Was bedeutet Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS)?

Laserinduzierte Plasmaspektroskopie oder kurz LIBS ist eine Analysetechnik, die seit vielen Jahren in Laboren angewendet wird. Die meisten Laser-Handspektrometer werden zur schnellen Altmetallsortierung genutzt, sowie zur Werkstoffidentifikation und -analyse bei verschiedenen Anwendungen in der Metallindustrie.

Wie funktioniert LIBS?

Während der LIBS-Analyse trifft ein hoch energetischer Laserimpuls auf die Probe, bei dem ein sehr kleiner Teil der Oberfläche verdampft oder abgetragen wird. Während einer normalen 1-Sekunden-Messung wird die Probe von tausenden Impulsen getroffen. Das beschichtete Material wird auf bis zu 10.000 C° und mehr erhitzt. Die Temperatur ist so hoch, dass die Atome sich aufspalten und ein Plasma bilden.

Trotz dieser hohen Temperaturen erfolgt keine Erwärmung der Probe während der Analyse, sie kann während der Messung sogar in der Hand gehalten werden.

Was geschieht in den Atomen?

Wenn der hochenergetische Laserimpuls auf die Probe trifft, werden die Elektronen aus der äußeren Hülle des Atoms geschleudert. Weil die Elektronen der äußeren Hüllen durch die Elektronen der inneren Hülle geschützt sind, werden sie nicht so stark vom Kern angezogen. Dies bedeutet, dass weniger Energie benötigt wird, um Elektronen von den äußeren Hüllen zu lösen.

Die herausgeschleuderten Elektronen bilden ein Vakuum, wodurch das Atom destabilisiert wird. Wenn der Impuls stoppt, kühlt das Plasma ab und das Vakuum wird durch Elektronen gefüllt, die von den äußeren Hüllen zurückfallen. Die überschüssige Energie, die freigesetzt wird, wenn die Elektronen sich zwischen zwei Energieniveaus oder Hüllen bewegen, wird in Form von elementspezifischem Licht emittiert.

Für eine normale Metallprobe, die Eisen, Mangan, Chrom enthält oder Nickel, Vanadium usw., emittiert jedes Element viele Wellenlängen, die einen Wellenkamm mit tausenden von Spitzen bilden.

Die Wellenlängen des Lichts werden über einen Lichtwellenleiter gesammelt und einem Spektrometer zugeführt. Jedes Element kann einer bestimmten Spektralspitze zugeordnet werden. LIBS Spektren sind sehr komplex mit hunderten oder sogar tausenden von möglichen Spektrallinien für jedes Element. Die Elementkonzentration wird durch die Intensität der Spektralspitze bestimmt. Mit hochentwickelten Algorithmen werden dann der Probentyp identifiziert und die Konzentration bestimmt.

Viele Gründe sprechen für LIBS Analysegeräte

Die LIBS-Technik gehört zu den aktuell schnellsten Analysetechniken, um Metalllegierungen zu identifizieren und zu analysieren. In nur 1 Sekunde kann praktisch jede Legierung gemessen werden, inklusive Aluminiumlegierungen. Damit ist das LIBS Handgerät 20 mal schneller als ein RFA-Handgerät.

Ein LIBS Handgerät ist sehr robust, da die Lichteintrittsöffnung durch ein stabiles Saphirfenster geschützt ist, eines der härtesten bisher bekannten Materialien. Scharfe und spitze Objekte können daher sicher gemessen werden, auch Granulate und Späne. Und vor allem ist es leicht zu bedienen: einfach zielen, messen und das Ergebnis vom Bildschirm ablesen.

Die LIBS-Technik ist praktisch zerstörungsfrei. Der durch die LIBS-Analyse entstehende Brennfleck ist so winzig, dass er mit dem bloßen Auge kaum zu sehen ist.

Auch aus rechtlicher Sicht ist die Implementierung unkomplizierter als z. B. für RFA. Teuere Lizenzen oder zeitaufwändige Trainings sind nicht notwendig. Allerdings müssen länderspezifische Vorschriften für die Nutzung geprüft werden, wie z. B. das Tragen von Schutzbrillen. Wir empfehlen das Tragen von Schutzbrillen vor allem beim Einsatz eines Klasse 3B Lasers.

LIBS ist ein hervorragendes Metallanalyse Instrument. Es kann aber auch die chemische Zusammensetzung ermitteln, wenn dies benötigt wird.

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