Erbium klaasist laserite rakendused libides

Laser - indutseeritud jaotusspektroskoopia (libs) on muutunud kiire, minimaalselt hävitava ja - analüüsimisvõimaluste tõttu mitmekülgseks analüütiliseks tehnikaks. Samas kui ND: YAG -laserid on olnud libide tavapärane tööhobune,Erbium - legeeritud klaasi (er: klaasi) laserid, Töötades iseloomuliku lainepikkusega 2,94 µm, pakuvad konkreetsete proovitüüpide analüüsimiseks ainulaadseid eeliseid.

1. Sissejuhatus

1.1 LIBS -tehnoloogia ülevaade
Laser - indutseeritud jaotusspektroskoopia (LIBS) on aatomiheite spektroskoopia tehnika, mis kasutab väga fokuseeritud laserimpulssi, et vähendada materjali minutilise koguse materjali, luues mööduva plasma. Jahutusplasmast eralduv valgus kogutakse ja taandub spektraalselt, et määrata proovi elementaarne koostis. Selle tugevused on kiiruses, minimaalne - kuni - puudub proovide ettevalmistamine, võime teha - off analüüsi ja suutlikkust samaaegseks mitmeks {- elementide tuvastamiseks. Traditsiooniliselt on LIB -ide domineerivad laserallikad olnud traditsiooniliselt ND: YAG -laserid, kes tegutsevad nende põhilisel lainepikkusel (1064 nm) või harmooniliselt (nt 532 nm, 266 nm).

1.2 Sissejuhatus erbiumisse - legeeritud klaasist laseri
Erbium - legeeritud klaasistlaser on tahke - olekulaser, kus aktiivne sööde on klaasist maatriks, mis on levinud ER³⁺ ioonidega. Selle kõige olulisem väljund on lainepikkusel 2,94 µm, mis vastab üleminekule ⁴i₁₁/₂ ja ⁴i₁₃/₂ Er³⁺ iooni energiataseme vahel. See konkreetne lainepikkus paigutab selle elektromagnetilise spektri piirkonda - infrapuna (m- ir).

1.3 Eesmärk ja olulisus
Vaatamata ND edukusele: YAG - LIBS, on endiselt väljakutsed, eriti hüdreeritud või orgaaniliste materjalide analüüsi osas, kus plasma genereerimine võib olla ebaefektiivne ja signaal - kuni - mürasuhted valguse elementide jaoks on kehvad. ER: klaasistlaser, millel on ainulaadne lainepikkus, esitleb nendele väljakutsetele veenvat lahendust, kasutades põhimõtteliselt erinevat laser - aine interaktsiooni mehhanismi, laiendades seeläbi libide rakenduste piire.

2. ER füüsikalised põhialused: klaasist laser - aine interaktsioon

ER erakordne kasulikkus: LIBS -i klaasistlaser tuleneb kriitilisest füüsikalisest nähtusest: 2,94 um kiirguse tugev imendumine vees.

2.1 Tugev vee imendumise piik
Veemolekulidel on väga tugev põhimõtteline vibratsiooniline neeldumisriba, mille keskpunkt on täpselt umbes 2,94 um. See neeldumine on suurusjärku kõrgem kui standardsel ND: YAG lainepikkus 1064 nm.

2.2 Tõhus energia ühendamise mehhanism
Kui 2,94 um laserimpulss kiirgab proovi, mis sisaldab vett (nt bioloogilisi kude) või hüdroksüülrühmi (nt mineraalid, polümeerid), ladestub laserienergia tõhusalt ja pealiskaudselt proovi sees. See kiire ja lokaliseeritud energia imendumine põhjustab veesisalduse hetkelist ja plahvatuslikku aurustumist. See protsess, mis on analoogne selle kasutamisega laseroperatsioonis, tulemuseks:

Täiustatud ablatsioon:Mikro - plahvatus heidab plasmasse rohkem materjali.

Tõhus plasma moodustumine:Vägivaldne faasimuutus aitab otseselt kaasa kuumemale, tihedamale ja helendavale plasmale võrreldes termilise - mehaanilise ablatsiooniga, mis domineerivad 1064 nm laseriga.

3. ER põhilised eelised: klaasist laserid libides

See tõhus energiaühendus tähendab mitmeid peamisi analüütilisi eeliseid.

3.1 Täiustatud tundlikkus valguse elementide suhtes
ER -i genereeritud kuumem ja energilisem plasma: klaasist laser pakub tugevamat keskkonda põnevatele aatomitele, eriti neile, kellel on kõrge ergastusega energia, nagu vesinik (H), liitium (LI), berüllium (BE), boor (B) ja süsin (C). Uuringud on näidanud oluliselt paranenud heitkoguste intensiivsust nende elementide jaoks võrreldes tavaliste LIB -dega.

3.2 Avaldamise alumine piir (LOD)
Parem ablatsiooni efektiivsus tähendab, et laserimpulsi kohta lisatakse plasmasse suurem analüüdi mass. Sellest tulenev spektriliini intensiivsuse suurenemine aitab otseselt vähendada minimaalset kontsentratsiooni, mille korral elementi saab usaldusväärselt tuvastada.

3.3 Täiustatud ablatsiooni kraatri morfoloogia
2,94 µm laseri ablatsioonimehhanism tekitab sageli kraatreid, mis on puhtamad, sümmeetrilisemad ja madalamad, ümbritseva materjali jaoks vähem soojusega kahjustusi. See on ülioluline sügavuse - profiilianalüüsi jaoks, kuna see võimaldab täpsemat kihti - - kihi ülekuulamise järgi ja vähendab ebasoovitavaid maatriksifekte, mis võivad kvantitatiivset analüüsi vaevata.

3.4 Spetsiifiliste proovide situanalüüs - võime
Kõrge - vesi - sisuproovid nagu taimelehed, loomakuded või hüdrogeelid, ER: klaasist libid võimaldavad otsest,- situanalüüs minimaalse proovi ettevalmistamisega. See säilitab valimi algse oleku ja võimaldab elementaarsete jaotuste kaardistamist nende looduslikus hüdraatunud keskkonnas.

4. tüüpilised rakendusväljad ja juhtumite analüüsid

4.1 Biomeditsiin ja eluteadused

Rakendus:Tervete kudede vähktõve diskrimineerimine, patoloogiliste sektsioonide klassifitseerimine, ravimite jaotuse kaardistamine ja luu metallide analüüs.

Juhtumi analüüs:Uurimisrühm kasutas edukalt ER -i: klaasist libid, et eristada erinevaid pehmete kudede kasvajaid nende diferentsiaalsete elementaarsete sõrmejälgede põhjal (nt K, Na, Mg, CA), võimendades laseri loomulikku afiinsust hüdreeritud bioloogilise maatriksi suhtes.

4.2 Geoloogia ja mineraalide uurimine

Rakendus:Hüdraalsete mineraalide (nt savid, micas) kompositsioonianalüüs ja kriitiliste elementide kiire sõeluuring nagu spodumeeni liitium.

Juhtumi analüüs:Liitium - laagrite mineraalide analüüsis on ER: klaasist LIBS näidanud suurenenud plasmatingimuste tõttu liitiumi tuvastamiseks paremat jõudlust, pakkudes tööriista kiireks põllu uurimiseks.

4.3 Materjaliteadus

Rakendus:Keraamika, polümeeride ja komposiitmaterjalide analüüs, sealhulgas katte ja õhukeste kilede sügavusprofiil.

Eelis:Kontrollitud ja puhas ablatsiooni karakteristik võimaldab täpset pindadevahelist analüüsi ilma liigse sulamise või delamineerumiseta.

4.4 Keskkonnaseire

Rakendus:Aerosooli tahkete osakeste ja suspendeeritud tahkete ainete analüüs vees.

Eelis:Kõrge tundlikkus võimaldab tuvastada ja iseloomustada mikroskoopiliste osakeste jälgimetallilisi saasteaineid.

5. Väljakutsed ja piirangud

Vaatamata lubadustele on ER -i vastuvõtmine: klaasist laserid libisetes silmitsi mitme tõkkega.

5.1 Lasertehnoloogia piirangud

Pulseenergia ja kordusmäär:Kommertslikud ER: klaasist laserid pakuvad tavaliselt madalamat impulsi energiat ja korduskiirusi võrreldes kõrge - lõpp ND: YAG Systems, mis võib mõnes rakenduses piirata läbilaskevõimet ja signaali intensiivsust.

Tala kvaliteet ja stabiilsus:Talaprofiil ja impulss - kuni - impulsi stabiilsus võib olla vähem optimaalne kui ND: YAG -laserid.

Maksumus ja hooldus:Tööstuslike LIB -ide jaoks on tehnoloogia vähem küps, põhjustades potentsiaalselt kõrgemaid süsteemikulusid ja hoolduskompleksi.

5.2 Süsteemi integreerimise väljakutsed

Optilised komponendid:2,94 µm lainepikkus nõuab spetsiaalset keskmist - infrapuna optilisi materjale (nt kaltsiumfluoriid, tsingi seleniid) läätsede, akende ja peeglite jaoks, mis on kallimad ja habrasemad kui nende ränidioksiid - põhiosad.

Spektromeetri vahemik:Analüütiline töövoog peab tagama, et spektromeeter ja detektor on optimeeritud konkreetsete huvipakkuvate elementaarsete emissiooniliinide jaoks.

5.3 Taotluse ulatuse piirangud
Kuiva, metallilise või mitte - polaarproovide korral vähenevad ER: klaasist laser ainulaadsed eelised ja kõrge - võimsus ND: YAG -laser võib anda parema jõudluse.

6. tulevikuväljavaated ja arengusuundumused

ER tulevik: klaasist libid on heledad, ajendatud tehnoloogilistest edusammudest.

6.1 Laser jõudluse optimeerimine
Pideva uurimistöö laserklaasi koostise ja resonaatori kujundamise eesmärk on välja töötada ER: suurema väljundvõimsusega klaasist laserid, kõrgemad korduskiirused ja kompaktsemad jalajäljed.

6.2 Hübridisatsioon teiste tehnikatega

Libs - Ramani spektroskoopia:ER -i kombineerimine: klaasist libid Ramani spektroskoopiaga võivad sama mikroskoopilisest kohast pakkuda samaaegset elementaarset ja molekulaarset/struktuurset teavet, mis on võimas kombinatsioon keerukate proovide jaoks nagu bioloogilised kuded või geoloogilised moodustised.

Mikroskoopiline pildistamine:Integreerimine kõrge - eraldusvõimega mikroskoopia võimaldab kõrge - ruumilise - eraldusvõime elementide kaardistamine.

6.3 Täiustatud andmetöötluse algoritmide rakendamine
Masinaõppe ja sügava õppimise algoritmid sobivad suurepäraselt loodud keerukate spektriandmete käsitlemiseks, liigutades tehnikat kvalitatiivselt usaldusväärsema kvantitatiivse analüüsi ja automatiseeritud valimi klassifikatsiooni poole.

6.4 kaasaskantavate ja tööstuslike süsteemide arendamine
Laser- ja spektromeetri komponentide käimasolev miniaturiseerimine sillutab teed välja - kasutuselevõetava ja tööstuslikult karastatud ER jaoks: klaasist LIBS -süsteemid veebiprotsesside juhtimiseks ja - situatsioonis.

7. Kokkuvõte

Erbium - legeeritud klaasistlaser, millel on eristatav 2,94 µm väljund, tähistab LIBS -tehnoloogia olulist nišš. Selle enneolematu efektiivsus energia ühendamisel vette ja hüdroksüül - rikkalikud maatriksid avavad hüdraatunud proovide, bioloogiliste kudede ja konkreetsete materjalide parema analüütilise jõudluse. Kerge elementide, madalamate avastamispiiride ja puhaste ablatsiooni morfoloogia suurenenud tundlikkuse peamised eelised käsitlevad tavapäraste LIB -ide konkreetseid piiranguid. Kui laser jõudluse ja süsteemi integreerimisega seotud väljakutsed püsivad, lubavad pidev innovatsioon lasertehnoloogias, sünergistlikes hübriidsed lähenemisviisid ja keerukas andmeanalüüs ER -i rolli tugevdada: klaasist laseriga libid kui hädavajalikku vahendit analüütilises teadlase arsenalis, eriti eluahvetes ja arenenud materiaalses iseloomustuses.

Kontaktteave:

Kui teil on ideid, rääkige meiega julgelt. Pole tähtis, kus meie kliendid asuvad ja millised on meie nõuded, järgime oma eesmärki pakkuda klientidele kvaliteetseid, madalaid hindu ja parimat teenust.