Šta je laserski indukovana spektroskopija propadanja?
Laserski indukovana spektroskopija propadanja (LIBS) je vrsta atomskog emisionog spektrometra. Omogućava kvalitativnu i kvantitativnu analizu gotovo svih elemenata u matricama čvrste, tečne i gasne faze. Za razliku od konvencionalnih metoda detekcije kao što su ICP-OES ili XRF,
LIBS eliminiše potrebu za složenom pripremom uzorka tokom procesa detekcije.
Za postizanje cilja bez komplikovane pripreme uzorka,
LIBS spektroskopija koristi visokoenergetski fokusirani impulsni laserski snop za pobuđivanje uzorka u stanje plazme, što generiše odgovarajući elementarni emisioni spektar za analizu. Talasna dužina spektra elementarne emisije direktno je povezana sa vrstom elementa, dok je intenzitet elementarnih spektralnih linija povezan sa sadržajem elementa.
Princip spektroskopije inducirane laserom
Razvoj laserske tehnologije uvelike je doprinio razvoju spektroskopije. The
tehnika laserski indukovane breakdown spectroscopy (LIBS)., takođe poznat kao
laserski indukovana plazma spektroskopija (LIPS), je nova metoda za analizu elemenata materije. To je nova analitička metoda u oblasti spektroskopije, koju je predložila i realizovala grupa Davida Cremersa u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos 1962. godine. To je novi analitički alat u oblasti spektralne analize.
Laserski indukovana spektroskopija propadanja koristi pulsni laser velike vršne snage za ozračivanje uzorka i snop se fokusira na vrlo malu tačku za analizu (obično 10-400 mikrona u prečniku). U području laserski ozračene tačke, materijal u uzorku se uklanja i iznad uzorka se formira oblak nanočestica. Budući da je vršna energija laserskog zraka prilično visoka, njegova apsorpcija i efekti višefotonske jonizacije povećavaju neprozirnost oblaka plina i aerosola koji nastaju iznad uzorka, čak iu slučaju samo vrlo kratkog pobuđivanja laserskog impulsa. Kako oblak značajno apsorbuje lasersku energiju, postepeno se formira plazma. Plazma visoke energije topi nanočestice, pobuđuje atome u njima i emituje svjetlost. Svjetlost koju emituju atomi može se uhvatiti detektorom i snimiti kao spektar, koji se može analizirati kako bi se dobile informacije o tome koji su elementi prisutni u uzorku, te dalje kvalitativne (npr. identifikacija materijala, PMI) i kvantitativne (npr. količine elementa u uzorku) analize se mogu izvršiti softverskim algoritmima.
A. Osnovni princip laserski indukovane emisione spektroskopije
Pulsni laserski snop velike snage koji generiše laser fokusira se na površinu uzorka, a atomi u uzorku se pobuđuju da formiraju iskru plazme visoke temperature. Pobuđeni atomi i ioni emituju karakteristične spektralne linije atoma i kaona tokom procesa deekscitacije, a zatim se talasna dužina (UV do NIR) i intenzitet karakterističnih spektralnih linija atoma mjere spektrometrom za kvalitativnu ili kvantitativnu analizu elementi.
Granica detekcije i kvantitativna analiza
Granice detekcije LIBS veoma zavise od tipa uzorka koji se meri, specifičnih elemenata i konfiguracije laserskog/spektralnog detektora instrumenta. Iz ovih razloga, granice detekcije LIBS-a mogu se kretati od nekoliko ppm do nivoa %. Za većinu rutinskih aplikacija, granice detekcije LIBS-a mogu se postići od 10 ppm do 100 ppm za većinu elemenata, a za kvantitativnu analizu, relativna standardna devijacija mjerenja dobijenih pomoću LIBS-a može biti unutar 3-5%, a obično unutar 2% ili čak <1% za homogene materijale.
B. Proces stvaranja iskre u plazmi
Pod dejstvom snažnog pobudnog impulsa, atomi i frakcije u području fokusa lasera se jonizuju više fotona da bi proizveli početne slobodne elektrone. Kako fokus lasera raste, atomi nastavljaju da apsorbuju fotone i jonizuju, proizvodeći veliki broj primarnih elektrona. Kada je snaga lasera dovoljno jaka, trajanje impulsa je dovoljno dugo da se slobodni elektroni ubrzaju pod dejstvom lasera. Kada elektroni imaju dovoljno energije da bombardiraju atome, atomi ioniziraju i proizvode nove elektrone. Ubrzanje ovih elektrona također uzrokuje da atomi nastave jonizirati, što rezultira efektom lavine i brzim povećanjem elektrona u vrlo kratkom periodu. Istovremeno, to dovodi do kontinuirane ionizacije atoma, što rezultira velikim brojem slobodnih elektrona i jona, te ukupno približno električno neutralnom plazmom. Pobuđena plazma je izvor svjetlosti koji zrači fotone na određenim frekvencijama kako bi proizveo karakteristične spektralne linije. Njegove distribucije učestalosti i intenziteta sadrže informacije o vrsti i koncentraciji analiziranih objekata.
U procesu generisanja plazme koristi se veoma velika gustina snage, koja može da pređe 1GW/cm2. Nekoliko mikrograma materijala na površini se trenutno zagrijava laserom na 10,000 stepeni Celzijusa i izbacuje kako bi se formirala vrlo kratkotrajna, ali izuzetno svijetla plazma. Ova izbačena plazma tijela su polarizirana laserom u pobuđene atome ili ione. Na kraju laserskog impulsa, plazma se hladi jednako brzo kao što je počela da se širi. Tokom procesa hlađenja, pobuđeni atomi ili ioni se vraćaju iz visokoenergetskog stanja u stanje niske energije i emituju optičko zračenje sa svojim karakteristikama. Detekcija i analiza ovih spektralnih emisija pomoću osjetljivog spektrometra daje informacije o elementarnom sastavu tvari.
Primjena spektroskopije inducirane laserom
Laserski indukovana spektroskopija propadanja, kao nova tehnologija identifikacije materijala i kvantitativne analize, može se koristiti u laboratoriji kao i primijenjena za online inspekciju u industrijskim lokacijama. Njegove glavne karakteristike su sljedeće.
a. Brza i direktna analiza bez potrebe gotovo nikakve pripreme uzorka.
b. Detektuje gotovo sve elemente.
c. Simultana analiza više elemenata.
d. Svestranost morfologije matrice - može se detektovati gotovo svaki čvrsti uzorak.
LIBS spektroskopija nadoknađuje nedostatke tradicionalnih metoda elementarne analize, posebno u aplikacijama kao što su analiza materijala mikro-područja, analiza oplata/filma, detekcija defekata, identifikacija nakita, identifikacija forenzičkih dokaza, analiza materijala u prahu, analiza legure, itd. LIBS laser takođe se može široko primeniti u različitim oblastima kao što su geologija, ugalj, metalurgija, farmacija, životna sredina i naučna istraživanja.
Pored tradicionalnih laboratorijskih aplikacija, libs laserski indukovana spektroskopija propadanja je jedna od rijetkih tehnologija elementarne analize koja se može napraviti u ručne prijenosne uređaje. Smatra se jedinom tehnologijom za elementarnu analizu koja to može uraditi na mreži. To će omogućiti da se tehnologija analize uvelike proširi iz laboratorijskog polja na van, teren, pa čak i proizvodni proces.
Primjena laserski inducirane spektroskopije raspada (LIBS)
emotivna nedestruktivna analiza, karakterizacija i identifikacija materijala.
b. Daljinska detekcija i elementarna analiza opasnih materijala (visoke temperature, radioaktivni, hemijski toksični materijali).
c. Detekcija radioaktivne kontaminacije kontejnera za skladištenje na licu mesta (stakleni otpad visokog kvaliteta, otpad srednjeg kvaliteta).
d. Analiza sastava čelika na licu mjesta u nepristupačnim sredinama (npr. tlačne posude nuklearnog reaktora).
e. Brza identifikacija metala i legura u procesu recikliranja otpada.
f. Identifikacija metala kritičnih komponenti tokom proizvodnje i montaže.
g. Online analiza sastava za kontrolu procesa tekućih metala i legura (npr. određivanje sadržaja ugljika, silicija i fosfora u čeliku).
h. On-line analiza sastava za kontrolu procesa tečnog stakla (npr. određivanje sadržaja gvožđa i olova).
i. Identifikacija materijala potopljenih u vodu na licu mjesta (npr. metali, legure, keramika, minerali, radioaktivni materijali).
j. Dubinska analiza profila i analiza sastava površinskih premaza (npr. obloženi čelik, sloj plastične folije, teški metali u boji).
k. Online praćenje čestica u vazduhu (npr. praćenje emisija iz dimnjaka).
l. Komponentna analiza objekata složenog oblika.
Karakteristike spektroskopije izazvane laserom
a. Laserski inducirani spektrometar može mjeriti gotovo sve prirodne elemente, uključujući H, Li, Be, C, N, O, S, itd., koje je teško analizirati konvencionalnim metodama.
b. Proces pripreme uzorka je vrlo jednostavan i također omogućava čišćenje površine uzorka ili uklanjanje površinskog premaza korištenjem ponovljenih impulsa.
c. Analiza visoke propusnosti može se izvesti sa samo malom količinom uzorka (1-10 g), što uvelike smanjuje troškove analize.
d. Sa granicama detekcije na nivou ppm i visokom osetljivošću, preciznošću detekcije i stepenom.
e. Zaista nedestruktivna detekcija. Potrošite samo malu količinu uzorka i gotovo da nema efekta grijanja kada laser upadne na uzorak.
f. Mogućnost elementarne analize uzoraka u bilo kojem fizičkom stanju, uključujući čvrste tvari, tekućine, plinove i razne mješavine.
g. Praktično na njega ne utiču spektralne interferencije.
h. Smanjeno vrijeme analize na približno 20 sekundi za sva određivanja elementarnih kolega koji se mogu detektirati, što je značajna prednost u odnosu na druge analitičke tehnike.
i. Dobra prilagodljivost okolišu, gotovo bez posebnih zahtjeva. Radi kada je priključen na napajanje i ne zahtijeva vodeno hlađenje ili komprimirani zrak. To znači da može ispuniti zahtjeve terenskih eksperimenata.
j. Potrošni materijal bez periodične zamjene i konfiguracije lasera može se koristiti više od 600000 puta u kontinuitetu.
Kako kupiti lasersku spektroskopiju proboja?
ANTITECK Pružiti laboratorijska oprema, laboratorijski potrošni materijal, proizvodna oprema u sektoru prirodnih nauka. Ako ste zainteresirani za naše laserski indukovana spektroskopija proboja ili imate pitanja, napišite e-mail na info@antiteck.com, mi ćemo vam odgovoriti u najkraćem mogućem roku.