Examen plus approfondi d'un laser de spectroscopie

La spectroscopie de plasma induit par laser ou LIBS a signalé des progrès significatifs au cours des 10 dernières années. Peut analyser des solides, des liquides et des gaz et produire des résultats rapides, avec peu de dommages à l'échantillon. Non seulement cela, mais la méthode peut également travailler en dehors du laboratoire, à la différence des outils analytiques qui nécessitent des échantillons à prendre au laboratoire. Par exemple, LIBS est utilisé pour détecter la contamination de surface sur certains réacteurs nucléaires dans le monde entier. Les systèmes laser est à quelques mètres de distance de la surface du réacteur et peuvent encore fonctionner efficacement. Les systèmes conservent la majeure partie de l'instrumentation dans les barrières de protection contre les rayonnements, avec seulement un miroir et de la lentille utilisée pour diriger et focaliser le faisceau laser, respectivement, exposé à un rayonnement nucléaire.

Nous examinerons d'autres applications pratiques de LIBS plus tard, mais comment ça marche exactement? Parce que les LA-ICP-OES, le LIBS utilise un laser pour enlever les petites particules de la surface d'un échantillon. Mais dans LIBS, au lieu d'une torche à plasma, le laser crée le même plasma. Regardons les quatre principales composantes d'un système LIBS et comment ils fonctionnent. Le diagramme ci-dessus représente le schéma de montage.

Le laser, bien entendu, la partie opérationnelle de l'instrument. Les systèmes de LIBS utilisent généralement un laser yttrium-aluminium renforcé par le néodyme (Nd: YAG), dans sa longueur d'onde fondamentale de 1064 nanomètres, mais beaucoup de lasers différents ont été utilisés. Le laser ne pas envoyer un faisceau continu de l'échantillon. Fonctionne avec des impulsions dont la durée est comprise entre 5:20 nanosecondes.

La lumière laser traverse une lentille qui concentre l'énergie dans l'échantillon. Certains systèmes fonctionnent dans des laboratoires et d'accommoder de petits échantillons, avec peut-être de quelques centimètres d'épaisseur, placée dans une chambre. D'autres peuvent être prises à des endroits éloignés et utilisés pour analyser des objets plus grands. Quoi qu'il en soit, plus étroite au centre du laser, il faut moins d'énergie pour briser l'échantillon. En fait, les impulsions laser de LIBS ont généralement la puissance seulement 10 à 100 millijoules. Pour mettre ce chiffre en contexte, rappelez-vous qu'un joule est l'énergie nécessaire pour soulever une pomme à une hauteur d'un mètre. Un millijoules est de 0,001 joules, soit beaucoup moins d'énergie. Mais il suffit de particules de surface à l'abrasion. Lorsque les particules sont enlevées de la surface de l'échantillon, ioniser et former un nuage de plasma de petit - que le produit chimique appelé « allumage du laser. »

Comme le nuage de plasma se dilate, les constituants des atomes de gaz ionisé dans l'état excité entrent, et il en résulte des caractéristiques d'émission spectrale. La lumière émise passe à travers une série de lentilles de collecte et atteint un système à fibre optique, ce qui conduit à un spectromètre.

Le spectromètre comporte un prisme qui plie la lumière émise, et un appareil photo photographier les spectres pour une étude plus approfondie. En analysant les différentes longueurs d'onde présentes, ainsi que leurs intensités, permet d'identifier les éléments chimiques de l'échantillon et de leur concentration. Les spectres que voir chimique peut ressembler le graphique à droite.

Le LIBS a plusieurs avantages. Le processus est relativement simple et peu coûteux parce que l'échantillon ne nécessite pas de préparation spéciale. Non seulement cela, mais les LIBS peuvent être utilisés pour déterminer la composition élémentaire d'un échantillon contrairement à certaines techniques qui sont bonnes, mais pas pour les liquides d'analyse solides et des gaz. peuvent être étudiées même des matériaux très durs, parce que les lasers ont beaucoup d'énergie. Mais l'un des plus grands avantages de LIBS est sa capacité à obtenir de l'information sans détruire l'échantillon. Le laser enlève moins d'un milligramme de matière, qui est pratiquement invisible. Comme nous le verrons à la page suivante, il fait LIBS une solution idéale pour l'analyse des objets de valeur tels que des peintures ou des objets archéologiques.

plutôt éviter ce problème, si possible. Ils ont entendu d'une nouvelle technique révolutionnaire - spectroscopie induite par la décomposition laser - et décident de l'essayer.

La peinture est réalisée à une restauration de l'installation externe qui dispose d'un équipement LIBS et l'instrumentation. La peinture est analysée centimètre par centimètre. Le laser enlève les petites particules de la surface et le spectromètre étudie les émissions de chaque nuage de plasma, et donc les chimistes de laboratoire peut déterminer exactement quelles molécules sont présentes. Par exemple, lors de l'analyse d'une partie peinte en blanc, découvrez la présence de deux pigments différents. L'un contient du plomb et d'autres titane. Le titane pigment blanc n'est en vente en 20 ans, ils savent donc que la peinture contenant elle fait partie d'une restauration ultérieure. Et non seulement cela: ils savent exactement où elle se termine une couche et la suivante commence, d'observer les changements dans le spectre des émissions.

En fait, les musées commencent à peine à utiliser LIBS, habituellement dans les sections petites et cachées de l'écran. Mais dans un avenir proche utilisera la technologie pour analyser la peinture et restaurer complètement. La restauration peut enlever la peinture et la couche de saleté par couche, jusqu'à ce que le travail de l'artiste d'origine.

Les dentistes commencent également à utiliser avec l'analyse LIBS laser pour déterminer où elle se termine et commence un émail de la cavité d'une dent saine. Et les ingénieurs de contrôle de la qualité dans les alumineries adoptent des techniques d'analyse avec le laser pour faire en sorte que les alliages contiennent les proportions exactes de chaque métal. Les archéologues et les médecins légistes apprécient également la technologie. En fait, l'utilisation du test laser analyse la technologie, inventée près de 50 ans il y a, n'est pas une solution à la recherche d'un problème, mais un outil puissant qui peut aider à résoudre de nombreux problèmes.