Перевод Михаила Козлякова.
По материалам Photon Machines Inc.
Что такое ЛИЭС?
Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (ЛИЭС) является одним из методов спектроскопии использующем генерируемую лазером плазму для испарения очень малого количества пробы с поверхности образца, который изначально может быть в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. Излучение, генерируемое плазмой, применяется для распознавания составляющих материала и может быть использовано для выявления, сортировки и классификации материала.
Для чего может быть использована ЛИЭС?
ЛИЭС могут быть использованы как в процессе производства, так и в лабораториях для распознавания материала. Этот метод очень универсален, и имеет некоторые основные преимущества перед другими методами, такие как:
- - Быстрый анализ
- - Не требует подготовки материала для большинства образцов
- - Чувствительный к большому разнообразию химических элементов
- - Одновременная информация о всех элементах в составе
Как работает ЛИЭС?
Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия использует, сфокусированный с помощью оптической системы, импульс от мощного лазера, для создания плазмы в твёрдой, жидкой или газообразной среде. Часть энергии в плазме используется для испарения с поверхности образца части твёрдого или жидкого вещества (если оно присутствует). И далее плазма быстро расширяется сопровождающаяся формированием газовой плазмы, которая используется для анализа испарённых с поверхности вещества частиц.
В ядре плазмы эффективные температуры могут легко превысить 50 000 К или несколько электронвольт. Во время этой стадии материал в ядре плазмы испаряется и распыляется, и плазма, как правило, становиться высоко ионизированной. В зависимости от условий, но обычно после 0.5 - 1 микросекунд, плазма в нейтральном состоянии достигает локального термодинамического равновесия. С этого момента, верхние электронные состояние атомов термически заселены в условии теплового равновесия согласно распределению Больцмана. Заселены они таким образом, что интенсивность излучения атомов в процессе излучательных переход равна I ~ exp(E/kT), где Е верхний энергетический уровень излучательного перехода возбужденного состояния.
Поскольку плазма остывает, континуум излучения от плазмы (электромагнитное излучение в результате замедления заряженных частиц, которое мы видим, как яркое белое излучение) затухает, как правило гораздо быстрее чем линии излучения нейтральных и однократно ионизированных атомных линий, так что каждая линия излучения элемента имеется оптимальное значение в плазме. Это оптимальное значение зависит от времени и температуры плазмы, которые в свою очередь зависят от энергии лазерного импульса и длительности этого импульса. Для обычных 50 - 400 mJ, при ~10 нс импульсах, происходящее в плазме описано ниже; при более высоком уровне энергии, плазма индуцированная длинными лазерными импульсами, имеет период своего затухания более долгое время (“живёт” дольше). В то время как для более низкого уровня энергии, плазма индуцированная короткими лазерными импульсами, имеет период своей “жизни” сравнительно меньше времени.
Спектры излучения могут быть так же определены количественно и кривые калибровки могут быть получены после интегрирования по стандартной методике или при помощи “Сhemometrics”( науки извлечения информации из химических систем посредством управляемых данными) и / или процедуры сопоставления с базой данных “отпечатков пальцев” материалов, для определения его типа.
