Toprak benzerleri kullanılarak Darbe Enerjileri ve Zamanlama Parametreleri Lazer kaynaklı Dağılımı Spektroskopisi Sonuçlarının Bağımlılığı

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Toprak simulants üzerinde KIBS algılama yetenekleri darbe enerjileri ve zamanlama parametreleri bir dizi kullanılarak test edildi. Kalibrasyon eğrileri farklı parametreler için algılama sınırları ve karşı duyarlılıklarını araştırmak için kullanıldı. Genellikle, sonuçlar alt nabız enerjileri ve non-kapılı algılama kullanarak algılama yeteneklerinde önemli bir azalma olmadığını gösterdi.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Düşük nabız enerjilerin (<100 mJ) ve zamanlama parametreleri üzerinde bazı KIBS algılama yetenekleri bağımlılığı sentetik silikat örnekleri kullanılarak incelenmiştir. Bu örnekler için toprak benzerlerinde yaygın olarak kullanılan ve konsantrasyonları, geniş bir toprakta bulunan küçük ve eser elementleri ihtiva edilmiştir. Bu çalışma için, 100'ün üzerinde kalibrasyon eğrileri farklı darbe enerjileri ve zamanlama parametreleri kullanılarak hazırlanmış; tespit sınırları ve hassasiyetleri kalibrasyon eğrileri belirlenmiştir. Plazma sıcaklığı, aynı zamanda, çeşitli enerjileri ve test edilen zamanlama parametreleri için Boltzmann araziler kullanılarak ölçülmüştür. Plazmanın elektron yoğunluğu test enerjilerinin fazla 656,5 nm hidrojen hattının tam genişlikli yarım maksimum (FWHM) kullanılarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar, düşük darbe enerjileri ve non-kapılı algılama kullanımı ciddi analitik sonuçları olumsuz olmadığını göstermektedir. Bu sonuçlar tasarımına çok alakalı alanda-ve kişi-taşınabilir KIBS aletleri.

Introduction

Lazer kaynaklı arıza Spektroskopisi (LIBS) uyarım kaynağı olarak bir lazer tarafından oluşturulan bir kıvılcım kullanan element analizi, basit bir yöntemdir. Lazer darbeli, ısıtır ablates, atomize ve plazma oluşumu ile sonuçlanan bir yüzey malzemesi iyonize bir yüzey üzerine odaklanmıştır. Plazma ışık Işıksal çözülmesi ve algılanır ve elemanları kendi spektral imzaları ile tanımlanır edilir. Düzgün kalibre ise, LIBS kantitatif sonuçlar sağlayabilir. LIBS az veya hiç numune hazırlama ile katı, gaz ve sıvı analiz edebilirsiniz. 1. Bu özellikleri laboratuarda yürütülen olamaz analizler için idealdir.

Şu anda, LIBS özellikle çok farklı uygulamalar ölçümü için alan bazlı ölçümler gerektiren olanlar için çalışılmaktadır. 1-8 Bu alan bazlı sistem için uygun sağlam ve kompakt bileşenleri kullanarak KIBS enstrümantasyon geliştirilmesini gerektirmektedir. Çoğu durumda,se bileşenler böylece analiz performansından ödün, laboratuar tabanlı enstrümantasyon tam yeteneklere sahip değildir. LIBS sonuçlar lazer darbe parametreleri ve örnekleme geometri, çevreleyen atmosfer ve Geçitli veya non-kapılı algılama kullanımını içeren diğer ölçüm koşullarına bağlıdır. 9-12 alan bazlı KIBS enstrümantasyon için, dikkate alınması gereken iki önemli faktör darbe enerji vardır ve kullanımı olmayan kapılı algılama karşı Geçitli. Bu iki faktör, büyük ölçüde LIBS enstrümanın maliyet, boyut ve karmaşıklık belirler. 0,3-10 Hz tekrarlanma oranlarda 10-50 mJ gelen pulsları üretir Small, sağlam yapılı lazerler ticari olarak temin edilebilir ve kullanımı son derece avantajlı olacaktır. Bu nedenle, eğer varsa, algılama yeteneklerine kaybı Bu lazerlerin kullanımı neden olur, ne bilmek önemlidir. Bu ablasyon ve buharlaşmış malzeme miktarı ve uyarma karakter olarak belirleyen darbe enerjisi LIBS için önemli bir parametredirPlazmanın tiklerinden ötürü. Buna ek olarak, kapı tespit kullanımı LIBS sistemin maliyetini artırabilir, sonuç olarak, bu kapı ve non-kapılı algılama kullanarak spektrumları ve algılama yetenekleri arasındaki farklılıkları belirlemek için zorunludur.

Son zamanlarda, bir çalışma çelik bulunan küçük elementlerin olmayan kapılı tespiti için bir kapı algılama karşılaştırılarak yapıldı. Sonuçlar algılama sınırları olmayan kapılı tespiti için karşılaştırılabilir olmasa daha iyi olduğunu gösterdi. 12. LIBS önemli özelliklerinden birisi, teknik, fiziksel ve kimyasal matriks etkileri deneyimleri olduğunu. Eski bir örneği daha iletken / metal yüzeyleri ile daha verimli lazer darbeli çiftler yüzeyleri, iletken olmayan olmasıdır. 13 Bu çalışma için, toprak benzerlerinde gibi iletken olmayan malzemeler için darbe enerjisi ve zamanlama parametrelerini etkisini belirlemek istedi.

Her ne kadar, alan taşınabilir KIBS alet geliştirilmiş ve kullanılmıştırbazı uygulamalar için, algılama yetenekleri üzerinde kapsamlı bir çalışma toprak benzerleri kullanılarak düşük enerji ve non-kapılı sistemlerde daha yüksek enerji ve kapı sistemlerini karşılaştırırken yapılmamıştır. Bu çalışma karmaşık matrisler iz elementlerin belirlenmesi için lazer darbe enerjisi ve zamanlama parametreleri üzerinde duruluyor. Lazer darbesinin enerjisi düşük ve daha yüksek enerji arasında bir karşılaştırma elde etmek üzere 10 ile 100 mJ arasında bulunmuştur. Non-kapılı algılama karşı kapılı kullanımının bir karşılaştırılması da, aynı enerji aralığı üzerinde yapıldı.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1.. Lazer Sistemi

  1. Q-anahtarlı Nd tarafından üretilen lazer darbeleri kullanın: YAG lazer 1,064 nm ve 10 Hz'de çalışan.
  2. 75 mm odak uzaklığı lens numune üzerine lazer darbeleri Odak.
  3. Işaret ve örnek üzerinde oluşan plazma yakın yerleştirilmiş bir fiber optik ile plazma ışığı toplamak.
  4. Kararlılığını spektral ve KIBS spektrum kaydetmek için bir Eşel spektrograf / ICCD kullanın.
  5. 125 bir kazanç kullanarak hem non-kapılı ve Geçitli modlarında ICCD çalıştırın.
  6. Non-kapılı modunda 0 mikro saniye olduğu zaman gecikmesini (t d) ve Geçitli modunda 1 mikro saniye olduğu t d kullanın.
  7. Modları için, (ICCD kamera çip plazma ışığı entegre) bir 3 sn pozlama ile 20 mikro saniye bir kapı genişliği (t b) kullanın, bu 30 ayrı lazer çekim için her spektrum üretmek üzere eklenen neden olur.
  8. Analiz edilen her numune için 5 böyle spektrumları toplam kaydedin.
  9. T kontrol etmek için bir dijital gecikme jeneratör kullanınlazer ve ICCD kapı darbesi arasında IMing. Kurulmuş deney, Şekil 1 'de gösterilmiştir.
  10. Bir osiloskop ile zamanlamasını doğrulayın.
  11. Non-kapı ve kapılı hem de algılama kullanarak darbe 10 enerjileri, 25, 50, ve 100 mJ'de lazer çalıştırın.
  12. Sürekli lazer enerjisini izleme ve gerektiğinde, sürüklenme düzeltmek için ayarlanır.
  13. Güvenlik Notları: Nd:. YAG lazer Sınıf IV lazer, lazer çalıştırırken her zaman uygun lazer güvenlik gözlükleri ve oda kapı ve lazer ile birlikte oda kilitleri kurmak 14

2. Örnekleri ve Örnek Hazırlama

  1. Numune olarak bilinen element konsantrasyonları ile sentetik silikat sertifikalı referans malzemeleri kullanın, bunlar küçük ortak toprak örnekleri taklit ve konsantrasyonlarının bir aralığı kapsayan seçilen elemanların eser miktarda.
  2. Iz elementlerin miktarları birkaç ppm ila 10000 ppm. Tablo değişmekteydiAnalizi için kullanılan kendi hat türleri ve dalga boyları da dahil olmak üzere burada izlenir 1 listeleri elemanları. I ve II olarak etiketlenmiş çizgi türleri sırasıyla, nötr atomlar veya tek başına iyonlaşmış atom anlamına gelir. Her bir numunenin silikat ortak baz bileşimi SiO 2 (% 72), Al 3 2 O (% 15) 'dir, Fe 2 O 3 (% 4), CaMg (CO 3) 2 (% 4), 2 Na SO 4 ( % 2.5), ve K 2 SO 4 (% 2.5).
  3. LIBS analiz için düz bir yüzey oluşturmak için bir hidrolik pres kullanılarak 31 mm çapında topaklar halinde örnekleri basın. Pürüzsüz yüzey KIBS sonuçları ile tutarlılık oluşturmak için yardımcı olur.
  4. Kaydedilen her bir spektrum için yeni bir örnek nokta analiz.
  5. Emniyet göz: sentetik silikat örnekleri çeşitli konsantrasyonlarda elemanları geniş bir yelpazede içerir; taşıma sırasında eldiven giyin.

3. Kalibrasyon Eğrileri hazırlanıyor

  1. Vari için kalibrasyon eğrileri hazırlayıntest edilen lazer enerjileri aralığında işlenir ve non-kapılı her iki algılama lı elemanları.
  2. Element konsantrasyonu (x-ekseni) karşı pik alanı veya ratioed pik alanı (y-ekseni) grafiğini çizmek suretiyle bu eğrileri yapın.
  3. Kalibrasyon eğrisi uygun bir doğrusal eğilim hattı kullanın. [Ekran görüntüsü 1]
  4. IUPAC tarafından tanımlanan 3σ algılama kullanarak algılama sınırlarını hesaplayın. 15. [hesaplama 1]

4. Plazma sıcaklığı belirlenmesi

  1. Boltzmann parsellerden plazma sıcaklıkları ölçmek.
  2. - Ln (4ρZ/hcN 0) (Eşitlik 1) ln (Iλ / gA) =-E u / kT: kullanarak Boltzmann araziler yaratmak için 371-408 nm dalga boyu arasında demir hatları [Fe (I)] bir dizi kullanımı I pik alanı ile belirlenen geçişin yoğunluğu olduğu yerde, λ dalga boyu olan, bir geçiş olasılığı, g geçişin yozlaşması olan, E u emisyon için üst durumdur, k Boltzmann sabiti, T sıcaklıktır,Z h Planck sabiti, c ışık hızı olduğunu, bölme fonksiyonu, N 0 toplam türler nüfusu.
  3. E u, g ve A değerleri bilinen Fe çizgiler seçti.
  • Burada kullanılan Fe (I) hatları 371,99, 374,56, 382,04, 404,58, 406,36 nm.
  • E u, g ve A değerleri bu web sitesinde bulunabilir ( http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html )
  • Düzey bilgi olarak etiketlenmiş ek kriterler altında "g" göstermek için seçeneği seçmek için emin olun.
  • E k ve g k değerleri kullanın.
  1. E u karşı sıcaklığı, arsa ln (Iλ / gA) belirlemek ve bir doğrusal eğilim çizgisi ile veriyi sığdırmak için. Eğimi -1/kT eşittir 16,17 [screen shot 2]

5. Elektron Yoğunluk Tayini

  1. Elektro ölçmek içinn yoğunluğu, 656,5 nm hidrojen çizgisinin yarı maksimum (FWHM) de tam genişliği kullanın.
  2. = T d kullanarak bu verileri almak 0.5 mikro saniye olduğu ve t b = ICCD üzerinde 4.5 mikro saniye olduğu.
  3. Hidrojen hattının FWHM ölçün. [Ekran görüntüsü 3]
  4. Kullanılarak elektron yoğunluğu hesaplayın: N e = 8.02 x 10 12 [Δλ 1/2 / α 1/2] N e elektron yoğunluğu 3/2 (Denklem 2), Δλ 1/2 arasında ölçülen FWHM olduğu hidrojen hattı ve α 1/2 sıcaklığın bir fonksiyonu ve elektron yoğunluğu düşük dalga boyudur. Indirgenmiş dalga boyları için değerler en Griem Ek IIIa 'da verilmiştir. 16-18
  5. (Bu plazma ortalama sıcaklığına yakın) 10,000 K bir sıcaklığı kullanılarak elektron yoğunluğunu hesaplar. [Ekran görüntüsü 4]

6. Bir Programı Kullanma Tüm Verileri çalışınbu tepe alanlarının ve / veya Microsoft Excel belirleyebilir

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Sentetik silikat numune algılama yeteneklerine lazer darbeli enerji ve araştırma modları etkisi. LIBS spektrumları test lazer darbeli enerji aralığında işlenir ve non-kapılı algılama kullanılarak kaydedildi. 100 üzerinde kalibrasyon eğrileri lazer darbe enerjisinin etkisini değerlendirmek için bu verilere inşa edildi. Kalibrasyon eğrileri (1) analit tepe noktasının altındaki ve (2) 405,58 nm'de demir tepe alanına analit pik alanı ile ratioing alanını kullanarak hazırlandı. Demir konsantrasyonu örnekleri arasında muntazam olduğu ve bu nedenle, bir iç standart olarak kullanılmıştır. Bir iç standart elemanının alanına analit alan Ratioing ölçüm tekrarlanabilirliğini artırabilir çekim-to-shot lazer enerji dalgalanmaları var özellikle. Algılama hassasiyeti (kalibrasyon eğrisi eğimi) ve non-kapılı ve araştırma modları kapılı her ikisini de kullanarak saptama limiti veriler, Tablo 2, 3, 4 ve 5 de gösterilmiştir. Geçitli ve non-kapılı hem tespiti için unratioed kalibrasyon eğrilerini kullanarak tüm elemanlar, için, lazer darbe enerji ve duyarlılığı arasında doğrudan bir ilişki vardı: hassasiyet enerji ile artmıştır. Duyarlılık konsantrasyonuna nisbetle analitin sinyal bağımlı değildir Bu nedenle, analit sinyalleri yüksek darbe enerjileri büyük. Bu sonuçlar, yüksek darbe enerjilerini zayıf analit sinyalleri yükseltmek için yararlı olabileceğini göstermektedir. Non-kapılı tespiti için ratioed duyarlılığı verilerini karşılaştırırken enerji artmıştır Genel olarak, hassasiyet hafif bir azalma vardı; nedeniyle bu KIBS spektrumunda yüksek arka en muhtemel ve etiketli bölümde tartışılan "etkisi Lazer enerjisi ve spektrumları üzerine araştırma modları ". Kapılı tespiti için ratioed hassasiyet verileri karşılaştırırken Ancak, beklendiği gibi, hassasiyetleri, test edilen enerjilerin aralığı boyunca nispeten sabit idi. Bunun nedeni,analit pik alanları sabit bir konsantrasyonda olan bir elemanın bir bölgeye ratioed zaman, ratioed elemental alanları nispeten sabit tutan bir dahili düzeltme yer alarak olduğu gerçeğine. Bu veriler, Tablo 2 ve 3'te gösterilmiştir.

Unratioed verilerindeki duyarlılık için elde edilen sonuçların aksine, genel olarak, deteksiyon limitine ve lazer darbeli enerji arasında bir ilişki vardır değildi, saptama sınırı hassasiyet ve yeniden üretilebilirlik sinyal (Tablo 4) hem de bağlı olduğundan, bu beklenmektedir. Her iki kapı ve non-kapılı tespiti için olmayan ratioed verilerine ratioed verileri karşılaştırıldığında, ratioed veriler esas olarak non-ratioed verilerine göre düşük algılama sınırları ve genellikle üretilen daha doğrusal bir korelasyon sergilediği, bu sonuçlar, bir iç standart olabileceğini göstermektedir alt tespit limitleri (Tablo 4 ve 5) temin etmek için kullanılır. Ratioed veriler de varnon-ratioed verilerine göre düşük yüzde görece standart sapma howed, bu, doğrudan algılama limiti Sonuçlar olmayan ratioed verilerine göre ratioed verileri için daha düşük olması ile ilişkilidir.

Non-kapılı algılama sonuçlarının daha fazla incelenmesi yüksek lazer darbe enerjileri, elementlerin bazı hiçbir korelasyon (R 2 <0.7) ortaya koymuştur, bu esas olarak kurşun ve manganez belirlenmesini etkiledi. Yüksek enerjilerde daha yoğun bir plazma olmadığı için, spektral çizgilerinin bazı biraz KIBS spektrumunda süreklilik yüksek arka nedeniyle yüksek darbe enerjileri olmayan Geçitli algılama ile bulanıklaştırılmıştır, bu yüksek bir arka plan büyük olasılıkla yoksul neden oldu kurşun ve manganez ile doğrusal ilişki. Bu plan daha aşağıda bölümünde "spektrumları lazer enerjisi ve algılama modlarının etkisi" olarak açıklanmıştır. Ayrıca sigara kapılı tespit limitleri için sonuçları ile birkaç örneği vardı burada no korelasyon unratioed verileri için gözlendi, ancak bir ilişki ratioed verilerinden elde edilmiştir. Bu, biz başka bir öğe element sinyali ratioing unratioed element sinyalleri kullanarak korelasyon geliştirmeye yardımcı olduğu sonucuna varabiliriz. Genel olarak, bir iç standart elemanının alanına analit elemanın alanı ratioing süreci nedeniyle lazer ışını ile numune ile birleştirme farklılıklara sinyalleri bazı dalgalanmaları için bir düzeltme sağlamak için ortaya çıktı, bu en iyi lineer korelasyon gözlenmiştir ratioed verileri.

Spektrumları lazer enerjisi ve araştırma modları etkisi. Bilindiği gibi non-kapılı modunu kullanarak çekilen spektrumları karşılaştırıldığında, kapı algılama kullanarak kaydedilen spektrumları düşük bir temel göstermektedir. Şekiller 2a ve b, 10 mJ / pals da işlenir ve non-kapılı algılama kullanarak sentetik silikat örnek GBW 07709 spektrumlarına karşılaştırıldığında bu durum görülebilir. Hayır kendini emme gözlendi in test darbe enerjileri aralığında kapılı algılama ile spektrumu. Lazer darbesinin enerjisi kapı saptanması için arttırılmıştır gibi sentetik silikat numunelerdeki elemanlarının tepe alanları artmış, bu durum, numunenin ablasyon daha büyük bir kütle ve daha güçlü bir uyarma ile sonuçlanan büyük bir plazmaya muhtemeldir. Puls enerji artışına paralel olarak benzer sonuçlar, genel olarak, non-kapılı tespiti gösteren için sinyalinde bir artış elde edilmiştir. Bu sonuçlar, alüminyum, magnezyum ve kalsiyum nötr ve iyonize hatları için, Şekil 3'te görülebilir.

Şekil 4, bundan başka, lazer enerjisi olmayan kapılı saptanması için arttırılmıştır olarak arka plan açık bir şekilde artırdığını göstermektedir. Bu, bazı bölgelerde, spektral çizgiler, daha geniş ve daha az yoğun hale gelmesine ve nedeniyle kendini emme ve plazma süreklilik neden olduğu bir artış arka muhtemeldir. Bu da daha yüksek enerjilerde algılama yetenekleri etkileyebilir ve olabilirhiçbir ilişki olmayan kapılı algılama kullanarak yüksek lazer enerjilerde olduğunu neden olarak en muhtemel nedeni budur. Bu sorunu önlemek için, non-kapılı algılama ile düşük nabız enerjileri kullanmak için iyi olurdu.

Lazer enerjisi ve sıcaklık ve elektron yoğunluğu ile ilgili araştırma modları etkisi. Boltzmann araziler kullanarak, benzer bir örnek üzerinde oluşturulan plazmanın ortalama sıcaklık algılama sürekli ya da kapı modları için lazer enerjisinin bir fonksiyonu olarak belirlendi. Tipik Boltzmann grafiği Şekil 5'te gösterilmektedir. Sonuçlar plazma sıcaklığı, her iki araştırma modları için test enerjilerin aralığı boyunca nispeten sabit olduğunu göstermektedir. Plazma sıcaklığı 10,000-11,000 olmayan kapılı modunda K ve 8100 den kapı modunda 8700 K arasında değişmektedir. Non-kapılı modu operasyon biraz daha yüksek sıcaklıklar üretti; plazma oluşumunun erken bir parçası olmayan-kapılı modunda izlenmekte olduğundan bu makul.

< p class = "jove_content"> plazmanın ortalama elektron yoğunluğu 656,2 nm hidrojen hattının FWHM ve 4.5 mikro saniye bir kapı genişliği 0.5 mikro-saniye arasındaki bir zaman gecikmesi kullanılarak ölçülmüştür. Hidrojen hat hava ve sentetik silikat numuneden iki kaynaklı olabilir. Yeterli hidrojen sinyal test edilen tüm enerjileri elde edildi. Elektron yoğunluğu enerjisinde bir 10-kat artış üzerinde elektron yoğunluğunda hafif bir artış gösteren, 1.5-2.0 x 10 17 cm -3 enerji ile artmıştır.

Şekil 1
Şekil 1. LIBS kurulum şeması. Bu, analiz için kullanılan KIBS deney için genel kurulum gösterir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

2 re "src =" / files/ftp_upload/50876/50876fig2.jpg "/>
Şekil 2. Sentetik silikat numunenin 07709 tipik KIBS spektrumu (10 mJ) (a) kapılı 0 mikro saniye olduğu zaman gecikmesi algılama ve 20 mikro-saniye kapı genişliğini kullanarak ve (b) non-kapılı 1 mikro saniye olduğu zaman gecikmesi algılama ve 20 mikro-saniye kapı genişliğini kullanarak . resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 3,
Şekil 3,. Al (I), Al (II) için normalize edilmiş zirve alanlarının karşılaştırılması, Mg (I), Mg (II), Ca (I) ve Ca (II) için test enerjilerinin aralığında sentetik silikat örnek 07709 içinde non-kapılı (t d = 0 usn) ve algılama kapılı hem de (t, d = 1 mikro-saniye). resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 4,
Şekil 4. Sentetik silikat, 10, 25, 50 non-Geçitli algılama kullanarak numune 07709 ve 100 mJ için KIBS spektrumları. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 5,
Şekil 5,. Tipik bir Boltzmann arsa. Bu veri, 1 mikro saniye olduğu zaman gecikmesi ile enerji 25 mJ kullanarak gelir. Her nokta beş çalışmada bir ortalamasını temsil eder. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Eleman Çizgi tipi Dalga boyu (nm) </ Td>
Ba (II) 493,41
Be * (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

Tablo 1. Sentetik silikat örneklerde analiz elemanları için spektral bilgi. Bu tablo elemental sembolü, hat türü ve analiz için kullanılan dalga boyu (ler) içermektedir. * Bu elemanları için yakından aralıklı çizgiler değil çözüldü. Bu durumda, çözülmemiş hatları altında toplam alanı tespit edildi. ** Fe sabit konsantrasyonda olduğusentetik silikat örnekler, bu eleman, diğer analit pik alanları oranı için kullanılmıştır.

<td> Ti
Bir mikro saniye olduğu 0 t d kullanarak Ratioed Verileri için hassasiyetleri (x10 4 ppm -1)
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 11 9.0 8.3 5.0
Olmak 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
Bir mikro saniye olduğu 0 t d kullanarak Unratioed Verileri için Duyarlılıklar
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 38 68 80 90
Olmak 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

Tablo 2. 0 mikro saniye olduğu zaman gecikmesi veri Duyarlılıklar. Bu test enerjilerin aralığında olmayan kapılı (t d = 0 mikro-saniye) algılama kullanarak çeşitli elemanlar için lineer kalibrasyon eğrileri yamaçları elde edilmiştir. Ratioed hassasiyetleri için, analit, elemental alan Fe (I) 'in hattına ratioed edildi. R 2 <0.7: NC hiç korelasyon =.

1 Ps t d kullanarak Ratioed Verileri için hassasiyetleri (x10M 4 ppm -1)
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 9.9 10 10 8.4
Olmak 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 5.0 4.9
1 Ps t d kullanarak Unratioed Verileri için Duyarlılıklar
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 30 60 98 140
Olmak 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

Tablo 3. 1 jısn'ye zaman gecikmesi veri Duyarlılıklar. Bu test enerjilerin aralığında (t, d = 1 ms) kapı tespit kullanılarak, çeşitli elemanlar için lineer kalibrasyon eğrileri yamaçları elde edilmiştir. Ratioed hassasiyetleri için, analit, elemental alan Fe (I) 'in hattına ratioed edildi.

Bir mikro saniye olduğu 0 t d kullanarak Ratioed Verileri için algılama Sınırları
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 310 (0.99) 310 (0.99) 280 (0.99) 610 (0.96)
Olmak 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) 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)
Bir mikro saniye olduğu 0 t d kullanarak Unratioed Verileri için algılama Sınırları
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 660 (0.92) 450 (0.99) 480 (0.76) 830 (0.93)
Olmak 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) 1.100 (0.92)

Tablo 4.. Tespit Limiti Veriler 0 mikro saniye olduğu zaman gecikmesi için. Saptama sınırı verileri ratioed ve unratioed hem verileri gösteren çeşitli lazer enerjileri boyunca 0 mikro-saniye gecikme süresi ile ppm cinsinden gösterilmiştir. Lineer bir grafiktir korelasyon (R2) parantez içinde gösterilmiştir. NC korelasyon gözlenmedi gelir (R 2 <0.7). Ratioed hassasiyetleri için, analit, elemental alan Fe (I) 'in hattına ratioed edildi.

10 mJ

Tablo 5. Tespit Limiti Veriler 1 mikro saniye olduğu zaman gecikmesi için. Saptama sınırı verileri ratioed ve unratioed hem verilerini gösteren çeşitli lazer enerjileri üzerine 1 mikro-saniye gecikme süresi kullanılarak gösterilir. Lineer bir grafiktir korelasyon (R2) parantez içinde gösterilmiştir. Ratioed hassasiyetleri için, analit, elemental alan Fe (I) 'in hattına ratioed edildi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Non-kapı ve kapı algılama modları karşılaştırırken, saptama sınırı verileri kapılı algılama modu olmayan-kapılı algılama modunda yüksek lazer enerjileri kullanılarak görülmedi olanlar da dahil olmak üzere tüm öğeleri tespiti için izin verdiğini gösteriyor. Kapılı algılama kullanarak, plazma oluşumu başlangıç ​​yüksek plan gözlenmemiştir ve arka elemental emisyon daha iyi çözülmesi gösteriyor azaltılır. Ayrıca, tespit limitleri kapılı algılama kullanılarak biraz düşüktü.

Genellikle, Geçitli ve non-kapılı hem tespiti için test enerjilerin aralığında hesaplanan benzer algılama sınırları vardı. Algılama sınırları olmayan kapılı algılama ile yüksek enerjileri kullanarak yüksek olduğu birkaç durum vardı, bu nedeniyle KIBS spektrumunda artan arka büyük olasılıkla oldu.

Bir 10'un üzerinde elektron yoğunluğu ve plazma sıcaklıklarında büyük bir değişiklik yoktu beri -enerji kat artış, bu faktörler test lazer enerjileri üzerinde algılama özelliklerini etkilemez. Bu, sonuçlar, artmış darbe enerjisi ile tespit limitleri hiçbir büyük bir azalma gösteren ile tutarlıdır.

Sunulan verilere göre, birkaç sonuç 10-100 mJ'lük ve toprak uyarıcı eser elementlerin tayini için farklı zamanlama parametrelerinin lazer darbe enerjilerin kullanımı hakkında yapılabilir. 10 ve 25 mJ düşük enerji 50 ve 100 mJ de elde edilenlere benzer algılama sınırları verilmiştir. Bu düşük nabız enerjilerin kullanımı anlamlı algılama yetenekleri aşağılamak ve kişi taşınabilir KIBS enstrümantasyon için gerekli bir alt enerji kullanımı, algılama yeteneklerini azaltmak olmaz etmediğini gösterdi. Sonuçlar ratioed veri olmayan ratioed verilerine göre düşük algılama sınırları ürettiğini göstermiştir. Bu nedenle, kompakt LIBS sisteminin algılama yetenekleri arası bir kullanımı yoluyla geliştirilebilirsonuçları normalleştirmeye yardımcı nal standart.

Non-kapılı ve araştırma modları kapı arasındaki spektrumunu karşılaştırıldığında, kapı algılama kullanılarak kaydedildi spektrumları, bir alt taban çizgisi üretilen ve elemental emisyon çizgileri daha açık bir şekilde elemanların bazıları için çözülmüş olduğu bulunmuştur. Ayrıca, biraz daha düşük saptama limitleri test lazer enerjileri fazla kapı tespit kullanılarak elde edilmiştir. Bu Burada kullanılan toprak benzerlerinde olmayan kapılı modu algılama kullanırken algılama yetenekleri hafif bir kayıp olacağını gösteriyor.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa etmek bir şey yok.

Acknowledgements

Bu çalışma Enerji, Bilim Ofisi ABD Bölümü ile finanse edildi.

Materials

1 mikro saniye olduğu t d kullanarak Ratioed Verileri için algılama Sınırları
10 mJ 25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 93 (0.99) 170 (0.99) 160 (0.99) 170 (0.99)
Olmak 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)
1 mikro saniye olduğu t d kullanarak Unratioed Verileri için algılama Sınırları
25 mJ 50 mJ 100 mJ
Ba 760 (0.86) 280 (0.82) 190 (0.96) 340 (0.86)
Olmak 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 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Song, K., Lee, Y., Sneddon, J. Recent developments in instrumentation for laser induced breakdown spectroscopy. Appl. Spec. Rev. 37, (1), 89-117 (2002).
  2. Yamamoto, K. Y., Cremers, D. A., Foster, L. E., Ferris, M. J. Detection of Metals in the Environment Using a Portable Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Instrument. Appl. Spec. 50, (2), 222-233 (1996).
  3. Cuñat, J., Fortes, F. J., Cabalín, L. M., Carrasco, F., Simón, M. D., Laserna, J. J. Man-Portable Laser-Induced Breakdown Spectroscopy System for in Situ Characterization of Karstic Formations. Appl. Spec. 62, (11), 1250-1255 (2008).
  4. Munson, C. A., Gottfried, J. L., Gibb-Snyder, E., DeLucia, F. C., Gullett, B., Miziolek, A. W. Detection of indoor biological hazards using the man-portable laser induced breakdown spectrometer. Appl. Opt. 47, (31), G48-G57 (2008).
  5. Multari, R. A., Foster, L. E., Cremers, D. A., Ferris, M. J. Effect of Sampling Geometry on Elemental Emissions in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. Appl. Spec. 50, (12), 1483-1499 (1996).
  6. Harmon, R. S., DeLucia, F. C., McManus, C. E., McMillan, N. J., Jenkins, T. F., Walsh, M. E., Miziolek, A. Laser-induced breakdown spectroscopy - An emerging chemical sensor technology for real-time field-portable, geochemical, mineralogical, and environmental applications. Appl. Geochem. 21, (5), 730-747 (2006).
  7. Schill, A. W., Heaps, D. A., Stratis-Cullum, D. N., Arnold, B. R., Pellegrino, P. M. Characterization of near-infrared low energy ultra-short laser pulses for portable applications of laser induced breakdown spectroscopy. Opt. Express. 15, (21), 14044-14056 (2007).
  8. Fortes, F. J., Laserna, J. J. The development of fieldable laser-induced breakdown spectrometer: No limits on the horizon. Spectrochim. Acta Part B. 65, (12), 975-990 (2010).
  9. Leis, F., Sdorra, W., Ko, J. B., Niemax, K. Basic Investigations for Laser Microanalysis: I. Optical Emission Spectrometry of Laser-Produced Sample Plumes. Mikrochim. Acta II. 98, 185-199 (1989).
  10. Lida, Y. Effects of atmosphere on laser vaporization and excitation processes of solid samples. Spectrochim. Acta Part B. 45, (12), 1353-1367 (1990).
  11. Radziemski, L. J., Loree, T. R. Laser-induced breakdown spectroscopy: Time-integrated applications. J. Plasma Chem. Plasma Proc. 1, (3), 281-293 (1981).
  12. Mueller, M., Gornushkin, I. B., Florek, S., Mory, D., Panne, U. Approach to Detection in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. Anal. Chem. 79, (12), 4419-4426 (2007).
  13. Fan, C., Longtin, J. P. Modeling Optical Breakdown in Dielectrics During Ultrafast Laser Processing. Appl. Opt. 40, (18), 3124-3131 (2001).
  14. ANSI Z-136.5. American National Standard for Safe Use of Lasers in Educational Institutions. (2009).
  15. Compendium of Chemical Terminology. 2nd ed, Research Triangle Park, NC. IUPAC. (1997).
  16. Cremers, D. A., Radziemski, L. J. Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. John Wiley &, Sons, Ltd. Chichester, England. (2006).
  17. Griem, H. R. Spectral Line Broadening by Plasmas. Academic Press. New York. (1974).
  18. Ashkenazy, J., Kipper, R., Caner, M. Spectroscopic Measurements of Electron Density of Capillary Plasma Based on Stark Broadening of Hydrogen Lines. Phys. Rev. A. 43, (10), 5568-5574 (1991).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics