技術背景
雷射誘導擊穿光譜（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一種快速、多元素同步分析技術，近年來已廣泛應用於材料科學、環境監測、冶金分析及工業製程控制等領域。相較於傳統元素分析方法，LIBS具備免樣品前處理、即時量測、可遠端檢測及多元素同步分析等優勢，因此特別適合現場快速檢測與工業線上監測應用。銅（Cu）、矽（Si）、銀（Ag）等元素在工業與材料領域中皆具有重要地位。銅因具備優異導電性與導熱特性，被廣泛應用於電子、電力與金屬加工產業；矽則是半導體與太陽能材料的核心元素；銀則因其特殊光學與電學特性，被應用於電子元件、催化材料及精密工業中。因此，如何快速且精準地檢測上述元素含量，對於品質控制、製程優化與材料安全評估具有高度重要性。
傳統分析方法如原子吸收光譜（AAS）或感應耦合電漿光譜（ICP）雖具有高靈敏度與高精度優勢，但通常需進行繁瑣的樣品前處理，且分析時間較長、設備成本高，較難滿足即時化與現場檢測需求。相較之下，LIBS技術可直接對固體、液體或氣體樣品進行量測，並於極短時間內取得元素光譜資訊，因此在電子廢棄物回收、礦產資源探勘、金屬材料分析及環境有害物質監測等應用中展現出高度發展潛力。
此外，在核工業與特殊鋼材分析領域中，微量元素的檢測更直接影響材料可靠性與安全性。因此，建立一套具備快速、高精度及可現場部署能力的LIBS元素分析系統，已成為金屬材料檢測的重要發展方向。
Gino物聯網光譜儀於LIBS應用中的技術優勢
為了提升LIBS技術於金屬材料微量元素分析中的量測穩定性與光譜辨識能力，高性能光譜儀的搭配成為關鍵。如海光電的Gino物聯網光譜儀，為LIBS技術應用提供了強大的硬體支援。該光譜儀具備高靈敏度與高解析度，可精準辨識銅、矽、銀等元素的特徵光譜；其千幀級資料擷取能力，能快速捕捉雷射誘導所產生的瞬態電漿光譜訊號，適合動態過程中的即時監測；同時，配備網路傳輸介面與多種通訊功能，可滿足工業現場遠距離資料傳輸需求，方便與雷射器、電腦等設備進行整合應用。
憑藉工業級穩定性，Gino物聯網光譜儀可於不同環境下維持可靠量測效能，因此，在基於LIBS技術的銅、矽、銀元素檢測應用中展現出顯著優勢與高度應用價值。
研究內容
Cu元素作為RPV（反應爐壓力容器）鋼中的微量合金元素，雖然含量不高，卻對材料的輻照脆化具有顯著影響。研究顯示，RPV在輻照過程中，銅元素容易於基體中形成富銅團簇沉澱物，這些奈米級析出相會導致材料硬度增加，並降低其抗衝擊韌性與延展性，進一步影響RPV的使用壽命與安全性。
因此，國際核能安全標準對RPV鋼中Cu元素含量設有嚴格限制，通常要求低於0.08 wt.% ，使得Cu元素的精準檢測成為核設施安全評估中的重要環節之一。
基於此，本研究利用LIBS技術，實現對鋼鐵材料中微量Cu元素的定性分析，以驗證LIBS技術於金屬材料微量元素檢測中的應用可行性。
圖1 樣品實物圖
圖2 樣品中典型元素光譜譜線
研究結論
本研究利用LIBS技術成功實現鋼材料中微量Cu元素的定性分析，驗證了LIBS技術於核工業材料檢測中的應用可行性。在研究中使用的Gino物聯網光譜儀，正是將此實驗室方法轉化為工業現場可靠應用的理想平台。其高解析度光學設計，為精準分辨Cu/Fe重疊譜峰與取得高品質原始光譜資料提供了硬體保障；千幀級高速擷取能力與低雜訊偵測器，則確保瞬態電漿訊號能被完整捕捉，並提供高訊噪比輸出，作為後續譜線擬合與背景扣除分析的重要數據基礎。此外，Gino物聯網光譜儀可進一步實現工業現場從光譜擷取、譜圖處理到元素含量預測的全流程智慧化線上監測。簡而言之，Gino光譜儀憑藉精準的硬體解析能力與高速低雜訊的訊號擷取能力，為複雜基體中的微量成分檢測難題提供有效解決方案。
應用推薦｜Gino物聯網光譜儀
產品簡介
Gino是一款基於物聯網架構的工業級微型光譜儀，內建Linux嵌入式運算平台與Uspectral-Gino光譜採集軟體，具備高解析度、低雜訊與高速資料擷取能力，適合LIBS、瞬態光譜及工業線上量測應用。
系統提供2048／4096光譜通道可選，搭載16bit A/D轉換、低於0.1%雜散光與低雜訊設計，可有效提升微弱光譜訊號量測品質。高速版本最高可達3000幀／秒，適合雷射誘導電漿等高速瞬態光譜擷取應用。
Gino同時支援Gigabit RJ45網路傳輸、多種外部通訊介面與外觸發功能，可靈活整合雷射器、自動化設備及工業監測系統，適用於工業現場、智慧製造及戶外即時光譜量測需求。
產品特色
- 2048／4096通道可選- 16bit A/D高速採樣
- 雜散光 <0.1%
- 高解析度光學設計
- 最高3000 fps高速擷取
- 支援外觸發與同步量測
- 低雜訊設計（≤30 RMS）
- Gigabit RJ45網路介面
- 支援Linux嵌入式開發
- 適用LIBS與瞬態光譜應用