一、引言

激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种无需样品预处理、可实现多元素同步检测的快速分析技术。近年来，随着高功率激光器、高速光谱采集系统与人工智能算法的进步，LIBS在冶金、废金属分拣、过程控制等领域实现了广泛应用。本文将详细介绍该技术的工作原理、系统构成及其在实际生产中的应用案例，并展望其未来发展。

二、技术原理与系统组成

1. LIBS检测基本过程

LIBS技术的核心是利用高能量激光脉冲照射样品表面，瞬间产生高温等离子体。等离子体冷却过程中会发射出特定波长的光谱，这些光谱包含了样品中各种元素的特征信息。通过光谱仪捕捉这些信号，并与标准光谱库比对，即可识别样品的化学成分。

2. 系统组成

一套完整的LIBS系统通常包括：

高能激光器：用于激发样品表面；

光学聚焦系统：将激光精准聚焦于样品表面；

光谱采集模块：包括光谱仪和高速CCD/ICCD相机；

数据处理与分析软件：用于光谱解析、元素识别与含量估算；

机械定位装置：如机械臂或传送带，实现样品自动扫描。

三、关键技术优势

无需样品制备：直接检测固体、液体、粉末样品，节省时间和成本；

多元素同时检测：一次测量即可获取多种元素的信息；

快速响应：检测时间短，适用于在线监测；

适应性强：可在恶劣环境下工作，如高温、粉尘、腐蚀性环境中。

四、典型应用案例

1. 连铸坯成分在线监控

在钢铁厂连铸车间，LIBS系统安装在生产线旁，实时检测出炉钢水浇注后的连铸坯成分，帮助调整合金配比，优化冶炼工艺。

2. 废金属回收自动分拣

废旧金属中含有多种合金类型，传统分拣方式效率低。LIBS系统可快速识别不锈钢、铝合金、铜合金等种类，实现高效回收与资源再利用。

3. 化工与制药行业原料检测

在化工和制药企业中，原材料质量直接影响最终产品性能。LIBS可用于快速筛查杂质元素，确保原料符合标准。

五、面临的挑战与发展趋势

1. 当前挑战

检测精度受限：受样品表面状态、环境光等因素影响，定量分析仍有误差；

光谱干扰问题：不同元素之间可能存在谱线重叠，影响识别准确性；

系统成本较高：高端LIBS设备价格昂贵，限制了普及率。

2. 发展趋势

手持式LIBS设备研发：便于现场检测，降低使用门槛；

AI驱动的数据分析平台：提升识别准确率与自动化水平；

多技术融合检测系统：如与X射线荧光（XRF）、拉曼光谱联用，形成互补；

绿色检测理念推广：减少检测过程中的能耗与废弃物排放。