Dependencia de la inducida por láser Desglose Espectroscopia Resultados sobre Energías pulso y parámetros de temporización utilizando simulantes de suelo

1Department of Math and Sciences, Alvernia University, 2Applied Research Associates (ARA), Inc.
Chemistry

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Summary

Capacidades de detección de LIBS en simulantes de suelo se ensayaron usando una gama de energías de impulsos y parámetros de sincronización. Las curvas de calibración se utilizaron para determinar los límites de detección y la sensibilidad para diferentes parámetros. En general, los resultados mostraron que no hubo una reducción significativa en las capacidades de detección utilizando energías de impulso más bajos y la detección no cerrada.

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Kurek, L., Najarian, M. L., Cremers, D. A., Chinni, R. C. Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants. J. Vis. Exp. (79), e50876, doi:10.3791/50876 (2013).

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Abstract

La dependencia de algunas capacidades de detección LIBS en bajas energías de pulso (<100 mJ) y los parámetros de tiempo fueron examinados utilizando muestras de silicatos sintéticos. Estas muestras se utilizaron como simulantes para el suelo y contenían elementos menores y traza se encuentran comúnmente en el suelo en una amplia gama de concentraciones. Para este estudio, más de 100 curvas de calibración se prepararon utilizando diferentes energías de impulso y parámetros de sincronización; límites de detección y la sensibilidad se determinan a partir de las curvas de calibración. Temperaturas de plasma también se midieron utilizando parcelas de Boltzmann para las diferentes energías y los parámetros de tiempo probados. La densidad de electrones del plasma se calculó utilizando la mitad del máximo de ancho total (FWHM) de la línea de hidrógeno a 656,5 nm en las energías probados. En general, los resultados indican que el uso de energías de impulso más bajos y la detección no cerrada no comprometen seriamente los resultados analíticos. Estos resultados son muy relevantes para el diseño de campo-e instrumentos LIBS persona-portátiles.

Introduction

Inducida por láser desglose espectroscopia (LIBS) es un método sencillo de análisis elemental que utiliza una chispa generada por láser como la fuente de excitación. El pulso láser se enfoca sobre una superficie que se calienta, ablación, atomiza y ioniza el material de la superficie resultante en la formación del plasma. La luz de plasma se resuelve y detecta espectralmente y los elementos se identifican por sus firmas espectrales. Si bien calibrado, LIBS puede proporcionar resultados cuantitativos. LIBS pueden analizar sólidos, gases y líquidos con poca o ninguna preparación de la muestra. 1 Estas características lo hacen ideal para el análisis que no pueden llevarse a cabo en el laboratorio.

Actualmente, LIBS se está estudiando para muchas aplicaciones diferentes especialmente aquellas que requieren mediciones sobre el terreno para la cuantificación. 1-8 Esto requiere el desarrollo de instrumentación LIBS utilizando componentes robustos y compactos adecuados para un sistema basado en el campo. En la mayoría de los casos, lacomponentes en sí no tienen todas las capacidades de instrumentación de laboratorio, comprometiendo así el rendimiento del análisis. LIBS resultados dependen de los parámetros del pulso láser y demás condiciones de medición que incluyen la geometría de muestreo, la atmósfera circundante, y el uso de la detección cerrada o no cerrada. 9-12 Para la instrumentación LIBS sobre el terreno, dos factores importantes a considerar son la energía del pulso y el uso de vallado frente a la detección no cerrada. Estos dos factores determinan en gran medida el costo, tamaño y complejidad del instrumento LIBS. Pequeña, láseres de construcción resistente que pueden generar pulsos 10-50 mJ en las tasas de repetición de 0,3 a 10 Hz están disponibles comercialmente y sería muy ventajoso utilizar. Por lo tanto, es importante saber lo que, en su caso, la pérdida en la capacidad de detección será el resultado de la utilización de estos láseres. La energía del pulso es un parámetro clave para LIBS, ya que determina la cantidad de material por ablación y vaporizado y el carbón de leña de excitaciónterísticas del plasma. Además, el uso de detección controlada puede aumentar el coste del sistema LIBS, y como resultado, es imperativo para determinar las diferencias entre los espectros y las capacidades de detección, usando la detección cerrada y no cerrada.

Recientemente, se realizó un estudio comparando la detección cerrada a la detección no cerrada para elementos menores que se encuentran en acero. Los resultados mostraron que los límites de detección fueron comparables si no mejor para la detección no cerrada. 12 Una característica importante de LIBS es que la técnica experimenta los efectos de matriz físicas y químicas. Un ejemplo de lo anterior es que las parejas del pulso láser de manera más eficiente con superficie conductora / metal que las superficies no conductoras. 13 Para este estudio, hemos querido determinar los efectos de los parámetros de energía de pulso y señales horarias para materiales no conductores, como los simuladores de suelo.

Aunque, instrumentos LIBS portátiles de campo se han desarrollado y utilizadopara algunas aplicaciones, un amplio estudio sobre las capacidades de detección no se ha realizado la comparación de los sistemas cerrados de energía más altos y para los sistemas de energía y no cerradas inferiores utilizando simulantes de suelo. Este estudio se centra en los parámetros de energía del pulso láser y señales horarias para la determinación de elementos traza en matrices complejas. La energía del pulso láser varió de 10 a 100 mJ para obtener una comparación entre las energías inferiores y superiores. Una comparación de la utilización de cerrada contra la detección no cerrada también se realizó en el mismo rango de energía.

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Protocol

1. Sistema láser

  1. Utilice pulsos láser producidos por un Q-switched Nd: YAG láser que opera a 1064 nm ya 10 Hz.
  2. Centrarse los pulsos de láser sobre la muestra con una lente de distancia focal de 75 mm.
  3. Recoger la luz de plasma con una fibra óptica señalado en y se coloca cerca de la plasma formado en la muestra.
  4. Utilice un espectrógrafo Echelle / ICCD a espectralmente resolución y registrar el espectro LIBS.
  5. Opere el ICCD en ambos modos no cerradas y bloqueadas usando una ganancia de 125.
  6. Utilice un retraso 0 microsegundos de tiempo (t d) en modo no-cerrada y un 1 microsegundos t d en el modo cerrado.
  7. Para ambos modos, utilizar una anchura de la puerta (T B) de 20 microsegundos con una exposición seg ​​3 (integración de la luz de plasma en el chip de la cámara ICCD); esto se traducirá en 30 disparos de láser individuales se agregan para producir cada espectro.
  8. Grabar un total de 5 dichos espectros para cada muestra analizada.
  9. Utilice un generador de retardo digital para controlar la tIming entre el láser y el impulso de puerta ICCD. El montaje experimental se muestra en la Figura 1.
  10. Verifique el tiempo con un osciloscopio.
  11. Haga funcionar el láser a energías de pulso de 10, 25, 50, y 100 mJ usando la detección tanto no cerrada y cerrada.
  12. Supervisar continuamente la energía del láser y ajuste para corregir la deriva, si es necesario.
  13. Consideración de la seguridad: El Nd:. Láser YAG es un láser de Clase IV; use gafas de seguridad de laser adecuadas en todo momento durante el uso del láser y establecer enclavamientos de las habitaciones junto con la puerta de la habitación y el láser 14

2. Las muestras y preparación de la muestra

  1. Utilice materiales de referencia certificados de silicato sintéticos con concentraciones de elementos conocidos como muestras, las cuales imitan las muestras de suelo comunes con menores y trazas de elementos seleccionados que abarcan una gama de concentraciones.
  2. Las concentraciones de los oligoelementos variaron de unas pocas ppm a 10.000 ppm. Tabla1 enumera los elementos monitorizados aquí incluidos sus tipos de línea y longitudes de onda utilizadas para el análisis. Los tipos de línea etiquetados como I y II significan átomos neutros o un átomo ionizado, respectivamente. La composición de base común de cada muestra de silicato es SiO2 (72%), Al 2 O 3 (15%), Fe 2 O 3 (4%), CaMg (CO 3) 2 (4%), Na 2 SO 4 ( 2,5%), y K 2 SO 4 (2,5%).
  3. Pulse las muestras en forma de gránulos de diámetro 31 mm usando una prensa hidráulica para crear una superficie lisa para el análisis LIBS. La superficie lisa ayuda a crear la coherencia con los resultados LIBS.
  4. Analizar un nuevo punto de la muestra para cada espectro registrado.
  5. Consideración de seguridad: Las muestras de silicato sintéticos contienen una amplia variedad de elementos a diversas concentraciones; usar guantes durante la manipulación.

3. Preparación de las curvas de calibración

  1. Preparar curvas de calibración para la variableelementos de OUS en la detección tanto cerrada y no cerrada sobre la gama de energías láser probados.
  2. Hacer estas curvas representando gráficamente el área del pico o el área del pico tasan (eje y) frente a la concentración elemento (eje x).
  3. Utilice una línea de tendencia lineal para adaptarse a la curva de calibración. [Captura de pantalla 1]
  4. Calcular los límites de detección utilizando la detección 3σ según la definición de la IUPAC. 15 [cálculo 1]

4. Plasma Temperatura Determinación

  1. Mida la temperatura del plasma de las parcelas de Boltzmann.
  2. Utilice un conjunto de líneas de hierro [Fe (I)] entre las longitudes de onda de 371-408 nm para crear parcelas de Boltzmann usando: ln (Iλ / gA) =-E u / kT - ln (4ρZ/hcN 0) (Ec. 1) donde I es la intensidad de la transición como determina a partir del área del pico, λ es la longitud de onda, A es la probabilidad de transición, g es la degeneración de la transición, E u es el estado superior para la emisión, k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura,Z es la función de partición, h es la constante, c de Planck es la velocidad de la luz, N 0 es la población total de la especie.
  3. Elija líneas Fe que han sabido E u, g, y A valores.
  • Las Fe (I) líneas utilizadas aquí son 371.99, 374.56, 382.04, 404.58, 406.36 nm.
  • El E u, g, y A los valores se puede encontrar en este sitio web ( http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html )
  • Asegúrese de seleccionar la opción de mostrar la "g" bajo criterios adicionales etiquetados como información de nivel.
  • Utilice el k E y G valores de k.
  1. Para determinar la temperatura, ln parcela (Iλ / gA) contra E u y ajustar los datos con una línea de tendencia lineal;. La pendiente es igual a -1/kT 16,17 [captura de pantalla 2]

5. Determinación de la densidad de electrones

  1. Para medir la electrodensidad n, utilice el ancho a media altura (FWHM) de la línea de hidrógeno a 656,5 nm.
  2. Tome estos datos utilizando t d = 0,5 microsegundos y t b = 4.5 microsegundos en el documento ICCD.
  3. Mida la FWHM de la línea de hidrógeno. [Captura de pantalla 3]
  4. Calcular la densidad de electrones utilizando: N e = 8,02 x 10 12 [Δλ medio / α 1/2] 3/2 (Ec. 2) donde N e es la densidad de electrones, Δλ medio es el FWHM medido de la línea de hidrógeno, y α medio es la longitud de onda reducida que es una función de la temperatura y la densidad de electrones. Los valores de las longitudes de onda más reducidas se proporcionan en el Apéndice de Griem IIIa. 16-18
  5. Calcular la densidad de electrones utilizando una temperatura de 10.000 K (esta era la cerca de la temperatura media del plasma). [Captura de pantalla de 4]

6. El trabajo de todos los datos utilizando un programaque pueden determinar las áreas de los picos y / o Microsoft Excel

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Representative Results

Efecto de la energía del pulso láser y modos de detección de las capacidades de detección. LIBS espectros de las muestras de silicatos sintéticos se registraron usando detección cerrada y no cerrada sobre la gama de energías de impulso láser probados. Más de 100 curvas de calibración se construyeron a partir de estos datos para evaluar el efecto de la energía de pulso de láser. Las curvas de calibración fueron preparados por (1) utilizando el área bajo el pico del analito y (2) por ratioing el área del pico del analito para el área del pico de hierro a 405,58 nm. La concentración de hierro era uniforme entre muestras, por lo tanto, fue utilizado como un estándar interno. Ratioing la zona de analito a la zona de un elemento estándar interno puede aumentar la reproducibilidad de medición especialmente si hay fluctuaciones de energía Laser Shot-a disparo. La sensibilidad de detección (curva de calibración de pendiente) y los datos de límite de detección utilizando tanto no cerrada y cerrada modos de detección se muestran en las tablas 2, 3, 4, y 5. Para todos los elementos, utilizando las curvas de calibración unratioed para la detección tanto cerrada y no cerrada, no había una correlación directa entre la energía del pulso láser y la sensibilidad: sensibilidad aumentó con la energía. Por lo tanto, las señales de analitos eran más grandes en las energías de impulso más altas ya que la sensibilidad depende de la señal de analito en relación con su concentración. Estos resultados indican que las energías de impulso más altas podrían ser útiles para aumentar señales débiles de analito. En general, cuando se comparan los datos de sensibilidad tasan para la detección no cerrada, hubo una ligera disminución en la sensibilidad a medida que se incrementaba la energía, lo que es más probable debido a el fondo superior en el espectro de LIBS y se discute en la sección titulada "efecto de la energía láser y modos de detección en los espectros ". Sin embargo, cuando se comparan los datos de sensibilidad tasan para la detección cerrada, las sensibilidades fueron relativamente constante en el rango de energías probados, como se esperaba. Esto es debidoal hecho de que cuando las áreas de los picos del analito se tasan a una superficie de un elemento que está a una concentración constante, hay una corrección teniendo lugar interno que mantiene las áreas elementales tasan relativamente constante. Estos datos se muestran en las Tablas 2 y 3.

En contraste con los resultados obtenidos para la sensibilidad en los datos unratioed, en general, no había una correlación entre el límite de detección y la energía del pulso láser, lo que se espera ya que el límite de detección depende de la sensibilidad y la reproducibilidad de la señal (Tabla 4). Al comparar los datos tasan a los datos no tasan tanto para la detección cerrada y no cerrada, los datos tasan exhibieron predominantemente límites de detección más bajos y mejores correlaciones lineales producidos generalmente que los datos no tasan, estos resultados indican que una norma interna puede ser se utiliza para proporcionar los límites de detección más bajos (Tablas 4 y 5). Los datos también se tasan showed ciento desviaciones estándar relativas más bajas que los datos no tasan, lo que se correlaciona directamente con los resultados de límite de detección es más bajo para los datos tasan que los datos no tasan.

Un examen más detallado de los resultados de la detección no cerradas mostró que las energías de pulso láser más altos, algunos de los elementos no mostraron correlación (R 2 <0,7), lo que afectó principalmente a la determinación de plomo y manganeso. Como no había un plasma más intensa a altas energías, algunas de las líneas espectrales fueron oscurecidas ligeramente con detección no cerrada a las energías de impulso más altos debido a la alta de fondo de la serie continua en el espectro LIBS, lo más alto de fondo muy probablemente causado a los pobres correlaciones lineales con plomo y manganeso. Este fondo se explica en el "efecto de los modos de energía láser y detección de espectros" a continuación. Además, hubo unos pocos casos con los resultados para los límites de detección no cerradas donde no se observó correlación para los datos unratioed pero una correlación se obtuvo a partir de los datos tasan. De esto, podemos concluir que ratioing la señal elemental a otro elemento de ayuda para mejorar las correlaciones utilizando las señales elementales unratioed. En general, el proceso de ratioing la zona del elemento de analito a la zona de un elemento de patrón interno parecía proporcionar una corrección para algunas fluctuaciones en las señales debido a las diferencias de acoplamiento con pulso de láser y la muestra, lo que se observó con las mejores correlaciones lineales de los datos tasan.

Efecto de la energía y de detección de los modos láser en los espectros. Como es bien sabido, los espectros registrados utilizando detección controlada mostrar una línea de base más baja en comparación con los espectros tomados usando el modo de no-bloqueados. Esto se puede ver cuando se comparan los espectros de una muestra de silicato sintético GBW 07709 usando la detección cerrada y no cerrada a 10 mJ / pulso en las figuras 2a y b. No se observó ningún ensimismamiento in los espectros usando detección controlada en el intervalo de energías de impulso probados. Las áreas de los picos de los elementos en las muestras de silicatos sintéticos aumentaron como la energía del pulso láser se aumentó para la detección cerrada, lo que es más probable debido a una mayor masa de la muestra sometida a ablación y un plasma más grande lo que resulta en la excitación más fuerte. Se obtuvieron resultados similares para los que muestra la detección no cerrada, en general, un aumento en la señal de medida que se incrementaba la energía de pulso. Estos resultados se pueden ver en la Figura 3 para el aluminio, de magnesio, de calcio y de líneas neutras y ionizadas.

La figura 4 muestra, además, que el fondo aumenta claramente como la energía del láser se incrementó para la detección no cerrada. Esto causó que las líneas espectrales en ciertas regiones a ser más ancho y menos intenso y es más probable debido a la auto-absorción y un aumento de fondo causado por el continuo de plasma. Esto podría afectar aún más las capacidades de detección a energías más altas yes la razón más probable de por qué no hubo correlación en las energías más altas que utilizan láser de detección no cerrada. Para evitar este problema, sería mejor utilizar energías de conmutación bajas con detección no cerrada.

Efecto de la energía láser y los modos de detección de la temperatura y la densidad de electrones. Uso de las parcelas de Boltzmann, la temperatura media del plasma formado en una muestra simulante se determinó como una función de la energía láser para ambos modos continuo y cerrada de la detección. Un gráfico típico de Boltzmann se muestra en la Figura 5. Los resultados muestran que la temperatura del plasma era relativamente constante en la gama de energías ensayados para ambos modos de detección. Las temperaturas del plasma oscilaron entre 10,000-11,000 K en modo no-cerrada y 8.100 a 8.700 K en modo cerrado. Funcionamiento en modo no-bloqueados produce temperaturas ligeramente más altas, lo que es razonable, porque la primera parte de la formación de plasma se controla en modo no cerrada.

< p class = "jove_content"> La densidad media de electrones del plasma se midió usando el FWHM de la línea de hidrógeno a 656,2 nm y un retardo de tiempo de 0,5 microsegundos con una anchura de la puerta de 4.5 microsegundos. La línea de hidrógeno podría originarse en tanto el aire y la muestra sintética de silicato. Señal suficiente hidrógeno se obtuvo a todas las energías probadas. La densidad de electrones con energía aumentó desde 1,5 hasta 2,0 x 10 17 cm -3, lo que indica un menor aumento de la densidad de electrones en un aumento de 10 veces en la energía.

Figura 1
Figura 1. Un diagrama de la configuración LIBS. Esto muestra la configuración general para el experimento LIBS utilizado para este análisis. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

re 2 "src =" / files/ftp_upload/50876/50876fig2.jpg "/>
Figura 2. Un espectro típico de LIBS (10 mJ) de la muestra de silicato sintético 07 709 (a) usando la detección cerrada de 0 microsegundos tiempo de retardo y una anchura de 20 microsegundos puerta y (b) usando la detección no cerrada de 1 retardo de tiempo de microsegundos y una anchura de 20 microsegundos puerta . Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 3
Figura 3. Una comparación de las áreas de los picos normalizadas sobre Al (I), Al (II), Mg (I), Mg (II), Ca (I), y Ca (II) en la muestra de silicato sintético 07709 sobre la gama de energías probados para tanto no cerrada (t d = 0 microsegundos) y detección controlada (t d = 1 microsegundos). Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 4
Figura 4. Los espectros LIBS para la muestra de silicato sintético 07709 utilizando la detección no cerrada a las 10, 25, 50 y 100 mJ. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

La figura 5
Figura 5. Una parcela típica Boltzmann. Este dato proviene del uso de 25 mJ de energía con un retraso de 1 hora microsegundos. Cada punto representa una media de cinco ensayos. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Elemento Tipo de línea Longitud de onda (nm) </ Td>
Ba (II) 493.41
Sea * (II) 313.04, 313.11
Fe ** (I) 404.58
Pb (I) 405.78
Li * (I) 670.78, 670.79
Mn * (I) 403.08, 403.31, 403.45
Sr (II) 407.77
Ti (II) 334.94

Tabla 1. La información espectral para los elementos analizados en las muestras de silicatos sintéticos. Esta tabla contiene el símbolo elemental, tipo de línea, y la longitud de onda (s) utilizado para el análisis. * Para estos elementos no se resolvieron las líneas muy juntas-. En este caso, se determinó el área total de las líneas no resueltas. ** Fe fue a una concentración constante en lamuestras de silicatos sintéticos; este elemento se utiliza para relación de las otras áreas de los picos del analito.

<td> Ti
Sensibilidades (x10 4 ppm -1) para tasan datos utilizando un 0 microsegundos t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 11 9.0 8.3 5.0
Ser 340 210 200 230
Li 63 60 69 39
Minnesota 6.0 4.7 4.1 NC
Pb 6.1 NC 1.0 NC
Sr 38 27 24 16
Ti 7.7 2.0 5.7 4.5
La sensibilidad para Unratioed datos utilizando un 0 microsegundos t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 38 68 80 90
Ser 1200 1500 2100 4400
Li NC 400 NC 660
Minnesota 17 34 NC NC
Pb 21 NC NC NC
Sr 130 210 NC 290
27 46 55 81

Tabla 2. Sensibilidades de los 0 microsegundos de retardo de tiempo de datos. Estos se obtuvieron de las pendientes de las curvas de calibración lineales para varios elementos utilizando no cerrada (t d = 0 microsegundos) de detección en el rango de energías probadas. Para las sensibilidades tasan, el área elemental analito se tasan a una Fe (I) de la línea. NC = no hay correlación: R 2 <0,7.

Sensibilidades (x10m 4 ppm -1) para tasan datos utilizando un 1 ms t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 9.9 10 10 8.4
Ser 110 100 170 140
Li 72 59 67 52
Minnesota 5.6 5.2 5.1 4.8
Pb 6.8 7.9 6.9 7.4
Sr 33 30 31 27
Ti 3.7 4.3 5.0 4.9
La sensibilidad para Unratioed datos utilizando un 1 ms t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 30 60 98 140
Ser 330 600 1700 2500
Li 220 720 1100 1600
Minnesota 16 30 49 80
Pb 21 48 72 130
Sr 100 180 310 480
Ti 11 25 48 84

Tabla 3. La sensibilidad para los datos de 1 ms de retardo de tiempo. Estos se obtuvieron de las pendientes de las curvas de calibración lineales para distintos elementos que utilizan detección controlada (t d = 1 ms) en el rango de energías probadas. Para las sensibilidades tasan, el área elemental analito se tasan a una Fe (I) de la línea.

Límites de Detección para tasan datos utilizando un 0 microsegundos t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 310 (0,99) 310 (0,99) 280 (0,99) 610 (0,96)
Ser 2,1 (0,99) 6,7 (0,99) 3,7 (0,99) 4,8 (0,89)
Li 170 (0,98) 48 (0.97) 87 (0.98) 100 (0,78)
Minnesota 710 (0,99) 1,400 (0,99) 820 (0.99) NC
Pb 250 (0,97) NC 3,200 (0,85) NC
Sr 60 (0.99) 70 (0.99) 50 (0.99) 32 (0.96)
Ti 310 (0,99) 690 (0,97) 500 (0,99) 250 (0,89)
Límites de Detección para Unratioed datos utilizando un 0 microsegundos t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 660 (0,92) 450 (0,99) 480 (0,76) 830 (0,93)
Ser 5,6 (0,97) 9,9 (0,99) 5,5 (0,77) 6,5 (0,84)
Li NC 160 (0,91) NC 220 (0,76)
Minnesota 2,900 (0,79) 1,500 (0,98) NC NC
Pb 1,000 (0,88) NC NC NC
Sr 230 (0,93) 100 (0,99) NC 60 (0,92)
Ti 800 (0,94) 770 (0,99) 530 (0,71) 1,100 (0,92)

Tabla 4. Detección de datos Límite de 0 microsegundos tiempo de retardo. Los datos de límite de detección se muestran en ppm usando un tiempo de retardo de 0 microsegundos en los diferentes energías láser que muestran los datos tanto tasan y unratioed. Las correlaciones de gráficos lineales (R 2) se encuentran entre paréntesis. NC significa que no se observó correlación (R 2 <0,7). Para las sensibilidades tasan, el área elemental analito se tasan a una Fe (I) de la línea.

10 mJ

Tabla 5. Detección de datos Límite de 1 retraso de microsegundos de tiempo. Los datos de límite de detección se muestran utilizando un 1 retardo microsegundos de tiempo en las distintas energías láser que muestran los datos tanto tasan y unratioed. Las correlaciones de gráficos lineales (R 2) se encuentran entre paréntesis. Para las sensibilidades tasan, el área elemental analito se tasan a una Fe (I) de la línea.

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Discussion

Al comparar los modos de detección no cerradas y bloqueadas, los datos muestran que el límite de detección del modo de detección controlada permitió la detección de todos los elementos, incluidos los que no fueron vistos usando energías láser más altas en el modo de detección no cerrada. Uso de la detección cerrada, el alto fondo inicial de la formación del plasma no se observa y el fondo se reduce mostrando la emisión elemental mejor resuelto. Por otra parte, los límites de detección fueron ligeramente inferiores utilizando detección controlada.

En general, no había límites de detección similares calculados sobre el rango de energías probados para la detección tanto residencial como no residencial. Hubo algunos casos en que los límites de detección fueron superiores utilizando las energías más altas con la detección no cerrada, lo que fue muy probablemente debido a la mayor experiencia en el espectro LIBS.

Como no había un gran cambio en las temperaturas de densidad de electrones y plasma durante un 10 -fold aumento de la energía, estos factores no deben afectar a las capacidades de detección de más de las energías láser probados. Esto es consistente con nuestros resultados no muestran gran disminución de los límites de detección con un aumento de la energía del pulso.

A partir de los datos presentados, algunas conclusiones se pueden hacer sobre el uso de las energías del pulso láser de 10 a 100 mJ y diferentes parámetros de tiempo para la determinación de elementos traza en suelos estimulantes. Energías más bajas de 10 y 25 mJ siempre los límites de detección similares a los obtenidos en 50 y 100 mJ. Esto demostró que el uso de energías de impulso más bajos no se degrada significativamente las capacidades de detección y que el uso de una energía más baja, necesaria para la persona instrumentación LIBS portátil, no va a disminuir las capacidades de detección. Los resultados también mostraron que los datos tasan producen límites de detección más bajos que los datos no tasan. Por lo tanto, las capacidades de detección de un sistema LIBS compacto podrían mejorarse mediante el uso de una entre otrasestándar nal para ayudar a normalizar los resultados.

Al comparar los espectros entre no-cerrada y cerrada modos de detección, se encontró que los espectros registrados usando la detección cerrada produce una línea de base inferior y las líneas de emisión elementales fueron resueltos más claramente para algunos de los elementos. También, los límites de detección ligeramente más bajos se obtuvieron usando la detección cerrada sobre las energías láser probados. Esto demuestra que habrá una ligera pérdida en la capacidad de detección cuando se utiliza la detección de modo de no-bloqueados para simuladores de suelo utilizados aquí.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

Este trabajo fue financiado a través del Departamento de Energía, Oficina de Ciencia EE.UU..

Materials

Límites de Detección para tasan datos utilizando un 1 microsegundos t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 93 (0.99) 170 (0,99) 160 (0,99) 170 (0,99)
Ser 2,5 (0,99) 1,5 (0,99) 1,9 (0,99) 2,1 (0,99)
Li 78 (0.98) 82 (0.91) 62 (0.92) 130 (0,95)
Minnesota 250 (0,96) 280 (0,99) 220 (0,97) 370 (0,98)
Pb 53 (0.99) 160 (0,99) 91 (0.99) 120 (0,98)
Sr 21 (0.99) 15 (0.99) 28 (0.99) 11 (0.99)
Ti 280 (0,97) 290 (0,99) 120 (0,99) 150 (0,99)
Límites de Detección para Unratioed datos utilizando un 1 microsegundos t d
25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 760 (0,86) 280 (0,82) 190 (0,96) 340 (0,86)
Ser 5,1 (0,89) 2,1 (0,87) 2,9 (0,99) 4,7 (0,92)
Li 220 (0,78) 52 (0.86) 100 (0,88) 260 (0,89)
Minnesota 1,200 (0,72) 460 (0,74) 470 (0,89) 1,300 (0,81)
Pb 100 (0,88) 170 (0,79) 150 (0,97) 130 (0,84)
Sr 83 (0.89) 18 (0.84) 44 (0.99) 26 (0.86)
Ti 1,400 (0,77) 370 (0,79) 290 (0,97) 370 (0,88)
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Nd:YAG laser Continuum Surelite II
Echelle spectrograh/ICCD Catalina/Andor SE200/iStar
Digital delay generator BNC Model 575-4C
Hydraulic Press Carver Model-C
31-mm pellet die Carver 3902
Power meter indictor model Scientech, Inc. Model number: AI310D
Power meter detector model Scientech, Inc. Model number: AC2501S
Oscilloscope Tektronix MSO 4054
Optical fiber Ocean Optics QP1000-2-UV-VIS
Lens kit (this kit contains the 75 mm f.l. lens) CVI Optics LK-24-C-1064
Reagent/Material list
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07704
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07705
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07706
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07708
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07709
Aluminum caps (for pressing synthetic silicate samples) SCP Science 040-080-001

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References

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