En muchos campos, como la ciencia de los materiales, la exploración geológica, el monitoreo ambiental, la protección de reliquias culturales, la industria metalúrgica e incluso la exploración planetaria, la identificación rápida, precisa e in situ de la composición de los elementos materiales es una necesidad básica y clave. Aunque los métodos tradicionales de análisis químico son precisos, a menudo requieren un preprocesamiento complejo, la destrucción de muestras y un largo tiempo. La aparición de la tecnología espectral de ruptura inducida por láser ha cambiado esta situación. El espectrómetro inducido por láser construido sobre la base del principio libs se basa en sus ventajas únicas, como la no necesidad de hacer muestras, el análisis de simultaneus multielemento, la micro - pérdida o incluso casi no destructiva, y la detección remota / en línea. Este artículo introducirá sistemáticamente su principio de trabajo, características técnicas, aplicaciones típicas y direcciones de desarrollo futuro.

I. principio de funcionamiento: la luz de las huellas dactilares que "enciende" los átomos con un láser

Los principios centrales del espectrómetro inducido por láser son extremadamente exquisitos:

En primer lugar, un haz de láser pulsado de alta energía (generalmente de orden nanosegundo, con una longitud de onda de 1.064 nm o 532 nm) se centra en la superficie de la muestra y genera plasma de alta temperatura y alta presión (temperaturas de hasta 10.000 a 20.000 k) en muy poco tiempo (> 1 μs). En estas condiciones, la materia superficial de microgramos de la muestra se gasificación, atomiza y estimula instantáneamente.

Posteriormente, cuando el plasma se enfría, los átomos o iones estimulados saltan de nuevo al Estado del suelo y emiten un espectro característico de una longitud de onda específica. Cada elemento tiene su "huella espectral" - por ejemplo, el hierro a 358,12 nm, el cobre a 324,75 nm y el sodio a 589,0 nm.

Finalmente, estas señales ópticas se recogen a través de espectrómetros de alta resolución (como rejilla escalonada media + detector iccd) y se utilizan algoritmos de comparación y cuantificación de bases de datos para lograr una rápida determinación del tipo y contenido de elementos en la muestra.

Todo el proceso tarda solo unos segundos y apenas causa daños visibles a la mayoría de las muestras sólidas, logrando realmente "golpear un rayo de luz y conocer la composición de todo".

II. ventajas tecnológicas básicas

1. verdadera capacidad de análisis in situ y in situ

No es necesario tomar muestras, digerir o presionar, y se pueden detectar directamente rocas, metales, suelos, reliquias culturales, tejidos biológicos, etc. El equipo libs portátil incluso puede funcionar en tiempo real en el campo, las minas y el lugar del accidente.

2. cobertura de elementos completos

Desde elementos ligeros (como li, be, b, c, n, o) hasta metales pesados (como pb, u, hg), casi todos los elementos se pueden detectar, rompiendo las limitaciones de la insensibilidad de la fluorescencia de rayos X (xrf) a los elementos ligeros.

3. análisis de microzonas y análisis en profundidad

El punto láser puede ser tan pequeño como 10 - 50 micras, adecuado para mapear la composición de la región pequeña; A través del bombardeo continuo de impulsos, también se puede lograr el desprendimiento capa por capa para analizar la distribución profunda del recubrimiento, la capa de óxido o los productos de corrosión.

4. aplicable a todo tipo de Estados

No solo se pueden medir sólidos, sino que también se pueden analizar líquidos (que requieren piscinas especiales), gases (como el diagnóstico por plasma) e incluso metales fundidos a alta temperatura.

III. escenarios de aplicación típicos

1. Geología y Minería

Detección rápida del grado de mineral (como el contenido de fe, cobre y al); Imágenes de elementos en el sitio del núcleo para guiar la toma de decisiones de perforación; Exploración planetaria: chemcam, el sistema libs transportado por el Rover "curiosity" de la nasa, ha analizado con éxito cientos de rocas marcianas.

2. metalurgia y procesamiento de metales

Clasificación de chatarra (distinción de la marca de acero inoxidable 304 vs 316); Monitoreo en línea de la composición de la piscina fundida para optimizar el proceso de fabricación de acero; Detección del espesor y la composición del recubrimiento de las hojas del aeromotor.

3. medio ambiente y Seguridad

Detección in situ de la contaminación por metales pesados del suelo (as, cd, cr); Identificación de uranio y plutonio en los residuos nucleares; Detección rápida de residuos de explosivos (incluidos n, k, c1, etc.).

4. protección del patrimonio cultural

Análisis no destructivo de la composición de la cerámica antigua, murales y pigmentos de bronce; Identificar la autenticidad, rastrear el origen y guiar la restauración.

5. biología y agricultura

Estudio sobre la distribución de nutrientes (k, ca, mg) en las hojas de las plantas; Análisis de la asociación entre oligoelementos y salud en los huesos de los animales.