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Elementanalytik direkt im Prozess

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS), bzw. Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), ist ein spezifisches Verfahren zur Analyse von Elementen, die mit anderen spektroskopischen Methoden nicht direkt nachweisbar sind. Dies quantitativ oder qualitativ und unabhängig von ihrem Aggregatszustand – flüssig, fest oder gasförmig. Die Konzentrationen unterschiedlicher Elemente einer Probe können dabei simultan bestimmt werden. Eine Probenaufbereitung entfällt, sowohl im Labor als auch in industriellen Prozessanwendungen.

Die LIBS bietet viele Vorteile

  • Simultaner Nachweis von einzelnen Elementen
  • Hohe Selektivität
  • Anwendbar an Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen
  • Prozess-erprobte Technik

Für Integratoren und OEM-Partner stellen wir gern spezifische Lösungen auf System- oder Komponentenebene zur Verfügung.

Prozessfähige Technik

Laser

  • Industrietauglicher Nd:YAG-Laser (1064 nm)
  • Pulsfrequenz: 20 Hz – 1 kHz (anwendungsabhängig)
  • Pulsenergie: 300 µJ – 30 mJ (anwendungsabhängig)


Optisches System

  • Hochempfindliche CMOS-Technologie (bis zu 4096 Pixel)
  • Verfügbarer Spektralbereich: 190 – 980 nm (anwendungsabhängig)
  • Hohe spektrale Auflösung: 0,1 – 0,5 nm
  • Messraten von bis zu 1000 Spektren pro Sekunde


Probendarstellung

  • Messabstände von wenigen mm bis zu 15 cm

Bei der LIBS wird mittels eines kurz gepulsten Lasers an der Probe ein Plasma erzeugt. Das beim Zerfall dieses Plasmas (breakdown) emittierte Licht wird mit einem Spektrometer aufgenommen, womit elementspezifische Analysen der zu untersuchenden Messgüter sicher gelingen. Dabei können Nachweisgrenzen von bis zu 10 ppm erreicht werden.

Im Gegensatz zu anderen Verfahren der Atomemissionsspektroskopie bietet die LIBS bei gleicher analytischer Genauigkeit den Vorteil der Echtzeitmessung – online, inline oder in situ – und das bei Messraten von bis zu 1000 Spektren pro Sekunde und ohne Probenvorbereitung.

Neue Möglichkeiten, neue Anwendungsfelder

Die LIBS besticht gegenüber anderen Methoden durch ihr einfaches Konzept hinsichtlich Bauweise und Bedienbarkeit. Sie ermöglicht Analysen in Echtzeit-zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der atomaren Zusammensetzung einer Probe.

Einsatzgebiete der LIBS sind beispielsweise die Identifikation von Rohstoffen im Rahmen einer Wareneingangskontrolle unter Beachtung der jeweiligen Richtlinien und Normen. Ein möglicher Quarantänebereich wird hierdurch vermieden, die Warenannahme kann direkt freigegeben oder zurückgewiesen werden.

Die LIBS-Technik erlaubt die direkte Messung von Elementen wie etwa Na, K, P, die in der Bodenanalytik, z.B. als Makro- oder Mikronährstoffe für Pflanzen, eine wichtige Rolle spielen. Zudem kann die Bodenbelastung quantifiziert werden, da LIBS für den Nachweis von Schwermetallen wie Cd, As, Se, Hg, Ni oder Pb, herangezogen werden kann. In Kombination mit anderen analytischen Verfahren, wie der NIR-Spektroskopie, kann ein umfassenderes Bild über den Pflanzen- und Bodenstatus erhoben werden als je zuvor.

Zudem kommt die LIBS aufgrund ihrer Prozesstauglichkeit zunehmend in industriellen Anwendungen zum Einsatz. Durch den großen Messabstand zur Probenoberfläche (bis zu 15 cm) und die gleichzeitig hohe Messrate (bis zu 1000 Messungen pro Sekunde) werden online- und inline-Anwendungen, wie etwa bei automatisierten Sortierungen, zugänglich. Beispielhaft kann hier die Analyse von Erzen und Gesteinen im Bergbau oder die Sortierung von Elektronikschrott im Recyclingbereich angeführt werden.

Den Anwendungsmöglichkeiten der LIBS sind damit weit gefasst. Sie ermöglicht empfindliche, aber robuste Elementanalysen unabhängig vom Aggregatszustand der Proben – in hoher Geschwindigkeit, zuverlässig und in Echtzeit!

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