未来科技,现在实现——LIBS在线矿物元素分析利器

原创 Tiffany HOT浩特智能科技 2023-05-11 发表于四川

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背景

随着工业化进程的加速,煤炭资源的开采与利用也变得越来越重要。为了满足不断增长的能源需求,煤炭行业需要通过技术创新提高煤质资源的开发和利用效率。而在线煤质实时分析技术正是满足这种需求的有效手段之一。近年来,随着智能科技的不断进步,LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)技术成功应用于在线煤质实时分析领域,成为全球煤炭行业中备受关注的技术。LIBS技术在现代科技发展中有着越来越广泛的应用。浩特(成都)智能科技有限公司致力于将LIBS技术应用于各个领域,从而提升产品的质量和工作效率,为客户创造更大的价值。


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什么是LIBS技术

LIBS技术,即激光诱导击穿光谱技术,是一种新型的、先进的原子光谱分析技术。它利用激光脉冲将样品激发,样品中原子分子产生的等离子体发生不连续跃迁时辐射出的原子光谱线进行元素分析。目前,LIBS技术已被广泛应用于材料科学、环境监测、生命科学、矿物资源勘探等领域,扮演着越来越重要的角色。煤的元素分析是评价煤炭质量的重要指标,对合理利用煤炭资源具有指导意义,在煤质分析中,LIBS技术作为一种快速成分分析手段,能够在极短时间内对样品中各种元素进行准确地测量和判别,为煤炭行业提供了一个全新的煤质实时在线测量和控制手段。

光谱数据处理是LIBS技术测量的关键环节,其目的是构建LIBS光谱与煤质特性指标之间的关联。煤的成分十分复杂,含有碳、氢、氧、氮、硫、铝、硅、铁、钙等元素。煤的灰分主要为矿物元素和金属元素的氧化物,故灰分含量与矿物元素和金属元素特征谱线强度相关。挥发分主要为水分、氢气、氮氧化合物和碳氢化合物,而发热量主要与煤中有机物和矿物含量有关。煤的LIBS光谱中包含了上述元素的多条特征谱线,因此通常结合多元回归分析方法,以LIBS光谱为输入变量,建立良好的煤质特性分析模型。


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LIBS的优势

LIBS可以作为能够看到元素成分的“眼睛”快速获得数据,为过程工业提供快速的在线/原位元素成分、含量分析结果,从而对大型过程工业(比如煤炭生产、利用,冶金,水泥生产等)效率提高及节能减排起到巨大的作用。

1. 非接触、非损伤:LIBS作为一种非接触、非损伤的检测技术,无需样品准备、提取等繁琐步骤,可以实现实时检测,从而大大提高了检测效率和样品分析速度。

2. 快速高效:相比传统的光谱分析技术,LIBS具有非常高的检测速度和分辨率,可以在数微秒内对数十种元素进行检测,检测速度快,能够对煤炭的质量进行实时监测和控制。

3. 高灵敏度:LIBS可以检测到很低浓度的元素和分子,其检测灵敏度通常可达到ppm或ppb级别,甚至可达到ppq级别。这意味着LIBS可以检测到非常微小的样品含量,从而满足科研、生产、质检等领域的高灵敏度分析需求。

4. 多元素、多分子同时检测:由于LIBS可以实现多元素、多分子同时检测,适用于多种样品的分析和检测。

5. 适用性强:LIBS技术适用于各种类型的煤质样品,包括粉煤、煤矸石、原煤等。其样品类型并不会影响LIBS技术的测量结果

6. LIBS还具有安全无辐射、成本低等优点,是目前先进的煤质在线监测技术。它可完全取代时间滞后的人工煤质离线采制化分析,可节约2-3人的人工成本。


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LIBS技术的应用


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材料分析

LIBS技术可以实现材料成分的实时、快速、准确的分析,用于材料的品质检测和质量控制,和产品设计的依据,防止次品产品进入市场,避免经济损失。

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冶金领域:

LIBS技术可以对冶炼过程中的材料进行实时监测,对金属物质进行分析,控制还原过程中氧气含量的变化,避免金属品质的下降。

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矿物元素分析:

LIBS技术可以用于矿物元素分析,可以非接触式的分析岩石样品中的元素含量,构建三维或四维矿产储量预测模型,为地质工程提供更为准确的预测和分析。

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环境监测:

LIBS技术还可以用于环境污染的检测,可以非接触式检测土壤、水源中的有害元素,实现快速、准确的分析,从而获得土壤重金属污染情况,也可以进行地沟油的辨识研究,为环保部门提供分析数据和数据支持。

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临床医学:

LIBS还可以进行微区分析,从而获得元素成分面分布,从而在临床医学上有应用前景,比如对病变细胞边界的确定等。

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深海探测:

中国海洋大学已经应用LIBS进行深海羽流的成分检测,以对深海探测做出更多的支撑作用。

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太空领域

火星计划最重要的化学分析技术就是LIBS,比如我国“天问一号”火星车“祝融号”上最重要的化学分析设备就是LIBS,用于原位分析火星岩石成分,可以对在原位对火星土壤进行元素成分分析,从而获得对火星更多的认识。

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军事领域

LIBS可以结合Raman技术,对爆炸物进行原位快速鉴别,从而保护警察和军人免受恐怖袭击。

未来,随着科技的不断发展,LIBS技术将不断优化和升级,应用领域也将继续拓展和深化。同时,随着环境污染、生命健康等问题的日益严重,LIBS将在环保、医药、食品安全等领域扮演越来越重要的角色,为实现可持续发展做出贡献。

LIBS 运行视频(视频末尾部分)
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总结

未来科技,现在实现。随着现代科技的日新月异,LIBS技术在各个领域的应用将会越来越广泛。浩特(成都)智能科技有限公司致力于将技术理论融进生产实践,坚持笃行致远的理念,以专业的技术服务、高效的产品解决方案和贴心的售后服务为客户带来更多的价值,为客户创造更多的商业机会,推动LIBS技术在工业生产中的发展。


END









作者简介


陈芙蓉(Tiffany Chen),现任职于浩特(成都)智能科技有限公司国际部,负责推动公司在国际市场的拓展,并积极参与国内外项目的执行和交付。依托于公司提供的平台和资源,她对LIBS技术有一定的了解,并将LIBS技术与公司的业务需求相结合,探索LIBS技术在矿业领域的应用,为客户提供更优质的解决方案和服务。


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