在美國國家能源技術實驗室（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，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)療設備、能源系統(tǒng)部件、國防設備、現(xiàn)代電子器件以及許多其他消費產品極為重要。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。

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行化學分析和礦物學分析。具體而言，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的團隊正在將他們在激光誘導擊穿光譜分析法（LIBS）方面的研究與拉曼光譜分析法相結合。

激光誘導擊穿光譜法利用一個聚焦激光束燒蝕樣品表面物料，產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)場儀器內分析評估樣品的化學組分和礦物組成，并且在分析前不需要進行樣品制備。這臺儀器在10秒鐘內可以快速測定樣品的化學組分及含量，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，在目前的技術開發(fā)階段，激光誘導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。

國家能源技術實驗室礦物可持續(xù)性團隊的項目經(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。在國家能源技術實驗室的資助下，研究人員正在探索該技術的更合適用途。通過以新的方式應用現(xiàn)有技術以及將這些技術用于新的用途，國家能源技術實驗室及其在學術界、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，這將激勵進行新的環(huán)境修復，同時也創(chuàng)造新的就業(yè)機會，在這一過程中，為在經(jīng)濟衰退中備受煎熬的煤炭開采地區(qū)注入新的活力。”

目前，研究人員正在將集成化的激光誘導擊穿光譜儀和拉曼光譜儀設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。