1- مبدأ تقنية LIBS وعقبات مصادر الضوء التقليدية

بالاعتماد على نبضات الليزر عالية الطاقة، يُمكن توليد بلازما غنية على سطح العينة، مما يسمح بالحصول السريع والشامل وغير المُتلف على معلومات "البصمة" مثل التركيب العنصري والوفرة النسبية للعينة من خلال تحليل عالي الحساسية لطيف انبعاث البلازما. تعتمد القدرة التحليلية وحدود تطبيق نظام LIBS على أداء الليزر المستخدم. مع ذلك، ونظرًا لاستخدام ليزرات الحالة الصلبة التي تُضخ بواسطة مصابيح أو ثنائيات في أنظمة LIBS التقليدية، فعلى الرغم من أدائها الموثوق من حيث الاستقرار، إلا أن حجمها الكبير واستهلاكها العالي للطاقة يُحدّان من استخدامها على نطاق واسع في مجال الكشف السريع في الموقع.

2- البنية الأساسية ومعايير المنتج لليزر الرقاقة الدقيقة

المزايا الفريدة لـ ليزرات الرقائق الدقيقة لقد أحدثت هذه التقنية ثورة في تكنولوجيا التحليل الطيفي بالليزر (LIBS)، إذ انتقلت من النموذج التقليدي "جهاز واحد، معيار واحد" إلى "جهاز واحد، معايير متعددة". وتتجلى مزاياها الأساسية في ظهور ليزرات الرقائق الدقيقة، التي تُبرز بوضوح المزايا التقنية والجدوى الاقتصادية والتطبيق الواسع لهذه الليزرات. وفي الوقت نفسه، تستفيد هذه التقنية بشكل كامل من خصائص ليزرات الرقائق الدقيقة، مما يعكس مزاياها التقنية والجدوى الاقتصادية والتطبيق الواسع. ليزرات الرقائق الدقيقةسلسلة من ليزرات الرقائق الدقيقة التي طورتها شركة ريل لايت تُعدّ هذه المنتجات معياريةً مُكيّفةً مع تقنية التحليل الطيفي بالليزر (LIBS). فهي تعتمد بنيةً متكاملةً تعتمد على التبديل السلبي Q المُضخّم بأشباه الموصلات، وتُحسّن عملية التغليف المُحكم الإغلاق، ما يجمع بين مزايا أساسية مثل عرض النبضة الضيق، ومعدل التكرار العالي، وطاقة النبضة العالية، واستهلاك الطاقة المنخفض. وهي قادرة على تلبية المتطلبات الصارمة للتحليل الطيفي بتقنية LIBS بدقة.

ليزر ذو حالة صلبة عالي معدل التكرار لتقنية LIBS بتردد 1064 نانومتر و1535 نانومتر (كيلوهرتز) من شركة RealLight

3- يتيح التصميم المتكامل صغير الحجم إمكانية استخدام التطبيقات المحمولة في الموقع.

من خلال دمج مادة عمل الليزر ومكونات تبديل Q (مثل الممتصات المشبعة) وسلسلة من المرايا البصرية بشكل كبير في شريحة رقيقة للغاية، ليزر رقاقة دقيقة يحقق هذا الجهاز وظيفة ليزر الحالة الصلبة بالكامل. ويُضفي تصميمه المتقن مزايا عديدة لتطبيقه في تقنية التحليل الطيفي بالليزر (LIBS): فهو يستفيد استفادة كاملة من مزايا تقنية LIBS التقليدية، مثل "الكفاءة العالية" و"استهلاك الطاقة المنخفض"، ويُحسّن بشكل كبير من خصائصها "العالية" و"الموثوقية" و"سهولة الصيانة" وغيرها من الخصائص "العالية"، مما يُعزز بشكل كبير من قيمتها التطبيقية ويُسهم بشكل كبير في رفع مستوى استخدامها.

بفضل هيكلها المتين والمدمج للغاية، فإن ليزر رقاقة دقيقة يتميز بحجمه الصغير، حتى أصغر من علبة الثقاب. يكفي أن يكون بحجم طرف الإصبع، ولا يتطلب آليات معقدة لضبط المسار البصري، مما يُبسط بشكل كبير الصعوبات التقنية التي يواجهها في العمل العملي. وبفضل الليزر المدمج في الرقائق الدقيقة، تحولت أجهزة التحليل الطيفي بالليزر (LIBS) من آلات كبيرة تُستخدم داخل المباني إلى أجهزة محمولة باليد، مما وسّع نطاق تطبيقاتها بشكل كبير في الميدان، وخطوط الإنتاج، ومناطق التعدين، ومواقع السلامة العامة.

بفضل تجويفه الرنيني القصير للغاية، يتميز هذا الجهاز بطبيعته بخصائص خرج نمط طولي واحد، مما يُمكّنه من توليد نبضات ليزرية عالية الاستقرار تقترب من حد التوهين. ومن هنا، يتضح أن تحليل LIBS ذو أهمية بالغة، إذ يمكن أن تتوافق كل نبضة ليزرية بشكل كبير مع طاقة وحجم بقعة العينة، مما ينتج عنه قابلية تكرار عالية ودقة في نتائج التحليل، وموثوقية جيدة للتحليل الكمي.

4- معدل تكرار عالٍ ومسح ضوئي عالي السرعة، مناسب لمتطلبات الاختبار غير المدمر عالي الدقة

بفضل تشغيلها بمعدل تكرار عالٍ يصل إلى كيلوهرتز، مع ميزة عرض النبضة النانوثانية، يُتيح نظام التحليل الطيفي بالليزر (LIBS) مسحًا عالي السرعة للعينات وتصويرًا سريعًا لمكوناتها. وباستخدام معدلات التكرار العالية، يُمكن جمع كمية كبيرة من البيانات الطيفية في فترة زمنية قصيرة جدًا، مما يُحسّن بشكل ملحوظ نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الأطياف المُحصلة من خلال المتوسط ​​الإحصائي. يُعزز هذا بشكل كبير دقة التحليل الطيفي، ويُجنّب العينات التلف الناتج عن التأثيرات الحرارية لأشعة الليزر، لا سيما بالنسبة للمواد الحساسة للحرارة. ويلعب هذا النظام دورًا هامًا في تحليل هذه المواد.

5- استهلاك منخفض للطاقة، متانة عالية، مناسب للتشغيل طويل الأمد في ظروف العمل القاسية

بفضل تحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي في ليزرات الرقائق الدقيقة، انخفض استهلاكها للطاقة بشكل كبير مقارنةً بليزر الحالة الصلبة التقليدي، مما يجعلها أكثر ملاءمةً للتشغيل طويل الأمد كأجهزة محمولة تعمل بالبطاريات. كما أن تصميمها المتكامل بالكامل من الحالة الصلبة يُلغي تمامًا وجود الأجزاء الميكانيكية المتحركة التقليدية، مما يجعلها مقاومةً للزلازل بدرجة عالية، مع عمر افتراضي يزيد عن 20 عامًا. وفي الوقت نفسه، نظرًا لمتطلباتها البيئية المنخفضة للغاية، فهي لا تتطلب صيانةً تُذكر لضمان عمل الجهاز بكفاءة في البيئات القاسية.

6- تنفيذ السيناريوهات العالمية، مما يُعزز الكشف الذكي والتحديث عبر قطاعات متعددة.

بفضل مزاياها الفريدة، أصبحت أنظمة التحليل الطيفي بالليزر (LIBS) التي تستخدم ليزرات الرقائق الدقيقة الحل الأمثل لتحليل المكونات في الموقع، وفي الوقت الفعلي، وعبر الإنترنت. لا تقتصر أهمية تقنية LIBS التي تستخدم ليزرات الرقائق الدقيقة على دورها المحوري في الفرز السريع لمكونات السبائك في صناعة المعادن، بل تمتد لتشمل الرصد البيئي والتحليل السريع لتلوث التربة بالمعادن الثقيلة في الموقع. كما تتمتع بإمكانات هائلة في تحديد المواد الأثرية بطريقة غير مدمرة في مجال علم الآثار.

باختصار، تتميز هذه الآلة بخصائص ممتازة تشمل صغر الحجم، والاستقرار العالي، ومعدل التكرار العالي، وانخفاض استهلاك الطاقة. ليزرات الرقائق الدقيقة لقد مهدت هذه التقنية الطريق بنجاح لتجاوز العقبات التي واجهتها أنظمة التحليل الطيفي بالليزر التقليدية، نحو تطويرها الذكي في الموقع. فهي لا تمثل فقط طفرة نوعية في تكنولوجيا مصادر الضوء المستخدمة في التحليل الطيفي بالليزر، بل توفر أيضًا محركًا أساسيًا لانتقالها من مرحلة "القارب ذي الورقة الواحدة" الذي كان يُزرع في المختبر إلى نطاق واسع من التطبيقات. ومع الانخفاض المستمر في تكلفة ليزرات الرقائق الدقيقة وتحسين أدائها، سيتم استبدالها حتمًا بالأجهزة المحمولة عالية الأداء المستخدمة في التحليل الطيفي بالليزر في المستقبل.

تنويه: بعض محتوى هذه المقالة مأخوذ من الإنترنت. وهي مخصصة لأغراض البحث التقني وتبادل المعلومات، وتُستخدم فقط كمرجع لكم وللتعلم. في حال وجود أي معلومات غير دقيقة أو أخطاء أكاديمية في الوصف، يُرجى إبلاغنا بها فورًا. في حال وجود أي مشاكل متعلقة بحقوق النشر، يُرجى التواصل معنا وسنقوم بالتحقق منها وإزالتها في أقرب وقت ممكن.