In den letzten Jahren hat die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) dank ihrer schnellen und zerstörungsfreien Elementanalyse großes Potenzial und breite Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen wie der industriellen Inspektion, der Umweltüberwachung und der Materialforschung bewiesen. Kern des Verfahrens ist die Anregung der Probe mittels hochenergetischer Laserpulse zur Plasmaerzeugung und die präzise Bestimmung der Materialzusammensetzung durch Analyse des Plasmaemissionsspektrums. Die Leistungsfähigkeit des Lasers – des Herzstücks des LIBS-Systems – bestimmt maßgeblich die Genauigkeit der Analyse und die Effizienz der Arbeit.

Einführung in die LIBS-Technologie

Die LIBS-Technologie basiert auf dem fundamentalen Prinzip der Wechselwirkung zwischen Lasern und Materie:

Plasmaerzeugung: Durch Fokussierung hochenergetischer Laserpulse werden alle Substanzen auf der Oberfläche der Probe augenblicklich verdampft, wodurch ein Hochtemperaturplasma entsteht.

Spektrale Emission: Atome und Ionen in einem Plasma emittieren während des Deexzitationsprozesses charakteristische Spektren.

Komponentenanalyse: Durch das Sammeln und Analysieren der charakteristischen Spektren kann das Spektrometer qualitative und quantitative Analysen der Eigenschaften von Elementen (d. h. der charakteristischen Spektrallinien, die sie besitzen) durchführen.

Ein weiterer Vorteil der LIBS-Technologie besteht darin, dass sie keine aufwendige Probenvorbereitung erfordert und eine schnelle Multielementanalyse verschiedenster Probenarten wie Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase ermöglicht. Sie eignet sich besonders für die Online-Detektion und Fernanalyse in Industrieanlagen.

Die breite Anwendung von LIBS

Industrielle Materialanalyse: wie z. B. die Bestimmung der Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen, die Sortierung von Metallschrott, die Analyse der Zusammensetzung von Folienmaterialien usw.

Umweltmonitoring: Nachweis von Schwermetallen im Boden, Schadstoffanalyse in Gewässern.

Forschungsgebiete: Analyse antiker Baumaterialien, Analyse antiker Kunst, Tiefseeforschung usw.

Biomedizin: Erkennung und Screening von Serum-Krankheitsmarkern, Bildgebung der Gewebeelementverteilung usw.

Durch den Einsatz von LIBS können wir die Legierungen von Aluminiumabfällen in der Aluminiumrecyclingindustrie schnell trennen und so die Effizienz der Ressourcennutzung deutlich steigern. Gleichzeitig lassen sich Daten für die Analyse der Elementzusammensetzung transparenter leitfähiger Schichten wie Al-In-Sn-O gewinnen, wodurch deren photoelektrische Eigenschaften optimiert werden können.

Die Eigenschaften der für LIBS verwendeten Laser

Um eine stabile Plasmaanregung und qualitativ hochwertige Spektralsignale zu erzielen, muss der in LIBS-Systemen verwendete Laser folgende Eigenschaften aufweisen:

Hohe Einzelpulsenergie (üblicherweise im Millijoule-Bereich): Die hohe Einzelpulsenergie gewährleistet, dass die Probe effektiv aufgebrochen werden kann, wodurch ein Plasma von ausreichender Intensität erzeugt wird.

Kurze Impulsbreite (Nanosekundenbereich): Sie erhöht nicht nur die Spitzenleistung deutlich, sondern reduziert auch effektiv die thermische Belastung der Prüflinge. Dadurch bietet sie einen guten Schutz für temperaturempfindliche Bauteile.

Hervorragende Strahlqualität: Die Eigenschaft kleiner und gleichmäßiger Lichtflecken verbessert die räumliche Auflösung erheblich.

Mit der stetigen Steigerung der Energie herkömmlicher, blitzgepumpter Laser traten eine Reihe von Nachteilen wie ihre große Größe und geringe Wiederholrate zutage. Diodengepumpte Festkörperlaser (DPSSL) haben sich aufgrund ihrer kompakten Bauweise, hohen Effizienz und ihres stabilen Betriebs als eine der idealen Optionen für LIBS-Systeme etabliert.

Die diodengepumpten Festkörperlaser von RealLight, maßgeschneidert für LIBS

Der PQE-Serie diodengepumpter Festkörperlaser gestartet von RealLight sind speziell für LIBS-Anwendungen optimiert und weisen folgende Eigenschaften auf:

Wellenlänge: 1064 nm

Einzelimpulsenergie: 10 mJ

Wiederholfrequenz: 10 Hz

Impulsbreite: <3 ns

Kompaktes Design: Es lässt sich problemlos in verschiedene tragbare oder Online-LIBS-Systeme auf kleinstem Raum integrieren.

Die von RealLight‘s PQE-Serie diodengepumpter Festkörperlaser Sie zeichnen sich durch hohe Energie und kurze Pulsdauer aus. Sie regen nicht nur effektiv Plasma an, sondern unterdrücken auch das Hintergrundrauschen deutlich. In Kombination mit nicht-gegateten Detektoren ermöglichen sie eine spektrale Erfassung mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis.

Im Zuge der kontinuierlichen Weiterentwicklung der LIBS-Technologie mit dem Ziel, Portabilität, Intelligenz und Kommerzialisierung zu erreichen, sind kompakte und leistungsstarke Laser unverzichtbar. diodengepumpter Festkörperlaser unabhängig entwickelt von RealLight LIBS zeichnet sich durch hervorragende Parameterleistung und zuverlässiges Design aus und bildet die Grundlage für die Bereitstellung präziser Analysen durch die Anwender.

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