赛普司SciAps 在 SciX 2022 手持式上 LIBS 应用
阅读下面的新兴应用程序 科学X 使用手持式 LIBS，由帮助编写便携式光谱学和光谱学书籍的人创建。
SciX 由 FACSS 主办，是分析化学家寻求科学交流的领先会议，独特地融合了涵盖分析化学领域的技术会议、前沿展厅和交流机会。
基本原理
拓宽商用手持式 LIBS 应用的基本方法
马蒂厄·鲍德莱，克里斯汀·利文斯顿，玛格达莱娜·E·杰克逊； 中佛罗里达大学伦斯勒理工学院免校准方法已成功应用于实验室条件下的 LIBS (CF-LIBS)。 然而，在没有可用标准（例如人类学和考古学）的情况下，越来越需要现场分析来分析 27 个样本。 因此，使用便携式手持式 LIBS (hhLIBS) 仪器分析这些材料更为实用。 本研究确定了免校准方法是否可以应用于 LIBS 数据，以使用 LIBS 成功测量元素浓度。 展示免校准 LIBS 作为准确定量技术的能力将减少对基质匹配标准的需求，并将扩大实地工作中的分析应用范围。 结果以及关于传统和手持式 LIBS 等离子体之间根本区别的讨论将成为本次演讲的重点，以确定我们可以将定量便携式 LIBS 带入校准标准尚不可用的领域的范围有多大。
化学计量学
分类算法在便携式仪器数据中的应用
凯琳切拉尼、卡尔·布克什、乔斯林·阿尔坎塔拉-加西亚、泰勒·科普伦、詹姆斯·乔丹、威廉·约翰斯顿、阿米莉亚·斯皮德、雷切尔·麦考密克、奥利维亚·耶格、卡罗琳·陈； 特拉华大学、美国地质调查局、费尔蒙州立大学、陆军公共卫生中心、Noramco、Eurofins PSS Insourcing应用于各种便携式仪器应用的化学计量学手持式仪器的出现和日益普及使得分析实验室能够扩展到以前无法到达的位置。 虽然具有现场便携性的主要权衡是光谱分辨率降低，但多变量数据分析的实施可用于克服相对于台式仪器整体性能下降的某些方面。 便携式仪器与化学计量学分类算法相结合的可行性在两个不同的应用中得到了体现。 首先，展示了对来自黄檀属及其相似物的热带硬木个别物种的成功分类。 在此分析中，使用激光诱导击穿光谱 (LIBS) 在不同条件下收集每种硬木的元素指纹 - 包括具有许多光谱的低信噪比 (S/N) 和具有较少光谱的高 S/N - 并区分一系列分类算法，包括偏最小二乘判别分析 (PLS2-DA)、k 最近邻 (k-NN)、分类与回归树 (CART)、随机森林 (RF) 和支持向量机 (SVM)。 从这项研究中可以得出结论，LIBS 不仅是一种可行的识别木材种类的手持式工具，而且使用 SVM 建模的高质量数据的光谱更少也能产生最佳分类结果。 其次，使用光纤反射光谱 (FORS) 和 X 射线荧光 (XRF) 分析历史纺织品，并根据平面分类器“决策规则”进行分类。 决策规则是基于可见反射峰创建的，并且相对于艺术保护文献中讨论的其他相关波长范围显示出更好的聚类。 此聚类分析问题表明，在对纺织品进行染色时，发色团的数量非常少，以至于纺织品颜色等整体特性压倒了痕量分析信号。 此外，至少对于纺织品，这项工作中提供的 XRF 光谱表明 FORS 拐点与纺织品和媒染剂的元素组成无关。
地质应用
从矿产资源和钟乳石到土壤和街道安全：改善我们生活质量的 LIBS 应用
南希·麦克米伦; 新墨西哥州立大学具有化学计量分析和 AI 的激光诱导击穿光谱 (LIBS) 提供了潜在的破坏性功能。 每个 LIBS 光谱都包含大量信息，包括天然元素的浓度、同位素比率和结构信息。 几个项目突出了 LIBS 光谱化学计量学分析的独特特征。宝石的地理来源很重要，因为：1) 宝石价值部分基于出处，以及 2) 旨在限制侵犯人权的协议取决于准确的出处确定。 在三组分化学图上比较相对较小样本集的组成相似性的传统技术产生的结果并不令人满意。 使用 LIBS，Kochelek 等人。 (2015) 研究了来自 569 个国家 21 个地点的 11 颗红宝石和蓝宝石，成功预测原产地矿的成功率为 97.9%（蓝宝石）和 95.4%（红宝石）。 这种方法是成功的，因为样本和变量的数量都很大。 识别生物和非生物方解石洞穴形成不仅可以绘制细菌当前活跃的空间分布图，还可以绘制它们过去活跃的空间分布图，这种方法可能有助于寻找地外生命。 使用台式和手持式 LIBS 装置对来自美国新墨西哥州 Fort Stanton Cave 的方解石样品进行了分析； 化学计量学模型使这两种仪器的成功预测率为 92%。 快速测量土壤中的关键养分可以定制肥料，以仅提供特定地块中缺失的养分 Omer 等人。 (2020) 校准 LIBS 和可见-近红外光谱以确定土壤中关键养分的浓度，证明 LIBS 提供了良好的校准曲线。 最后，道路中使用的骨料会影响路面质量。 自动 LIBS 装置分析岩石骨料样品； 然后化学计量分析从校准光谱中提取工程特性，其中一些与化学成分直接相关。 开发了成功的模型来预测聚集体的比重、冻结/解冻期间的膨胀和摩擦特性，以及聚集体中有害物质的识别。 这些应用说明了这项技术改变我们对日常生活中所用材料的质量和来源的看法的力量。
LIBS 对矿产资源的贡献：从多元素分析到矿物图谱
塞西尔·法布尔; 洛林大学 / GeoRessources矿物学和岩相学研究需要能够强调地质样品中主要元素与微量元素重新分配的分析方法。 用于此类调查的 EMPA（电子微探针分析）和 µXRF（X 射线荧光）常规方法，但在限制区域，即将通过 µLIBS（激光诱导击穿光谱）技术实现，允许在薄岩石上快速元素制图在环境条件下切片甚至更大的样品。 这种光谱方法具有极快的采集速度（高达 1kHz）、低检测限（尤其是轻元素（亚 ppm 级）），适合执行从主要元素到微量元素的多元素成像，并且可以扫描大表面（几平方厘米），具有显微分辨率（低至 2 µm）。 此外，由于它是一种全光学方法，因此很容易结合其他表征模式，例如光学、拉曼或发光成像。 矿物辨别和相关元素含量也可以通过便携式 LIBS 工具在毫米观察区域直接在岩石露头或岩石部分的表面上获得。 在本次演讲中，我们将通过不同主题重点介绍矿产资源 LIBS 图像开发的最新研究：元素映射（定量或非定量）、矿物学鉴别或鉴定、多元素结果与分子观察（即拉曼或发光）之间的相关性) 使用相同的 LIBS 设置获得，随着样品表面的扩展增加光谱采集（高达 kHz）。 事实上，如果两个/三个基本图的相关性可以通过（用我们的眼睛）看图来完成，当数据的数量太重要时，化学计量学技术的贡献可能是必不可少的。
用手持式激光诱导击穿光谱法定量分析地质样品中的氟
加布里埃尔·兰姆顿； SciAps使用手持式 LIBS 分析仪获得准确、可重复且快速的氟定量结果。 由于检测到的元素范围广泛，激光诱导击穿光谱 (LIBS) 是分析地质样品的有用工具。 本研究利用便携式 LIBS 系统对地质样品中的氟进行定量。 经验校准模型是使用基于 PC 的高级软件 Profile Builder 构建的，以收集定量数据。 这项研究着眼于在 He 和 Ar 环境中收集的 LIBS 光谱。 使用的样品包括含有 340-72,500 ppm F 的 Cu-Au 矿石。由于氟的激发能量高，因此很难在 LIBS 光谱中检测到氟，这会导致原子 F 线的发射微弱。 氟在含 Ca 的地质样品中很常见。 在 LIBS 等离子体形成的后期阶段，F 将与 Ca 重新结合，形成具有特征分子发射带的分子。 本研究使用 CaFXNUMX 分子谱带建立 F 的经验校准，并将结果与使用原子 F 发射线建立的校准进行比较。 使用 CaF 分子带与 F 原子发射线相比，F 检测的准确性和限度有所提高。 与 Ar 相比，当在 He 中形成等离子体时，信号背景比得到改善，而在 Ar 中形成的等离子体的光谱强度增加。 由 He 中形成的等离子体（相对于 Ar）进行的校准为 F 提供了略微更好的定量结果。该研究提供的数据表明，使用手持式 LIBS 分析仪可以获得准确、可重复和快速的氟定量结果。
环境和文化应用
优化用于分析考古和历史遗址及其环境的手持式 LIBS 仪器
文森佐·帕莱斯基, 布鲁诺·科西亚罗, 奥尔加·德·帕斯卡尔, 乔治·塞内西; 中国北车，意大利从环境考古学的角度来看，在自然环境背景下研究考古和历史聚居地是极其重要的，环境考古学是一门旨在通过考古和古植物学研究重建古代环境的学科。 在该框架内，必须开发和使用便携式仪器来分析感兴趣的地质、生物和考古材料。 原则上，激光诱导击穿光谱 (LIBS) 具有可有效用于此类研究的灵敏度和效率特征。 然而，便携性的要求反映在手持式 LIBS 仪器相对于实验室等效仪器的分析性能较差。 在本次演讲中，我们将讨论可以开发的程序，以改进在考古和环境样本研究中使用手持仪器获取的 LIBS 光谱的处理。
使用便携式 LIBS 对混合遗骸进行统计分类
克里斯汀利文斯顿, 马蒂厄·鲍德莱特, 乔纳森·贝萨德, 凯蒂·泽德利克-帕萨拉夸; 中佛罗里达大学、南佛罗里达大学、西卡罗来纳大学可现场部署的 LIBS 技术加快了混合人类遗骸中个体的重新关联。 在法医和考古学方面，人类遗骸的混合是一个具有挑战性的情况。 来自多个个体的骨骼元素混合在一起，需要对其各自的个体进行分类或重新关联。 当采用物理和/或视觉骨测量方法时，这项任务即使不令人生畏，也往往是乏味的。 然而，身体特征并不是区分个体骨骼的唯一有用因素。 他们的化学特征也因人而异。 这项研究评估了骨骼遗骸化学成分的这些差异是否可以将骨骼独特地分类为各自的个体组。 激光诱导击穿光谱 (LIBS) 是获得此类骨骼化学特征的分析方法。 它不需要样品制备，并可快速呈现代表样品表面成分的光学发射光谱。 此外，LIBS 是准非破坏性的； 没有明显迹象表明材料已从骨骼表面移除。 最后，LIBS 技术可用于手持式、可现场部署的仪器。 由于人类学和生物考古学的大部分工作都是在野外进行的，因此便携式仪器对于有效和高效的分析至关重要。 本研究基于骨骼的 LIBS 光谱提供的化学信息，模拟万人坑的分析和混合遗骸的重新组合。 通过获取大量骨骼的光谱来构建综合数据集，每个骨骼都来自在分解设施中获得的多个已知个体遗骸。 随后建立统计模型并使用监督机器学习进行测试。 结合数据缩减技术，判别分析算法（例如 LDA 和 PLS-DA）可以成功地将未分类的骨骼与其所属的个体进行匹配。 这项技术有望成为一种工具，帮助生物考古学家和法医人类学家对混合的人类遗骸进行分类。 使用便携式 LIBS 系统对骨骼 248 进行光谱分析具有加速骨骼组合中个体重新关联的巨大潜力。
海报展示：便携式 LIBS 和 XRF 在考古文物分析中的应用——最佳学生海报奖
Magdalena E. Jackson、Kristen Livingston、Mary Kate Donais、Matthieu Baudelet、Jacob T. Shelley、Douglas Perrelli； 伦斯勒理工学院、中佛罗里达大学圣安瑟姆学院、纽约州立大学布法罗分校激光诱导击穿光谱 (LIBS) 和 X 射线荧光 (XRF) 提供了固体样品的快速元素组成。 这些技术在考古学中有应用，可用于区分相似的、身份不明的标本。 然而，考古学通常在不使用分析仪器的情况下进行。 元素分析可以通过 126 用经验信息补充传统的现场方法来支持考古挖掘。 此外，便携式 LIBS 和 XRF 仪器提供了进行原位分析并告知挖掘方向的能力。 在这张海报中，展示了两个探索使用便携式元素分析仪器的考古学项目的结果。 在一个案例中，手持式 LIBS 被用于分析混合的人体骨骼以组织骨骼。 容易出错和主观的方法通常用于识别和分离混合的骨骼遗骸。 据推测，LIBS 可以为该过程提供可行的验证性补充。 确定此应用可行性的第一步是从一组不同的骨架中编译 LIBS 光谱数据集。 来自苏丹赛岛的骨骼遗骸用于从预先选择的骨骼和每块骨骼上的预先确定的位置生成样本。 从 600 个骨骼中收集了 XNUMX 多个测量值。 使用模式识别方法分析由光谱和骨骼部位信息组成的数据集，以区分各个骨骼。 目的是表明 LIBS 是一种可行的方法，可以将混合的骨骼遗骸分配给依赖或不依赖视力或健康的个体。 在另一个例子中，手持式 XRF 用于检查纽约州尼亚加拉瀑布前 Cataract House 酒店挖掘现场的文物 从两堵石膏墙收集了多个光谱，据信这两堵石膏墙是在酒店单独扩建期间建造的。 XRF 光谱分析揭示了元素含量，为支持这一假设并将石膏配方与特定时间段联系起来提供了证据。 这些样品的基于实验室的 XRF 和 LIBS 测量证实了现场结果。 从现场收集的其他样本包括绿色颜料薄片，使用 XRF、拉曼光谱和红外光谱等多种光谱方法对其进行了分析，以揭示有关颜料来源的信息。
高级方法
使用 LIBS 表征极端环境下的高熵合金
Prasoon K. Diwakar, Bharat Jasthi, Nicholas E. Pugh; 南达科他州矿业学院、南达科他州矿业与技术学院LIBS 在高熵合金中的新应用 多主元素合金 (MPEAs) 和高熵合金 (HEAs) 是一类材料，由于其优异的性能，现在越来越多地用于极端环境。 当在可能导致材料以异常方式失效的条件下操作时，实时了解材料结构发生的情况比较重要。 在这项研究中，MPEA AlNbTaTiZr 是使用电弧熔炼合成的，并使用激光诱导击穿光谱 (LIBS) 来分析和确定 MPEA 的各种特性。 在分析 MPEA 的 LIBS 光谱时，各种较轻元素的存在会导致基体效应。 使用各种基于激光的技术（例如 LIBS）确定何时何地会发生的基质效应。 创建和测试的样品由高纯度金属（Al、Nb、Ta、Ti 和 Zr）或高纯度等摩尔浓度的 AlTi、AlNbTi、AlNbTiZr 和 AlNbTaTiZr 制成。 将表明，当钛被添加到铝中时存在基体效应，反之亦然，但当添加其他组分时，基体效应的程度较小。 使用 LIBS 光谱分析，提取了各种材料特性，包括显微硬度。 将介绍 LIBS 分析 MPEAs 高熵合金的更多细节和机制。