在美國國家能源技術(shù)實驗室(NETL)的資助下，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)正在制造一個新的傳感器原型機(jī)，用于在現(xiàn)場快速檢測和表征化石燃料資源和廢料中的稀土元素。

稀土元素對制造醫(yī)療設(shè)備、能源系統(tǒng)部件、國防設(shè)備、現(xiàn)代電子器件以及許多其他消費產(chǎn)品極為重要。在許多情況下，這些稀土元素不能通過其他礦物替代，少數(shù)國家控制了全球大部分稀土元素的供應(yīng)。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究人員正在利用他們的專業(yè)知識，研制一種背包大小的現(xiàn)場便攜式儀器，用于同時對稀土元素進(jìn)行化學(xué)分析和礦物學(xué)分析。具體而言，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的團(tuán)隊正在將他們在激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析法(LIBS)方面的研究與拉曼光譜分析法相結(jié)合。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法利用一個聚焦激光束燒蝕樣品表面物料，產(chǎn)生一個溫度約為太陽表面溫度兩倍的等離子體。該等離子體由樣品的原子和離子組成，發(fā)射特定波長的光，根據(jù)這些波長即可測定樣品的化學(xué)組成。拉曼光譜法利用一個綠色激光束照射樣品(在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的實驗中)，樣品中的礦物以特定頻率振動，根據(jù)這些頻率即可測定稀土元素的礦物組成。了解含稀土元素物料的礦物學(xué)特征有助于確定從可能的原料提取和分離稀土元素的方法。

這種集成了激光誘導(dǎo)擊穿光譜法和拉曼光譜法的儀器允許在單個現(xiàn)場儀器內(nèi)分析評估樣品的化學(xué)組分和礦物組成，并且在分析前不需要進(jìn)行樣品制備。這臺儀器在10秒鐘內(nèi)可以快速測定樣品的化學(xué)組分及含量，用于勘探含高品位易提取稀土元素的資源時可以節(jié)省時間和成本。據(jù)估計，在目前的技術(shù)開發(fā)階段，激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析儀的檢測限低于10 ppm。稀土元素常見于磷酸鹽巖中，但是該儀器也可以檢測硫酸鹽巖和碳酸鹽巖中的稀土元素。

國家能源技術(shù)實驗室礦物可持續(xù)性團(tuán)隊的項目經(jīng)理Jessica Mullen表示，“洛斯阿拉莫斯國家實驗室研制的集成化、便攜式激光誘導(dǎo)擊穿光譜法+拉曼光譜法分析儀最早是該實驗室與美國國家航空航天局(NASA)為在火星上使用而合作開發(fā)的。在國家能源技術(shù)實驗室的資助下，研究人員正在探索該技術(shù)的更合適用途。通過以新的方式應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)以及將這些技術(shù)用于新的用途，國家能源技術(shù)實驗室及其在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和能源部國家實驗室的合作伙伴正在開發(fā)傳統(tǒng)的燃料資源的新用途，這將激勵進(jìn)行新的環(huán)境修復(fù)，同時也創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會，在這一過程中，為在經(jīng)濟(jì)衰退中備受煎熬的煤炭開采地區(qū)注入新的活力?！?/p>

目前，研究人員正在將集成化的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀和拉曼光譜儀設(shè)計成為一臺可裝入背包的便攜式現(xiàn)場儀器，計劃在今年夏季開始實驗室和現(xiàn)場測試。