總的來講一直比較緊張，只要將煤炭從地下采出，銷售就不成問題，這在一定程度上也淡化了人們的質(zhì)量意識。但發(fā)展到今天，煤炭質(zhì)量問題己引起越來越多用戶的高度重視，對煤炭企業(yè)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。從目前煤炭市場情況看，煤質(zhì)不好，不僅價格較低，而且煤炭的利用率較低，浪費嚴重。據(jù)統(tǒng)計，我國煤炭平均利用率約在30%左右。一般來說煤炭燃燒時，煤質(zhì)越差，熱損失越多，熱效率也就越低，耗煤數(shù)量也越多。如普通鍋爐使用灰分為4O%的原料煤與使用灰分為90%的原料煤相比，熱效率至少相差10%?？梢?，由于煤質(zhì)不好或供煤品種的不對路，其浪費是驚人的。

　　同時，我國每年因燃煤而產(chǎn)生的硫的氧化物和氮的氧化物的總量在1000萬t以上，這些有害的酸性氣體排入大氣后，在一定的條件下與雨水一起再降到地面。相當于從空中降下2000多萬t強酸，對環(huán)境污染很大，特別是煙煤中所含苯并芘對人體危害最大，其濃度每增加百萬分之一，癌發(fā)率上升5%。由上可見，提高煤炭質(zhì)量，不僅可以達到節(jié)約煤炭，降低用戶生產(chǎn)成本的目的，而且有利于環(huán)境的保護，減輕煤炭利用對環(huán)境的污染。

　　為了嚴格控制煤炭的質(zhì)量，1987年，國家標準局發(fā)布《煤質(zhì)分析試驗方法一般規(guī)定》(GB/T 483-1987)。其中包括：煤的元素分析方法;煤中碳和氫測定方法電量—重量法;煤中全硫的測定方法;煤中各種形態(tài)硫的測定方法;煤中磷的測定方法;煤中砷的測定方法;煤中氯的測定方法;煤中氟的測定方法;煤中鍺的測定方法;煤中鎵的測定方法;煤灰中鉀、鈉、鐵、鈣、鎂、錳的測定方法(原子吸收分光光度法);煤中鉻、錫、鉛的測定方法;煤中鈾的測定方法;煤中釩的測定方法;煤中硒的測定方法;煤中汞的測定方法等等(詳見GB/T 483-1987)。

　　傳統(tǒng)的方法不僅樣品前處理復雜，實驗操作步驟冗長，而且用戶需要大量的經(jīng)費用于購買不同的儀器和試劑。然而，利用LIBS進行煤炭分析，樣品制備簡單，用戶僅需短短二十秒，即可輕松的從軟件中準確讀出樣品的所有元素以及各元素的含量。因此，LIBS的出現(xiàn)大幅度提高了實驗人員的工作效率，節(jié)約了成本。

　　

實驗室留影1

　　

技術交流會議合影留念

　　LIBS 技術背景介紹

　　激光誘導擊穿光譜儀(LIBS)，無論是在樣品制備、檢測元素及分析時間上都明顯優(yōu)異于傳統(tǒng)分析技術。其基本原理是使用高能量激光光源在分析材料表面形成高強度激光光斑(等離子體)，使樣品激發(fā)而發(fā)光， 通過檢測系統(tǒng)對激發(fā)光信號的分析從而對待測樣品元素進行定性和定量分析。

　　早在1961年，相關技術的論文已發(fā)表在了Brech上，但由于當時的激光發(fā)射器造價較高，實際生產(chǎn)的應用并不多見。隨著激光發(fā)射器的商業(yè)化，LIBS已經(jīng)逐漸應用在各行各業(yè)：環(huán)境：土壤，微粒，沉積物;材料分析：金屬，礦渣，塑料，玻璃、煤炭;法醫(yī)和生物醫(yī)學：牙齒，骨頭;計量學：硅晶片，半導體材料;生物學研究：植物，谷物;國防和軍事：爆破，生化武器;藝術品修復和保存：顏料;寶石學和冶金術：貴金屬，寶石。

　　上海凱來擁有一支理論知識扎實和實踐經(jīng)驗豐富的團隊，秉承著為客戶提供完善技術服務的理念，與清華大學BP清潔能源研發(fā)與教育中心合作開發(fā)LIBS在煤炭領域中的應用。此次合作也對LIBS技術的肯定，歡迎任何對此技術方法感興趣的分析工作者一起探討，同時我們可以提供測試服務。相信在不久的將來，LIBS將具有廣闊的市場前景。