实验背景

陨石是降落在地球表面的外星岩石，而不是在到达地球之前就燃烧的流星，它在地球的历史演变中扮演着重要的角色。关于陨石的假说有很多，有些人认为月球是由一颗大陨石与地球相撞的残余物形成。还有人认为，覆盖地球的水是由陨石带来的。其中更广为人知的说法是陨石撞击造成了白垩纪-古近纪灭绝事件。

陨石中存在着许多奥秘，其标本自然也受到了历史学家，地质学家和地外事物爱好者的追捧。然而，判断一块岩石是否为真正的陨石却比较困难。一般情况下，鉴定岩石类别的基本指标有：密度，磁性和成分。但是，例如陆地岩石中主要由铁组成的无定形岩石，它们在外观和成分上也与陨石大致相似。所以，我们需要使用更具针对性的方法来鉴定岩石的类别，其中较为有效的方法就是利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术。

激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱，它使用脉冲激光器作为激发源。激光脉冲聚焦到被测物体的表面，使被测材料表面的激光功率密度升高至一定程度。在如此之高的激光功率密度作用下，被测材料表面会有几微克的物质喷射出来，同时材料表面还会产生寿命很短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达10,000 摄氏度 。冷却过程中，处于激发态的原子和离子从高能态回至低能态，此时不同元素会发射出其特定波长的光，这个光被光谱仪监测到后形成光谱，在光谱图中可以直接观测到代表各元素波长的峰。因此，LIBS成为了一种用于鉴定不同类型金属和矿物成分的光谱技术。

实验方法

本次实验的目的是：利用LIBS鉴别四个岩石样品中的陨石和陆地岩石。

实验共有四个样品，其中两个样品为陨石样品，分别是H5普通球粒陨石和镍铁陨石。另外两个样品为氧化铁(FeO2)和二氧化钛(TiO2)。

实验中我们采用了AvaSoft中的原始数据扣除暗背景模式，即Sd模式。使用此模式可以减少噪声，并更好地隔离和识别等离子体峰。我们将积分时间设置为10ms，平均次数设置为1。

实验配置

本次实验(图2)使用了全新的AvaSpec-PCT4096CL迷你型光谱仪，它设计紧凑，更易集成到台式设备和手持设备中，更适配OEM用户。这款光谱仪配置4096像素CMOS探测器，其分辨率可达0.09 nm，杂散光水平低至0.1%。

实验使用的其他附件如下：Lumibird公司的DPSS双脉冲Nd:YAG激光器、定制短光纤、使激光器和光谱仪同步测量的Quantel控制箱，其型号为FX002725。

实验结果

下图显示的是每个样品在Sd模式下的LIBS光谱。

图3:H5普通球粒陨石样品的LIBS光谱

图4: 镍铁陨石样品的LIBS光谱

图5:氧化铁样品的LIBS光谱

图6:二氧化钛样品的LIBS光谱

图7: 镍铁陨石(橙色)和氧化铁(红色)样品的的LIBS光谱对比图

结果分析

首先来看其中的三个样品：H5普通球粒陨石、镍铁陨石和氧化铁，它们在230-265 nm波长范围附近都显示出一簇峰(图3-5)，表示它们含有铁元素。

H5普通球粒陨石样品在280 nm附近和288 nm附近存在其余样品没有的峰，这两个峰分别表示它含有镁元素和硅元素，测量结果与H5普通球粒陨石的成分相对应。

对比镍铁陨石和氧化铁样品，两者区别不大(图7)。但在镍铁陨石样品光谱图中可以观测到一个略高的峰，大约在221 nm附近，表示它含有镍元素。

二氧化钛样品(图6)在230-265 nm波长范围内的峰较少，表示其铁元素含量较少。其主峰在300-340 nm波长范围内，表示它含有钛元素。

实验结论

通过使用LIBS技术观察光谱图中每个样品的特定波长峰，能够便捷直观地确定样品的元素组成。本次实验使用的新款迷你型光谱仪PACTO适配于各类应用，它尺寸小巧，支持多种通信协议，易于集成到产品和系统中。