LIBS 분석 원리

1. 일반적으로 5~6mJ/pulse, 50Hz의 에너지가 시료에 조사된다.

  Laser는 focusing lens를 통과하여 약 50um 사이즈로 시료에 집속된다.

  Pulse 에너지는 시료를 기화시켜 플라즈마를  생성시키기 위한 충분한 에너지를 만들기 위해 약 1~2ns 정도 지속된다. 

2. 플라즈마는 약 수백 micro second내에 cooling 되고 원소 내 전자들은 다시 제 위치로 돌아가며 이 때 빛이 방출된다.

3. 장비 내 검출기(spectrometer)는 방출되는 빛의 wavelength와 intensity를 측정한다.
4. S/W 는 알고 있는 wavelength와 비교하며 어떤 원소가 존재하는지 확인하며, spectrum의 intensity를calibration에 적용, 원소의 농도를 정량 분석한다.

LIBS의 특징

1. Argon Purge
  SciAps LIBS  Z-200, Z-300(이하 Z)은 argon canister가 내부에 장착되어 있고, 이를 사용자가 교체 가능한 유일한 휴대용 LIBS 분석기이다.

  이미 OES 사용자들에 의해 입증되었듯이 argon purge는 10배 이상의 감도를 제공하여, air based LIBS 와는 비견할 수 없는 정확성과 limit of detection을 제공한다.

  Z가 aluminum alloy, stainless, iron base, nickel super alloy 영역에서 미세한 분류를 정확하게 분석할 수 있는 이유는 바로 argon purge 때문이다.

2. Cleaning Mode
  지저분한 Scrap?, 산화되거나 먼지 쌓인 metal 조각? Z는 grinding이나 표면 처리를 별도로 하지 않고도 분석할 수 있도록 cleaning mode를 지원한다.
  누구나 원하는 요구사항 이지만 휴대용 분석기에서는 찾아볼 수 없었던 중요한 기능이다.

  Cleaning mode 에서는 표면 오염을 완전히 없애기 위해 0.2초 동안 50Hz laser가 10회 조사된다.

  그 후 LIBS는 깨끗한 표면에서의 데이터를 수집할 수 있다. 

3. Rastered 2D Laser
  LIBS는 30년 이상 실험실에서 사용되어 왔으며, 그 기술과 관련된 수백권의 과학 논문들이 있다.

  이들 논문에 따르면 최적의 정밀성을 얻기 위해 분석기는 시료의 서로 다른 위치에서의 데이터를 획득하고 이의 평균값을 이용해야 한다.
  또한 레이져는 시료의 아주 좁은 위치에 집속되어야 한다(50um).

  이는 많은 연구자들이 원하는 기능으로 Z에 그대로 적용되었다.

  Z는 시료의 서로 다른 위치로 레이저를 자동으로 움직이며 데이터를 획득하며, 0.X 초 이내에 이를 자동으로 평균낸다.

LIBS의 주요 응용 분야

1. Carbon
 - PMI 응용에서 0.2%C 이상의 grade separation, carbon steel 확인
 - 선박, 자동차, 철로, 발전소 외 분야에서 활용
2. Lithium
- Batteries, 자동차 관련 산업에서 원료 Lithium의 순도 검사에 활용
- Battery의 layer 검사에 활용
- Engine, turbine등의 coating material test에 활용(Cleaning shot 으로 surface, depth 분석 가능)

3. Aluminum alloy & Electronics
- Al, Mg, Cu alloy 분석에서 XRF 보다 빠르고 정확한 결과 제공
- 몇 종의 stainless alloys, Ni, Co, Ti alloy 에서 Si, Al 분석 가능
- Al의 수입 검사에 활용

4. Food and pharmaceutical
- Ionically bound compound(NaCl, KCl, chlorides, acetate) 분석을 위한 휴대용 분석 솔루션 제공
- LIBS로 ionic salt를 빠르고(3초 이내)정확하게 분석