Dependência da induzida por laser Resultados Breakdown Spectroscopy sobre Energias de pulso e parâmetros de tempo utilizando simuladores de solo

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

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Summary

Capacidades de detecção LIBS em simuladores de solo foram testados usando uma gama de energias de pulso e parâmetros de tempo. As curvas de calibração foram utilizados para determinar os limites de detecção e as sensibilidades para os diferentes parâmetros. Em geral, os resultados mostraram que não houve uma redução significativa na capacidade de detecção utilizando baixas energias de pulso e de detecção de não-fechado.

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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

A dependência de algumas capacidades de detecção LIBS em energias mais baixas de pulso (<100 MJ) e parâmetros de tempo foram analisados ​​utilizando-se amostras de silicato sintéticos. Estas amostras foram usados ​​como simuladores para o solo e continha pequenas e oligoelementos comumente encontrados no solo em uma ampla gama de concentrações. Para este estudo, mais de 100 curvas de calibração foram preparadas utilizando diferentes energias de impulsos e parâmetros de tempo, os limites de detecção e sensibilidade foi determinada a partir das curvas de calibração. Temperaturas de plasma também foram medidos através de parcelas de Boltzmann para as várias energias e os parâmetros de tempo testados. A densidade dos electrões do plasma foi calculada usando a metade do valor máximo de largura total (FWHM) de linha de hidrogénio a 656,5 nm, sobre as energias testados. No geral, os resultados indicam que a utilização de baixas energias de impulso e de detecção de não-fechado não comprometer seriamente os resultados analíticos. Estes resultados são muito importantes para o desenho de campoe instrumentos LIBS pessoa-portátil.

Introduction

Espectroscopia de desagregação induzida por laser (LIBS) é um método simples de análise elementar, que utiliza uma faísca gerada por laser como fonte de excitação. O impulso de laser que é focado sobre uma superfície que se aquece, ablates, atomiza e ioniza o material de superfície, resultando na formação de plasma. A luz de plasma é espectralmente resolvido e detectado e elementos são identificados por suas assinaturas espectrais. Se devidamente calibrado, LIBS pode fornecer resultados quantitativos. LIBS pode analisar sólidos, gases e líquidos, com pouca ou nenhuma preparação da amostra. 1 Essas características o tornam ideal para análises que não podem ser realizadas em laboratório.

Atualmente, LIBS está sendo estudado para muitas aplicações diferentes, especialmente aqueles que necessitam de medições no terreno para a quantificação. 1-8 Isso requer o desenvolvimento de instrumentação LIBS utilizando componentes robusto e compacto adequado para um sistema baseado em campo. Na maioria dos casos, ocomponentes si não terá todas as capacidades da instrumentação laboratorial, comprometendo assim o desempenho análise. LIBS resultados são dependentes de parâmetros de pulso de laser e outras condições de medição que incluem geometria de amostragem, a atmosfera circundante, bem como a utilização de detecção fechado ou não fechado. 9-12 Para baseada em campo LIBS instrumentação, dois fatores importantes a considerar são a energia de pulso e o uso de fechado contra detecção não fechado. Estes dois factores determinam, em grande medida, o custo, tamanho e a complexidade do aparelho de LIBS. Pequenos, lasers robustamente construídos que podem gerar pulsos de 10-50 MJ na repetência de 0,3-10 Hz estão disponíveis comercialmente e seria altamente vantajoso usar. Portanto, é importante saber que, se houver algum, a perda de capacidades de detecção irá resultar da utilização destes lasers. A energia de pulso é um parâmetro chave para LIBS, uma vez que determina a quantidade de material ablated e vaporizado e char excitaçãoterísticas do plasma. Além disso, a utilização da detecção de fechado pode aumentar o custo do sistema de LIBS, como resultado, é imperativo para determinar as diferenças entre os espectros e utilizando as capacidades de detecção de detecção fechado e não fechado.

Recentemente, um estudo foi realizado comparando a detecção fechado para detecção de não-fechado para elementos menores encontrados em aço. Os resultados mostraram que os limites de detecção foram comparáveis, se não melhor para a detecção de não-fechado. 12 Uma característica importante de LIBS é que a técnica sofre os efeitos da matriz físicas e químicas. Um exemplo do primeiro é que os casais de pulsos de laser de forma mais eficiente com superfícies condutoras / metal do que os não-realização de superfícies. 13 Para este estudo, queremos determinar os efeitos de parâmetros de energia de pulso e de tempo para a não realização materiais como simuladores de solo.

Embora, de campo instrumentos LIBS portáteis foram desenvolvidos e utilizadospara algumas aplicações, um estudo abrangente sobre as capacidades de detecção não foi realizada comparando maior energia e sistemas fechados para sistemas de energia e não fechados inferiores usando simuladores de solo. Este estudo centra-se em parâmetros de energia pulso de laser e datação para determinação de elementos traço em matrizes complexas. A energia do pulso do laser variou entre 10 e 100 mJ de obter uma comparação entre a energias mais baixas e mais altas. Uma comparação entre o uso de fechado contra detecção não fechado foi também realizada na mesma gama de energia.

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Protocol

1. Sistema Laser

  1. Use pulsos de laser produzidos por um Q-switched Nd: YAG operando em 1064 nm e em 10 Hz.
  2. Concentre-se os pulsos de laser sobre a amostra com uma lente de comprimento focal 75 mm.
  3. Recolhe-se o plasma de luz com uma fibra óptica apontada e colocado perto do plasma formado na amostra.
  4. Use um espectrógrafo Echelle / ICCD para espectralmente determinação e registrar o espectro LIBS.
  5. Operar o ICCD em ambos os modos não-fechado e fechado usando um ganho de 125.
  6. Use um 0 ms atraso de tempo (t d) no modo não-fechado e um 1 ms t d no modo fechado.
  7. Para ambos os modos, usar uma largura portão (t b) de 20 ms, com uma exposição de 3 segundos (que integra a luz de plasma no chip câmara ICCD), o que irá resultar em 30 disparos de laser individuais sendo adicionado para produzir cada espectro.
  8. Gravar um total de 5 dessas espectros para cada amostra analisada.
  9. Usar um gerador de atraso digital para controlar a tIming entre o laser eo pulso portão ICCD. A montagem experimental é mostrado na Figura 1.
  10. Verifique o tempo com um osciloscópio.
  11. Operar o laser em energias de pulso de 10, 25, 50 e 100 mJ utilizando a detecção tanto não-fechado e fechado.
  12. Monitorar continuamente a energia do laser e ajustar para corrigir o desvio, se necessário.
  13. 14 usar óculos de segurança do laser apropriados em todos os momentos durante a operação do laser e estabelecer bloqueios de sala em conjunto com a porta da sala e laser; YAG laser é um laser de Classe IV: Análise de Segurança: O Nd.

2. Amostras e Preparação de Amostras

  1. Use silicato materiais de referência certificados sintéticos com concentrações de elementos conhecidos como amostras, as quais imitam amostras comuns do solo com menor e traços de elementos selecionados, abrangendo uma gama de concentrações.
  2. As concentrações dos elementos vestigiais variando desde alguns ppm a 10.000 ppm. Quadro1 lista os elementos monitorados aqui incluindo os seus tipos de linhas e comprimentos de onda utilizados para a análise. Os tipos de linha rotulados como I e II significar átomos neutros ou de átomos ionizados isoladamente, respectivamente. A composição de base comum de cada uma das amostras é o silicato de SiO 2 (72%), o Al 2 O 3 (15%), Fe 2 O 3 (4%), CaMg (CO3) 2 (4%), Na 2 SO 4 ( 2,5%), e K 2 SO 4 (2,5%).
  3. Pressionar as amostras em peletes 31 milímetros de diâmetro, usando uma prensa hidráulica para criar uma superfície lisa para a análise LIBS. A superfície lisa ajuda a criar consistência com os resultados LIBS.
  4. Analisar um novo local de amostra para cada espectro gravado.
  5. Consideração de segurança: Os exemplos de silicatos sintéticos contêm uma grande variedade de elementos em diversas concentrações; usar luvas durante o manuseamento.

3. Preparando curvas de calibração

  1. Prepare curvas de calibração para a variávelelementos ous na detecção tanto fechado e não-fechado em toda a gama de energias de laser testados.
  2. Fazer estas curvas traçando a área do pico ou à área do pico ratioed (eixo-y) contra a concentração do elemento (eixo x).
  3. Use uma linha de tendência linear para ajustar a curva de calibração. [Captura de tela 1]
  4. Calcular limites de detecção utilizando a detecção 3σ, conforme definido pela IUPAC. 15 [cálculo 1]

4. Plasma Temperatura Determinação

  1. Medir as temperaturas de plasma de parcelas de Boltzmann.
  2. Use um conjunto de linhas de ferro [Fe (I)] entre comprimentos de onda de 371-408 nm para criar enredos Boltzmann usando: ln (Iλ / GA) =-E u / kT - ln (4ρZ/hcN 0) (Eq. 1) onde I é a intensidade da transição, tal como determinado a partir da área do pico, λ é o comprimento de onda, A é ​​a probabilidade de transição, g é a degeneração da transição, e u é o estado superior de emissão, k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura,Z é a função de partição, h é a constante de Planck, c é a velocidade da luz, N 0 é a população total da espécie.
  3. Escolha linhas Fe que têm conhecido E u, g, e valores.
  • Os Fe (I) linhas usadas aqui são 371,99, 374,56, 382,04, 404,58, 406,36 nm.
  • O E u, g, e os valores podem ser encontradas neste site ( http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html )
  • Certifique-se de selecionar a opção para mostrar o "g", sob critérios adicionais rotulados como informações sobre o nível.
  • Use o k E e valores de k g.
  1. Para determinar a temperatura, ln plot (Iλ / GA) contra a E u e ajustar os dados com uma linha de tendência linear;. A inclinação é igual a -1/kT 16,17 [screen shot 2]

5. Electron Density Determinação

  1. Para medir o electrodensidade n, use toda a largura à meia altura (FWHM) da linha de hidrogênio em 656,5 nm.
  2. Tome esses dados usando t d = 0,5 ms e t b = 4,5 ms no ICCD.
  3. Medir a FWHM da linha de hidrogénio. [Captura de tela 3]
  4. Calcula-se a densidade de electrões usando: N e = 8,02 x 10 12 [Δλ 1/2 / α 1/2] 3/2 (equação 2) onde N e é a densidade de electrões, Δλ 1/2 é o FWHM medido do A linha de hidrogénio, e α 1/2 é o comprimento de onda reduzido, que é uma função da temperatura e a densidade de electrões. Os valores para os comprimentos de onda reduzidos são fornecidos no Apêndice de Griem IIIa 16-18.
  5. Calcula-se a densidade de electrões usando uma temperatura de 10,000 K (este era o próximo da temperatura média do plasma). [Captura de tela 4]

6. Trabalhar até todos os dados utilizando um programa deque pode determinar as áreas dos picos e / ou Microsoft Excel

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Representative Results

Efeito da energia de pulso de laser e modos de detecção de capacidades de detecção de espectros. LIBS das amostras de silicato sintéticos foram gravados usando detecção fechado e não-fechado em toda a gama de energias de pulso de laser testados. Mais de 100 curvas de calibração foram construídas a partir destes dados para avaliar o efeito da energia do pulso do laser. As curvas de calibração foram preparadas por (1), utilizando a área sob o pico do analito e (2) pelo ratioing a área do pico do analito para a área do pico de ferro a 405,58 nm. A concentração de ferro foi uniforme entre amostras, por isso, foi utilizado como padrão interno. Ratioing área do analito para a área de um elemento de padrão interno pode aumentar a reprodutibilidade de medição, especialmente se houver flutuações de energia tiro-a-tiro de laser. A sensibilidade de detecção (curva de calibração de inclinação) e os dados de limite de detecção de ambos não-fechado e fechado modos de detecção são mostrados nas Tabelas 2, 3, 4 e 5. Para todos os elementos, utilizando as curvas de calibração para a detecção de ambos unratioed fechado e não-fechado, havia uma correlação directa entre a energia do impulso de laser, e a sensibilidade, a sensibilidade aumenta com a energia. Portanto, os sinais de analito foram maiores nas energias de impulso mais elevadas uma vez que a sensibilidade é dependente do sinal de analito em relação à sua concentração. Estes resultados indicam que as energias de impulso mais elevadas poderão ser úteis para aumentar a sinais fracos de analitos. Em geral, quando se comparam os dados de sensibilidade ratioed para detecção não-fechado, houve uma ligeira diminuição na sensibilidade como a energia foi aumentada, o que é mais provável, devido ao fundo superior no espectro LIBS e é discutido na seção denominada "efeito de energia do laser e modos de detecção de espectros. " No entanto, quando se comparam os dados de sensibilidade para a detecção ratioed fechado, a sensibilidade foi relativamente constante ao longo da gama de energias testadas, como esperado. Isto é devidopara o facto de que, quando as áreas dos picos de analito são ratioed a uma área de um elemento que se encontra numa concentração constante, há uma correcção tendo lugar interna que mantém as áreas elementares ratioed relativamente constante. Estes dados são mostrados nas Tabelas 2 e 3.

Em contraste com os resultados obtidos para a sensibilidade nos dados unratioed, em geral, não houve uma correlação entre o limite de detecção e de energia do pulso do laser, o que é esperado uma vez que o limite de detecção depende tanto a sensibilidade e a reprodutibilidade do sinal (Tabela 4). Ao comparar os dados ratioed para os dados não ratioed tanto para detecção fechado e não-fechado, os dados ratioed predominantemente exibiram limites de detecção mais baixos e, geralmente, produzidas melhores correlações lineares do que os dados não ratioed; estes resultados indicam que um padrão interno pode ser utilizado para definir limites de detecção mais baixos (Tabelas 4 e 5). Os dados também é ratioedhowed menores percentuais desvios padrões relativos do que os dados não-ratioed, o que se correlaciona diretamente com os resultados limite de detecção sendo menor para os dados ratioed que os dados não ratioed.

Uma análise mais aprofundada dos resultados de detecção de não-fechados mostrou que as energias mais elevadas pulso de laser, alguns dos elementos não mostraram nenhuma correlação (R 2 <0,7), o que afetou principalmente a determinação de chumbo e manganês. Como não havia um plasma mais intenso em energias mais altas, algumas das linhas espectrais foram ligeiramente obscurecida com a detecção de não-fechado nas energias de pulso mais elevados devido à alta fundo do continuum no espectro LIBS, o fundo superior provavelmente causado os pobres correlações lineares com chumbo e manganês. Este fundo é explicado no "efeito de modos de energia laser e detecção de espectros" abaixo. Além disso, houve alguns casos com os resultados para os limites de detecção não-fechado, onde no correlação foi observada para os dados unratioed mas uma correlação foi obtida a partir dos dados ratioed. A partir disso, podemos concluir que ratioing o sinal elementar a outro elemento ajuda a melhorar correlações usando os sinais elementares unratioed. Em geral, o processo de ratioing a área do elemento de analito para a área de um elemento de padrão interno apareceu para fornecer uma correcção para algumas variações em sinais devido a diferenças de acoplamento com pulso de laser e a amostra, o que foi observado com os melhores correlações lineares os dados ratioed.

Efeito dos modos de energia e de detecção de laser sobre espectros. Como é sabido, os espectros gravados utilizando detecção fechado mostrar uma linha de base mais baixo quando comparado com espectros tiradas usando o modo não-fechado. Isto pode ser visto na comparação entre os espectros de uma amostra FBW silicato sintético 07709 usando detecção fechado e não-fechado a 10 mJ / impulso nas figuras 2a e b. Sem auto-absorção foi observada in espectros usando detecção fechado sobre a faixa de energias de pulso testadas. As áreas dos picos dos elementos nas amostras de silicatos sintéticos como o aumento da energia do pulso do laser foi aumentada para a detecção de fechado, o que é provavelmente devido a uma maior massa de amostra de ablação e um plasma, resultando em maior excitação mais forte. Resultados semelhantes foram obtidos para a exibição de detecção de não-fechado, em geral, um aumento do sinal como a energia por impulso foi aumentada. Estes resultados podem ser vistos na Figura 3 para o alumínio, magnésio, cálcio e linhas neutras e ionizados.

A Figura 4 mostra também que o fundo aumenta claramente como a energia do laser foi aumentada para a detecção de não-fechado. Isto fez com que as linhas espectrais em certas regiões para se tornar mais larga e menos intensa e é muito provavelmente devido à auto-absorção e um aumento do ruído de fundo causado pela continuidade do plasma. Isso poderia afetar ainda mais as capacidades de detecção de energias mais elevadas eé a razão mais provável de por que não houve correlação nas energias do laser maiores usando a detecção de não-fechado. Para evitar esse problema, seria melhor usar as energias de pulso mais baixos com a detecção de não-fechado.

Efeito da energia do laser e modos de detecção de temperatura e densidade eletrônica. Usando as parcelas de Boltzmann, a temperatura média do plasma formado numa amostra simulador foi determinada como uma função da energia laser para ambos os modos contínuos e fechado de detecção. Um lote típico de Boltzmann é mostrado na Figura 5. Os resultados mostram que a temperatura do plasma era relativamente constante ao longo da gama de energias testados para ambos os modos de detecção. As temperaturas de plasma variou de 10,000-11,000 K no modo não-fechado e 8.100 para 8.700 K no modo fechado. Operação em modo não-fechado produzido temperaturas um pouco mais altas, o que é razoável, porque a parte mais antiga da formação plasma é monitorado no modo não-fechado.

< p = classe "jove_content"> A densidade média de electrões do plasma foi medido usando a FWHM da linha de hidrogénio a 656,2 nm e um tempo de atraso de 0,5 ms com uma largura de porta de 4,5 ms. A linha de hidrogénio podem ser provenientes tanto o ar e a amostra de silicato sintético. Sinal de hidrogénio suficiente foi obtido em todas as energias testados. A densidade de electrões aumentou com energia 1,5-2,0 x 10 17 cm -3, indicando um ligeiro aumento na densidade de electrões ao longo de um aumento de 10 vezes em energia.

Figura 1
Figura 1. Um diagrama da configuração LIBS. Isso mostra a configuração geral para o experimento LIBS utilizada para esta análise. Clique aqui para ver imagem ampliada.

re 2 "src =" / files/ftp_upload/50876/50876fig2.jpg "/>
Figura 2. Um espectro de LIBS típico (10 mJ) de amostra de silicato sintético 07709 (um) usando detecção fechado de 0 ms de tempo de atraso e uma largura de 20 ms portão e (b) utilizando a detecção de não-fechado de 1 ms de atraso de tempo e uma largura de 20 ms portão . Clique aqui para ver imagem ampliada.

Figura 3
Figura 3. Uma comparação das áreas dos picos normalizados para Al (I), Al (II), Mg (I), Mg (II), Ca (I), e Ca (II) na amostra de silicato sintético 07709 na gama de energias testados para ambos não-fechado (t d = 0 ms) e fechado detecção (t d = 1 ms). Clique aqui para ver imagem ampliada.

Figura 4
Figura 4. Os espectros LIBS para a amostra de silicato sintético 07709 usando a detecção de não-fechado em 10, 25, 50 e 100 mJ. Clique aqui para ver imagem ampliada.

Figura 5
Figura 5. Um gráfico típico de Boltzmann. Estes dados vem utilizando 25 mJ de energia, com um atraso de 1 ms de tempo. Cada ponto representa uma média de cinco ensaios. Clique aqui para ver imagem ampliada.

Elemento Tipo de linha Comprimento de onda (nm) </ Td>
Ba (II) 493,41
Seja * (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

Tabela 1. Informação espectral para os elementos analisados ​​nas amostras de silicatos sintéticos. Essa tabela contém o símbolo elementar, tipo linha, e o comprimento de onda (s) utilizado para a análise. * Para estes elementos das linhas de perto espaçados não foram resolvidos. Neste caso, a área total sob as linhas não resolvidos foi determinada. ** Fe estava na concentração constante noamostras de silicato sintético; este elemento foi usado para relação as outras áreas de pico dos analitos.

<td> Ti
Sensibilidades (x10 4 ppm -1) para dados Ratioed usando um 0 ms t d
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 11 9 8.3 5
Ser 340 210 200 230
Li 63 60 69 39
Mn 6 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
Sensibilidades para Dados Unratioed usando um 0 ms 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
Mn 17 34 NC NC
Pb 21 NC NC NC
Sr 130 210 NC 290
27 46 55 81

Tabela 2. Sensibilidades para os 0 dados ms de atraso tempo. Estes foram obtidos a partir das inclinações das curvas de calibração lineares para vários elementos usando não-fechado (t d = 0 ms) a detecção de toda a gama de energias testadas. Para as sensibilidades ratioed, analito a área elementar foi ratioed a uma linha de Fe (I). NC = sem correlação: R 2 <0,7.

Sensibilidades (x10m 4 ppm -1) para dados Ratioed usando um 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
Mn 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 4.9
Sensibilidades para Dados Unratioed usando um 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
Mn 16 30 49 80
Pb 21 48 72 130
Sr 100 180 310 480
Ti 11 25 48 84

Tabela 3. Sensibilidades para os dados mS período de tempo 1. Estes foram obtidos a partir das inclinações das curvas de calibração lineares para vários elementos usando detecção fechado (t d = 1 mS) em toda a gama de energias testadas. Para as sensibilidades ratioed, analito a área elementar foi ratioed a uma linha de Fe (I).

Limites de detecção para dados Ratioed usando um 0 ms 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)
Mn 710 (0,99) 1400 (0,99) 820 (0,99) NC
Pb 250 (0,97) NC 3200 (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)
Limites de detecção para dados Unratioed usando um 0 ms 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)
Mn 2900 (0,79) 1500 (0,98) NC NC
Pb 1000 (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) 1100 (0,92)

Tabela 4. Limite de Detecção de dados para um tempo de retardo 0 ms. Os dados de limite de detecção são mostrados em ppm usando um 0 ms de tempo de atraso ao longo dos diferentes energias de laser que mostram tanto dados ratioed e unratioed. As correlações de gráfico linear (R2) estão entre parênteses. NC significa que não houve correlação (R 2 <0,7). Para as sensibilidades ratioed, analito a área elementar foi ratioed a uma linha de Fe (I).

10 mJ

Tabela 5. Limite de Detecção de dados para um atraso de 1 ms de tempo. Os dados de limite de detecção são mostrados usando a 1 ms atraso de tempo durante as várias energias de laser que mostram dados tanto ratioed e unratioed. As correlações de gráfico linear (R2) estão entre parênteses. Para as sensibilidades ratioed, analito a área elementar foi ratioed a uma linha de Fe (I).

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Discussion

Ao comparar os modos de detecção de não-fechado e fechado, os dados de limite de detecção mostra que o modo de detecção fechado permitiu a detecção de todos os elementos, incluindo aqueles que não foram observados através de energias de laser mais elevadas no modo de detecção de não-fechado. Usando a detecção de fechado, o fundo inicial elevado a partir da formação do plasma que não se observa e o fundo é menor que mostra a emissão elementar melhor resolvidos. Além disso, os limites de detecção foram ligeiramente mais baixos usando a detecção fechado.

Geralmente, havia limites de detecção calculados semelhantes em toda a gama de energias testados para detecção tanto fechado e não-fechado. Existem alguns casos em que os limites de detecção foram superiores utilizando as energias mais elevadas com a detecção não-fechado, o que foi provavelmente devido ao aumento do fundo no espectro de LIBS.

Uma vez que não havia uma grande alteração na densidade de electrões e do plasma temperaturas superiores a 10 -aumento da energia dobra, esses fatores não devem afetar as capacidades de detecção mais as energias do laser testados. Isto é consistente com nossos resultados não mostrando grande diminuição no limite de detecção com o aumento da energia de pulso.

A partir dos dados apresentados, algumas conclusões podem ser feitas sobre o uso de energias de pulso de laser de 10-100 mJ e diferentes parâmetros de tempo para a determinação de elementos traço em estimulantes do solo. Menores energias de 10 a 25 mJ fornecida limites de detecção semelhantes aos obtidos a 50 e 100 mJ. Isto mostrou que a utilização de energias de impulso mais baixas não se degrada significativamente as capacidades de detecção e que o uso de uma energia mais baixa, necessária para a pessoa instrumentação LIBS portátil, não irá diminuir a capacidade de detecção. Os resultados mostraram também que os dados ratioed produzido limites de detecção mais baixos do que os dados não ratioed. Portanto, as capacidades de detecção de um sistema compacto de LIBS pode ser melhorada através da utilização de uma internal padrão para ajudar a normalizar os resultados.

Ao comparar os espectros entre o não-fechado e fechado modos de detecção, verificou-se que os espectros registados utilizando detecção fechado produzida uma linha de base inferior e as linhas de emissão elementares foram mais claramente resolvido por alguns dos elementos. Também, os limites de detecção ligeiramente inferiores foram obtidos usando detecção fechado sobre as energias de laser testados. Isso mostra que haverá uma ligeira perda de capacidades de detecção quando se utiliza a detecção do modo não-fechado para simuladores de solo utilizados aqui.

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Disclosures

Os autores não têm nada a divulgar.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado através de EUA Departamento de Energia, o Office of Science.

Materials

Limites de detecção para dados Ratioed usando um 1 ms 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)
Mn 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)
Limites de detecção para dados Unratioed usando um 1 ms 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)
Mn 1200 (0,72) 460 (0,74) 470 (0,89) 1300 (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 1400 (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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