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Chemistry

मृदा simulants का प्रयोग पल्स ऊर्जा और समय पैरामीटर पर लेजर प्रेरित टूटने स्पेक्ट्रोस्कोपी परिणाम की निर्भरता

Published: September 23, 2013 doi: 10.3791/50876
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Math and Sciences, Alvernia University, 2Applied Research Associates (ARA), Inc.

Summary

मिट्टी simulants पर LIBS पहचान क्षमता पल्स ऊर्जा और समय मानकों की एक श्रृंखला का उपयोग कर परीक्षण किया गया. अंशांकन वक्र विभिन्न मापदंडों के लिए सीमा का पता लगाने और संवेदनशीलता का निर्धारण किया गया. आम तौर पर, परिणाम कम नाड़ी ऊर्जा और गैर gated पता लगाने का उपयोग पहचान क्षमता में एक महत्वपूर्ण कमी नहीं थी कि पता चला है.

Abstract

कम पल्स ऊर्जा (<100 एम.जे.) और समय मापदंडों पर कुछ LIBS पहचान क्षमता की निर्भरता सिंथेटिक सिलिकेट नमूने का उपयोग कर जांच की गई. इन नमूनों मिट्टी के लिए simulants के रूप में इस्तेमाल किया है और आमतौर पर सांद्रता की एक विस्तृत श्रृंखला में मिट्टी में पाया नाबालिग और तत्वों का पता लगाने निहित थे. इस अध्ययन के लिए, 100 से अधिक अंशांकन घटता अलग पल्स ऊर्जा और समय मापदंडों का उपयोग कर तैयार कर रहे थे, सीमा का पता लगाने और संवेदनशीलता अंशांकन घटता से निर्धारित किया गया है. प्लाज्मा तापमान भी विभिन्न ऊर्जा और परीक्षण समय पैरामीटर के लिए बोल्ट्जमान भूखंडों का उपयोग कर मापा गया. प्लाज्मा के इलेक्ट्रॉन घनत्व परीक्षण किया ऊर्जा अधिक 656.5 एनएम पर हाइड्रोजन लाइन की पूर्ण चौड़ाई आधा अधिकतम (FWHM) का उपयोग कर की गणना की गई. कुल मिलाकर, परिणाम कम नाड़ी ऊर्जा और गैर gated का पता लगाने का उपयोग गंभीरता से विश्लेषणात्मक परिणामों समझौता नहीं है कि संकेत मिलता है. इन परिणामों के डिजाइन के लिए बहुत प्रासंगिक हैं क्षेत्रऔर व्यक्ति पोर्टेबल LIBS उपकरणों.

Introduction

लेजर प्रेरित टूटने स्पेक्ट्रोस्कोपी (LIBS) उत्तेजना स्रोत के रूप में एक लेजर उत्पन्न चिंगारी का उपयोग करता है कि मौलिक विश्लेषण का एक सरल तरीका है. लेजर पल्स, तपता ablates, atomizes और प्लाज्मा के गठन में जिसके परिणामस्वरूप सतह सामग्री ionizes कि एक सतह पर केंद्रित है. प्लाज्मा प्रकाश प्रेतसंबंधी संकल्प लिया और पता लगाया है और तत्वों उनके वर्णक्रमीय हस्ताक्षर से पहचाना जा सकता है. ठीक से calibrated है, LIBS मात्रात्मक परिणाम प्रदान कर सकते हैं. LIBS कम या कोई नमूना तैयार करने के साथ ठोस, ​​गैस और तरल पदार्थ का विश्लेषण कर सकते हैं. 1 इन विशेषताओं प्रयोगशाला में नहीं किया जा सकता है कि विश्लेषण के लिए आदर्श बनाते हैं.

वर्तमान में, LIBS विशेष रूप से कई विभिन्न अनुप्रयोगों मात्रा का ठहराव के लिए क्षेत्र आधारित माप की आवश्यकता होती है कि उन लोगों के लिए अध्ययन किया जा रहा है. 1-8 यह एक क्षेत्र आधारित प्रणाली के लिए उपयुक्त बीहड़ और कॉम्पैक्ट उपकरणों का उपयोग कर LIBS उपकरण के विकास की आवश्यकता है. ज्यादातर मामलों में,एसई घटकों जिससे विश्लेषण प्रदर्शन समझौता, प्रयोगशाला आधारित उपकरण की पूरी क्षमता नहीं होगी. LIBS परिणाम लेजर पल्स मापदंडों और नमूना ज्यामिति, आसपास के वातावरण, और gated या गैर gated का पता लगाने का उपयोग शामिल है कि अन्य माप की स्थिति पर निर्भर कर रहे हैं. 9-12 क्षेत्र आधारित LIBS उपकरण के लिए, पर विचार करने के लिए दो महत्वपूर्ण कारकों पल्स ऊर्जा हैं और का उपयोग गैर gated पता लगाने बनाम gated. इन दो कारकों एक बड़ी हद तक LIBS साधन की लागत, आकार, और जटिलता का निर्धारण. 0.3-10 हर्ट्ज की पुनरावृत्ति दरों में 10-50 एम.जे. से दालों उत्पन्न कर सकते हैं कि छोटे, असभ्य ढंग से बनाया लेज़रों व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं और उपयोग करने के लिए अत्यधिक लाभप्रद होगा. इसलिए, यह किसी भी अगर, पहचान क्षमता में हानि इन लेज़रों के उपयोग से परिणाम क्या होगा, यह जानना महत्वपूर्ण है. यह ablated और vaporized सामग्री की मात्रा और उत्तेजना चार निर्धारित करता है के रूप में पल्स ऊर्जा libs के लिए एक प्रमुख पैमाना हैप्लाज्मा की acteristics. इसके अलावा, gated का पता लगाने का उपयोग LIBS प्रणाली की लागत में वृद्धि कर सकते हैं, एक परिणाम के रूप में, यह gated और गैर gated पता लगाने का उपयोग स्पेक्ट्रा और पता लगाने क्षमताओं के बीच मतभेदों को निर्धारित करने के लिए आवश्यक है.

हाल ही में, एक अध्ययन स्टील में पाया नाबालिग तत्वों के लिए गैर gated का पता लगाने के लिए Gated पता लगाने की तुलना में प्रदर्शन किया था. परिणाम का पता लगाने सीमा गैर gated का पता लगाने के लिए तुलनीय नहीं तो बेहतर थे. 12 libs के एक महत्वपूर्ण विशेषता तकनीक भौतिक और रासायनिक मैट्रिक्स प्रभाव का अनुभव करता है. पूर्व के एक उदाहरण से आयोजन / धातु सतहों के साथ और अधिक कुशलता से लेजर पल्स जोड़े सतहों गैर का आयोजन करता है. 13 इस अध्ययन के लिए, हम मिट्टी simulants तरह गैर का आयोजन सामग्री के लिए पल्स ऊर्जा और समय पैरामीटर के प्रभावों का निर्धारण करना चाहता था.

हालांकि, क्षेत्र पोर्टेबल LIBS यंत्र विकसित किया है और इस्तेमाल किया गया हैकुछ अनुप्रयोगों के लिए, पता लगाने क्षमताओं पर एक व्यापक अध्ययन मिट्टी simulants का उपयोग कम ऊर्जा और गैर gated प्रणालियों के लिए उच्च ऊर्जा और gated प्रणालियों की तुलना प्रदर्शन किया नहीं किया गया है. यह अध्ययन जटिल matrices में तत्वों का पता लगाने के निर्धारण के लिए लेजर पल्स ऊर्जा और समय मापदंडों पर केंद्रित है. लेजर पल्स ऊर्जा कम और उच्च ऊर्जा के बीच एक तुलना प्राप्त करने के लिए 10 से 100 एम.जे. तक बताया गया. गैर gated पता लगाने बनाम gated के उपयोग की तुलना से भी उसी ऊर्जा सीमा पर प्रदर्शन किया गया था.

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Protocol

1. लेजर प्रणाली

  1. एक क्यू स्विच एन डी द्वारा उत्पादित लेजर दालों का प्रयोग करें: YAG लेजर 1,064 एनएम और 10 हर्ट्ज पर ऑपरेटिंग.
  2. एक 75 मिमी फोकल लम्बाई लेंस के साथ नमूना पर लेजर दालों ध्यान दें.
  3. बताया और नमूना पर गठित प्लाज्मा के पास रखा एक ऑप्टिकल फाइबर के साथ प्लाज्मा प्रकाश लीजिए.
  4. संकल्प प्रेतसंबंधी और LIBS स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करने के लिए एक Echelle स्पेक्ट्रोग्राफ / ICCD प्रयोग करें.
  5. 125 का एक लाभ का उपयोग दोनों गैर gated और gated मोड में ICCD कार्य करते हैं.
  6. गैर gated मोड में एक 0 μsec समय में देरी (टी डी) और gated मोड में एक 1 μsec टी डी का प्रयोग करें.
  7. दोनों मोड के लिए, (ICCD कैमरा चिप पर प्लाज्मा प्रकाश को एकीकृत) एक 3 सेकंड के प्रदर्शन के साथ 20 μsec का एक गेट चौड़ाई (टी बी) का उपयोग करें, यह 30 व्यक्तिगत लेजर शॉट प्रत्येक स्पेक्ट्रम का उत्पादन करने के लिए जोड़ा जा रहा में परिणाम होगा.
  8. विश्लेषण किया प्रत्येक नमूने के लिए इस तरह के 5 स्पेक्ट्रा की कुल रिकार्ड.
  9. टी नियंत्रित करने के लिए एक डिजिटल देरी जनरेटर का प्रयोग करेंलेजर और ICCD गेट नाड़ी के बीच IMing. की स्थापना की प्रयोगात्मक चित्र 1 में दिखाया गया है.
  10. एक आस्टसीलस्कप के साथ समय की जाँच करें.
  11. गैर gated और gated दोनों का पता लगाने का उपयोग कर नाड़ी 10 की ऊर्जा, 25, 50, और 100 एम.जे. पर लेजर संचालित.
  12. लगातार लेजर ऊर्जा की निगरानी और यदि आवश्यक हो तो, बहाव के लिए सही करने के लिए समायोजित करें.
  13. सुरक्षा विचार: एन डी:. YAG लेजर एक चतुर्थ श्रेणी लेजर है, लेजर जब ऑपरेटिंग हर समय उचित लेजर सुरक्षा काले चश्मे पहनने के लिए और कमरे के दरवाजे और लेजर के साथ संयोजन के रूप में कमरा इंटरलॉक की स्थापना 14

2. नमूने और नमूना तैयार

  1. नमूने के रूप में जाना जाता तत्व सांद्रता के साथ सिंथेटिक सिलिकेट प्रमाणित संदर्भ सामग्री का उपयोग करें, इन नाबालिग के साथ आम मिट्टी के नमूने की नकल और सांद्रता की एक सीमा फैले चयनित तत्वों की मात्रा का पता लगाने.
  2. तत्वों का पता लगाने की सांद्रता कुछ पीपीएम से 10,000 पीपीएम. टेबल को लेकरविश्लेषण के लिए इस्तेमाल उनके लाइन प्रकार और तरंग दैर्ध्य सहित यहां नजर रखी 1 सूचियों तत्वों. मैं और द्वितीय के रूप में चिह्नित लाइन प्रकार क्रमशः, तटस्थ परमाणुओं या एक अकेले आयनित परमाणुओं दर्शाता है. प्रत्येक सिलिकेट नमूना के आम आधार संरचना Sio 2 (72%), अल 2 ओ 3 (15%) है, फ़े 2 ओ 3 (4%), CaMg (सीओ 3) 2 (4%), ना 2 अतः 4 ( 2.5%), और कश्मीर 2 अतः 4 (2.5%).
  3. LIBS विश्लेषण के लिए एक चिकनी सतह बनाने के लिए एक हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग 31 मिमी व्यास छर्रों में नमूने दबाएँ. चिकनी सतह LIBS परिणामों के साथ स्थिरता बनाने में मदद करता है.
  4. दर्ज की गई प्रत्येक स्पेक्ट्रम के लिए एक नया नमूना स्थान का विश्लेषण करें.
  5. सुरक्षा को ध्यान: सिंथेटिक सिलिकेट नमूने विभिन्न सांद्रता में तत्वों की एक विस्तृत विविधता होते हैं, से निपटने के दौरान दस्ताने पहनते हैं.

3. अंशांकन वक्र की तैयारी

  1. Vari के लिए अंशांकन घटता तैयार करेंपरीक्षण किया लेजर ऊर्जा की सीमा पर gated और गैर gated दोनों का पता लगाने में ous तत्वों.
  2. तत्व एकाग्रता (एक्स अक्ष) के खिलाफ चोटी के क्षेत्र या ratioed शिखर क्षेत्र (Y-अक्ष) की साजिश रचने के इन घटता बनाओ.
  3. अंशांकन वक्र फिट करने के लिए एक रेखीय प्रवृत्ति लाइन का प्रयोग करें. [स्क्रीन शॉट 1]
  4. IUPAC द्वारा परिभाषित 3σ पता लगाने का उपयोग पहचान की सीमा की गणना. 15 [गणना 1]

4. प्लाज्मा तापमान निर्धारण

  1. बोल्ट्जमान भूखंडों से प्लाज्मा तापमान उपाय.
  2. - एलएन (4ρZ/hcN 0) (Eq. 1) एल.एन. (Iλ / गा) = ई यू / के.टी.: उपयोग कर बोल्ट्जमान भूखंडों बनाने के लिए 371-408 एनएम के तरंग दैर्ध्य के बीच लोहे लाइनों [फे (आई)] का एक सेट का उपयोग मैं चोटी के क्षेत्र से निर्धारित के रूप में संक्रमण की तीव्रता है जहां, λ तरंग दैर्ध्य है, एक संक्रमण संभावना है, जी संक्रमण का पतन है, ई यू उत्सर्जन के लिए ऊपरी राज्य है, कश्मीर बोल्ट्जमान निरंतर, टी है तापमान है,जेड ज प्लैंक स्थिरांक, सी प्रकाश की गति है, विभाजन समारोह है, एन 0 कुल प्रजातियों की आबादी है.
  3. ई यू, जी, और एक मूल्यों को जानते हैं कि फे लाइनों चुना है.
  • यहां इस्तेमाल फे (आई) लाइनों 371.99, 374.56, 382.04, 404.58, 406.36 एनएम हैं.
  • ई यू, जी, और एक मूल्यों को इस वेबसाइट पर पाया जा सकता है ( http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html )
  • स्तर जानकारी के रूप में चिह्नित अतिरिक्त मापदंड के तहत "जी" को दिखाने के लिए विकल्प का चयन करना सुनिश्चित करें.
  • ई कश्मीर और जी कश्मीर मूल्यों का प्रयोग करें.
  1. ई यू के खिलाफ तापमान, प्लाट एलएन (Iλ / गा) निर्धारित करने और एक रेखीय प्रवृत्ति रेखा के साथ डेटा फिट;. ढलान है -1/kT को बराबरी 16,17 [स्क्रीन शॉट 2]

5. इलेक्ट्रॉन घनत्व निर्धारण

  1. विद्युत मापने के लिएn घनत्व, 656.5 एनएम पर हाइड्रोजन लाइन की आधा अधिकतम (FWHM) पर पूरी चौड़ाई का उपयोग करें.
  2. = टी डी का उपयोग इस डेटा ले 0.5 μsec और टी बी = ICCD पर 4.5 μsec.
  3. हाइड्रोजन लाइन की FWHM उपाय. [स्क्रीन शॉट 3]
  4. का उपयोग इलेक्ट्रॉन घनत्व की गणना: एन ई = 10 x 8.02 12 [Δλ 1/2 / α 1/2] एन ई इलेक्ट्रॉन घनत्व है जहां 3/2 (Eq. 2), Δλ 1/2 से मापा FWHM है हाइड्रोजन लाइन, और α 1/2 तापमान के एक समारोह और इलेक्ट्रॉन घनत्व है जो कम तरंग दैर्ध्य है. कम तरंग दैर्ध्य के लिए मूल्यों Griem के परिशिष्ट IIIa में प्रदान की जाती हैं. 16-18
  5. (इस प्लाज्मा के औसत तापमान के करीब था) 10,000 कश्मीर के तापमान का उपयोग इलेक्ट्रॉन घनत्व की गणना. [स्क्रीन शॉट 4]

6. एक प्रोग्राम का उपयोग सभी डेटा को कामउस शिखर क्षेत्रों और / या माइक्रोसॉफ्ट एक्सेल निर्धारित कर सकते हैं

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Representative Results

सिंथेटिक सिलिकेट नमूनों का पता लगाने क्षमताओं पर लेजर पल्स ऊर्जा और पहचान मोड का प्रभाव. LIBS स्पेक्ट्रा का परीक्षण लेजर पल्स ऊर्जा की सीमा पर gated और गैर gated का पता लगाने का उपयोग कर दर्ज किए गए. 100 से अधिक अंशांकन घटता लेजर पल्स ऊर्जा के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए इन आंकड़ों से निर्माण किया गया. अंशांकन वक्र (1) analyte चोटी के तहत और (2) 405.58 एनएम पर लोहे के चोटी के क्षेत्र को analyte चोटी के क्षेत्र ratioing द्वारा क्षेत्र का उपयोग करके तैयार की गई. लोहे एकाग्रता नमूनों के बीच एक समान था, इसलिए यह एक आंतरिक मानक के रूप में इस्तेमाल किया गया था. एक आंतरिक मानक तत्व के क्षेत्र को analyte क्षेत्र Ratioing माप reproducibility बढ़ सकता है शॉट के लिए शॉट लेजर ऊर्जा उतार चढ़ाव रहे हैं, खासकर अगर. संवेदनशीलता का पता लगाने (अंशांकन वक्र ढलान) और गैर gated और पहचान मोड gated दोनों का उपयोग कर सीमा का पता लगाने डेटा तालिकाओं 2, 3, 4, और 5 में दिखाया गया. Gated और गैर gated दोनों का पता लगाने के लिए unratioed अंशांकन घटता का उपयोग कर सभी तत्वों के लिए, लेजर पल्स ऊर्जा और संवेदनशीलता के बीच एक सीधा संबंध था: संवेदनशीलता ऊर्जा के साथ वृद्धि हुई. संवेदनशीलता अपनी एकाग्रता को analyte संकेत रिश्तेदार पर निर्भर है इसलिए, analyte संकेत उच्च पल्स ऊर्जा पर बड़े थे. इन परिणामों के उच्च पल्स ऊर्जा कमजोर analyte संकेतों को बढ़ाने के लिए उपयोगी हो सकता है कि संकेत मिलता है. गैर gated का पता लगाने के लिए ratioed संवेदनशीलता डेटा की तुलना जब ऊर्जा बढ़ा दिया गया था के रूप में सामान्य में, संवेदनशीलता में मामूली कमी थी, इस वजह से LIBS स्पेक्ट्रम में उच्च पृष्ठभूमि करने के लिए सबसे अधिक संभावना है और लेबल अनुभाग में चर्चा की है "प्रभाव लेजर ऊर्जा और स्पेक्ट्रा पर पता लगाने के तरीकों में से. " Gated का पता लगाने के लिए ratioed संवेदनशीलता डेटा की तुलना जब उम्मीद के रूप में हालांकि, संवेदनशीलता, परीक्षण किया ऊर्जा की सीमा पर अपेक्षाकृत स्थिर थे. इस वजह से हैanalyte चोटी क्षेत्रों एक निरंतर एकाग्रता में है कि एक तत्व के एक क्षेत्र को ratioed कर रहे हैं, ratioed मौलिक क्षेत्रों अपेक्षाकृत स्थिर रहता है कि एक आंतरिक सुधार जगह ले जा रही है कि इस तथ्य के. इन आंकड़ों टेबल्स 2 और 3 में दिखाया गया.

Unratioed डेटा में संवेदनशीलता के लिए प्राप्त परिणामों के विपरीत, आम तौर पर, सीमा का पता लगाने और लेजर पल्स ऊर्जा के बीच एक संबंध नहीं था, सीमा का पता लगाने संवेदनशीलता और संकेत reproducibility (तालिका 4) दोनों पर निर्भर करता है के बाद से यह आशा की जाती है. दोनों gated और गैर gated का पता लगाने के लिए गैर ratioed आंकड़ों के ratioed डेटा की तुलना, ratioed डेटा मुख्य रूप से गैर ratioed डेटा की तुलना में कम सीमा का पता लगाने और आम तौर पर उत्पादन बेहतर रैखिक सहसंबंध का प्रदर्शन किया है, इन परिणामों के एक आंतरिक मानक हो सकता है कि संकेत मिलता है कम सीमा का पता लगाने (टेबल्स 4 और 5) प्रदान किया. ratioed डेटा भी हैगैर ratioed डेटा की तुलना में कम प्रतिशत के सापेक्ष मानक विचलन howed, यह सीधे सीमा का पता लगाने के परिणाम की गैर ratioed डेटा से ratioed डेटा के लिए कम होने के साथ संबद्ध है.

गैर gated पता लगाने के परिणाम की आगे की जांच के लिए उच्च लेजर पल्स ऊर्जा, तत्वों में से कुछ कोई संबंध (2 आर <0.7) से पता चला कि पता चला है, यह मुख्य रूप से नेतृत्व और मैंगनीज के निर्धारण को प्रभावित किया. उच्च ऊर्जा एक और अधिक तीव्र प्लाज्मा वहाँ था, वर्णक्रमीय लाइनों के कुछ थोड़ा LIBS स्पेक्ट्रम में निरंतरता के उच्च पृष्ठभूमि की वजह से उच्च पल्स ऊर्जा पर गैर gated पता लगाने के साथ छिप गया है, यह उच्च पृष्ठभूमि की संभावना सबसे अधिक गरीब का कारण नेतृत्व और मैंगनीज के साथ रैखिक सहसंबंध. इस पृष्ठभूमि आगे नीचे अनुभाग "स्पेक्ट्रा पर लेजर ऊर्जा और पहचान मोड के प्रभाव" में समझाया गया है. इसके अतिरिक्त, गैर gated सीमा का पता लगाने के लिए परिणाम के साथ कुछ ऐसे मामले थे जहाँ nओ सहसंबंध unratioed डेटा के लिए मनाया था, लेकिन एक संबंध ratioed डेटा से प्राप्त हुई थी. इस से, हम एक और तत्व को मौलिक संकेत ratioing unratioed मौलिक संकेतों का उपयोग सहसंबंध में सुधार करने में मदद करता है कि निष्कर्ष निकाल सकते हैं. कुल मिलाकर, एक आंतरिक मानक तत्व के क्षेत्र को analyte तत्व के क्षेत्र ratioing की प्रक्रिया की वजह से लेजर पल्स और नमूने के साथ युग्मन मतभेद के संकेतों में कुछ उतार चढ़ाव के लिए एक सुधार प्रदान करने के लिए दिखाई दिया, इस बात का बेहतर रैखिक सहसंबंध के साथ मनाया गया ratioed डेटा.

स्पेक्ट्रा पर लेजर ऊर्जा और पहचान मोड का प्रभाव. अच्छी तरह से जाना जाता है के रूप में गैर gated मोड का उपयोग कर लिया स्पेक्ट्रा की तुलना में जब, gated का पता लगाने का उपयोग कर दर्ज स्पेक्ट्रा एक कम आधारभूत दिखा. आंकड़े 2A और बी में 10 MJ / नाड़ी में gated और गैर gated का पता लगाने का उपयोग कर एक सिंथेटिक सिलिकेट नमूना GBW 07,709 के स्पेक्ट्रा की तुलना करने पर यह देखा जा सकता है. कोई आत्म अवशोषण मनाया गया मैंn परीक्षण किया पल्स ऊर्जा की सीमा पर gated पता लगाने का उपयोग स्पेक्ट्रा. लेजर पल्स ऊर्जा gated का पता लगाने के लिए बढ़ा दिया गया था के रूप में सिंथेटिक सिलिकेट नमूनों में तत्वों के शिखर क्षेत्रों में वृद्धि हुई है, इस वजह से ablated नमूना का एक बड़ा जन और मजबूत उत्तेजना में जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ा प्लाज्मा के लिए सबसे अधिक संभावना है. पल्स ऊर्जा बढ़ा दिया गया था के रूप में इसी तरह के परिणाम, सामान्य रूप में, गैर gated पता लगाने दिखाने के लिए संकेत में वृद्धि प्राप्त किया गया. इन परिणामों एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम और कैल्शियम तटस्थ और आयनित लाइनों के लिए 3 चित्र में देखा जा सकता है.

चित्रा 4 आगे लेजर ऊर्जा गैर gated का पता लगाने के लिए बढ़ा दिया गया था के रूप में पृष्ठभूमि स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है कि पता चलता है. यह कुछ क्षेत्रों में वर्णक्रमीय लाइनों व्यापक और कम तीव्र बनने के कारण होता है और कारण आत्म अवशोषण और प्लाज्मा सातत्य की वजह से एक वृद्धि की पृष्ठभूमि के लिए सबसे अधिक संभावना है. यह आगे की उच्च ऊर्जा पहचान क्षमता को प्रभावित कर सकता है औरकोई संबंध गैर gated पता लगाने का उपयोग उच्च लेजर ऊर्जा पर वहां गया था के रूप में क्यों सबसे संभावित कारण है. इस समस्या से बचने के लिए, यह गैर gated पता लगाने के साथ कम नाड़ी ऊर्जा का उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा होगा.

लेजर ऊर्जा और तापमान और इलेक्ट्रॉन घनत्व पर पता लगाने के मोड का प्रभाव. बोल्ट्जमान भूखंडों का उपयोग करना, एक बना हुआ नमूना पर गठित प्लाज्मा का औसत तापमान का पता लगाने के दोनों सतत और gated मोड के लिए लेजर ऊर्जा के एक समारोह के रूप में निर्धारित किया गया था. एक ठेठ बोल्ट्जमान साजिश चित्रा 5 में दिखाया गया है. परिणाम प्लाज्मा का तापमान दोनों का पता लगाने के तरीकों के लिए परीक्षण किया ऊर्जा की सीमा पर अपेक्षाकृत स्थिर था. प्लाज्मा तापमान 10,000-11,000 गैर gated मोड में कश्मीर और 8,100 से gated मोड में 8,700 कश्मीर को लेकर. गैर gated मोड आपरेशन से थोड़ा अधिक तापमान का उत्पादन किया, प्लाज्मा गठन की जल्द से जल्द हिस्सा गैर gated मोड में निगरानी रखी जाती है क्योंकि यह उचित है.

< पी वर्ग = "jove_content"> प्लाज्मा का औसत इलेक्ट्रॉन घनत्व 656.2 एनएम पर हाइड्रोजन लाइन की FWHM और 4.5 μsec का एक गेट चौड़ाई के साथ 0.5 μsec की एक समय में देरी का उपयोग कर मापा गया था. हाइड्रोजन लाइन हवा और सिंथेटिक सिलिकेट नमूना दोनों से ही शुरू कर सकता है. पर्याप्त हाइड्रोजन संकेत परीक्षण किया सभी ऊर्जा में प्राप्त हुई थी. इलेक्ट्रॉन घनत्व ऊर्जा के क्षेत्र में एक 10 गुना वृद्धि से अधिक इलेक्ट्रॉन घनत्व में एक मामूली वृद्धि का संकेत है, 1.5-2.0 x 10 17 सेमी -3 से ऊर्जा के साथ वृद्धि हुई.

चित्रा 1
चित्रा 1. LIBS स्थापना के एक आरेख. यह इस विश्लेषण के लिए इस्तेमाल LIBS प्रयोग के लिए सामान्य सेटअप पता चलता है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

2 फिर से "src =" / files/ftp_upload/50876/50876fig2.jpg "/>
चित्रा 2. सिंथेटिक सिलिकेट नमूना 07,709 का एक विशिष्ट LIBS स्पेक्ट्रम (10 एम.जे.) (क) gated 0 μsec समय में देरी का पता लगाने और एक 20 μsec गेट चौड़ाई का उपयोग और (ख) गैर gated 1 μsec समय में देरी का पता लगाने और एक 20 μsec गेट चौड़ाई का उपयोग . बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 3
चित्रा 3. अल (आई), अल (द्वितीय) के लिए सामान्यीकृत शिखर क्षेत्रों की तुलना, मिलीग्राम (आई), मिलीग्राम (द्वितीय), सीए (आई), और सीए (द्वितीय) के लिए जांच की ऊर्जा की सीमा से अधिक सिंथेटिक सिलिकेट नमूना 07,709 में गैर gated (टी डी = 0 μsec) और पहचान gated दोनों (टी डी = 1 μsec). बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 4
चित्रा 4. सिंथेटिक सिलिकेट 10, 25, 50 में गैर gated पता लगाने का उपयोग नमूना 07709, और 100 एम जे के LIBS स्पेक्ट्रा. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 5
चित्रा 5. एक ठेठ बोल्ट्जमान साजिश है. यह डेटा एक 1 μsec समय की देरी के साथ ऊर्जा का 25 एम.जे. का उपयोग करने से आता है. प्रत्येक बिंदु पांच परीक्षणों के एक औसत का प्रतिनिधित्व करता है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

तत्व रेखा प्रकार वेवलेंथ (एनएम) </ P>
बा (द्वितीय) 493.41
रहो * (द्वितीय) 313.04, 313.11
फे ** (मैं) 404.58
पंजाब (मैं) 405.78
ली * (मैं) 670.78, 670.79
* एम.एन. (मैं) 403.08, 403.31, 403.45
सीनियर (द्वितीय) 407.77
तिवारी (द्वितीय) 334.94

तालिका 1. सिंथेटिक सिलिकेट नमूनों में विश्लेषण तत्वों के लिए वर्णक्रमीय जानकारी. इस तालिका मौलिक प्रतीक, रेखा प्रकार, और विश्लेषण के लिए इस्तेमाल तरंगदैर्ध्य (ओं) शामिल हैं. * इन तत्वों के लिए बारीकी से दूरी लाइनों का समाधान नहीं किया गया. इस मामले में, अनसुलझे लाइनों के तहत कुल क्षेत्रफल निर्धारित किया गया था. ** फ़े में लगातार एकाग्रता में थासिंथेटिक सिलिकेट नमूने, यह तत्व अन्य analyte चोटी क्षेत्रों अनुपात करने के लिए इस्तेमाल किया गया था.

<टीडी> तिवारी
एक 0 μsec टी डी का उपयोग ratioed डेटा के लिए संवेदनशीलता (X10 4 पीपीएम -1)
10 एम.जे. 25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 11 9.0 8.3 5.0
होना 340 210 200 230
ली 63 60 69 39
Mn 6.0 4.7 4.1 नेकां
पंजाब 6.1 नेकां 1.0 नेकां
सीनियर 38 27 24 16
तिवारी 7.7 2.0 5.7 4.5
एक 0 μsec टी डी का उपयोग Unratioed डेटा के लिए संवेदनशीलता
10 एम.जे. 25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 38 68 80 90
होना 1200 1500 2100 4400
ली नेकां 400 नेकां 660
Mn 17 34 नेकां नेकां
पंजाब 21 नेकां नेकां नेकां
सीनियर 130 210 नेकां 290
27 46 55 81

तालिका 2. 0 μsec समय देरी डेटा के लिए संवेदनशीलता. ये परीक्षण किया ऊर्जा की सीमा पर गैर gated (टी डी = 0 μsec) का पता लगाने का उपयोग विभिन्न तत्वों के लिए रेखीय अंशांकन घटता की ढलानों से प्राप्त किया गया. Ratioed संवेदनशीलता के लिए, analyte मौलिक क्षेत्र एक फ़े (आई) लाइन के लिए ratioed गया था. आर 2 <0.7: नेकां कोई संबंध =.

एक 1 μs टी डी का उपयोग ratioed डेटा के लिए संवेदनशीलता (x10M 4 पीपीएम -1)
10 एम.जे. 25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 9.9 10 10 8.4
होना 110 100 170 140
ली 72 59 67 52
Mn 5.6 5.2 5.1 4.8
पंजाब 6.8 7.9 6.9 7.4
सीनियर 33 30 31 27
तिवारी 3.7 4.3 5.0 4.9
एक 1 μs टी डी का उपयोग Unratioed डेटा के लिए संवेदनशीलता
10 एम.जे. 25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 30 60 98 140
होना 330 600 1700 2500
ली 220 720 1100 1600
Mn 16 30 49 80
पंजाब 21 48 72 130
सीनियर 100 180 310 480
तिवारी 11 25 48 84

तालिका 3. 1 μs समय देरी डेटा के लिए संवेदनशीलता. ये परीक्षण किया ऊर्जा की सीमा पर (टी डी = 1 μs) gated पता लगाने का उपयोग विभिन्न तत्वों के लिए रेखीय अंशांकन घटता की ढलानों से प्राप्त किया गया. Ratioed संवेदनशीलता के लिए, analyte मौलिक क्षेत्र एक फ़े (आई) लाइन के लिए ratioed गया था.

एक 0 μsec टी डी का उपयोग ratioed डेटा के लिए सीमा का पता लगाने
10 एम.जे. 25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 310 (0.99) 310 (0.99) 280 (0.99) 610 (0.96)
होना 2.1 (0.99) 6.7 (0.99) 3.7 (0.99) 4.8 (0.89)
ली 170 (0.98) 48 (0.97) 87 (0.98) 100 (0.78)
Mn 710 (0.99) 1400 (0.99) 820 (0.99) नेकां
पंजाब 250 (0.97) नेकां 3200 (0.85) नेकां
सीनियर 60 (0.99) 70 (0.99) 50 (0.99) 32 (0.96)
तिवारी 310 (0.99) 690 (0.97) 500 (0.99) 250 (0.89)
एक 0 μsec टी डी का उपयोग Unratioed डेटा के लिए सीमा का पता लगाने
10 एम.जे. 25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 660 (0.92) 450 (0.99) 480 (0.76) 830 (0.93)
होना 5.6 (0.97) 9.9 (0.99) 5.5 (0.77) 6.5 (0.84)
ली नेकां 160 (0.91) नेकां 220 (0.76)
Mn 2900 (0.79) 1500 (0.98) नेकां नेकां
पंजाब 1000 (0.88) नेकां नेकां नेकां
सीनियर 230 (0.93) 100 (0.99) नेकां 60 (0.92)
तिवारी 800 (0.94) 770 (0.99) 530 (0.71) 1100 (0.92)

तालिका 4. सीमा का पता लगाने डाटा एक 0 μsec समय में देरी के लिए. सीमा का पता लगाने डेटा ratioed और unratioed दोनों डेटा दिखा विभिन्न लेजर ऊर्जा पर एक 0 μsec समय में देरी का उपयोग पीपीएम में दिखाया गया. रेखीय ग्राफ सहसंबंध (नि. 2) कोष्ठकों में हैं. नेकां कोई संबंध मनाया गया का मतलब (नि. 2 <0.7). Ratioed संवेदनशीलता के लिए, analyte मौलिक क्षेत्र एक फ़े (आई) लाइन के लिए ratioed गया था.

10 एम.जे.

सारणी 5. सीमा का पता लगाने डाटा एक 1 μsec समय में देरी के लिए. सीमा का पता लगाने डेटा ratioed और unratioed दोनों डेटा दिखा विभिन्न लेजर ऊर्जा पर एक 1 μsec समय में देरी का उपयोग कर दिखाया गया है. रेखीय ग्राफ सहसंबंध (नि. 2) कोष्ठकों में हैं. Ratioed संवेदनशीलता के लिए, analyte मौलिक क्षेत्र एक फ़े (आई) लाइन के लिए ratioed गया था.

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Discussion

गैर gated और gated पता लगाने मोड की तुलना, सीमा का पता लगाने डेटा gated जांच मोड गैर gated जांच मोड में उच्च लेजर ऊर्जा का उपयोग करते हुए नहीं देखा गया है कि उन सहित सभी तत्वों का पता लगाने के लिए अनुमति दी है दिखाते हैं. Gated पता लगाने का उपयोग, प्लाज्मा के गठन से प्रारंभिक उच्च पृष्ठभूमि नहीं मनाया जाता है और पृष्ठभूमि मौलिक उत्सर्जन बेहतर हल हो दिखा कमी आई है. इसके अलावा, सीमा का पता लगाने gated पता लगाने का उपयोग थोड़ा कम थे.

आम तौर पर, gated और गैर gated दोनों का पता लगाने के लिए जांच की ऊर्जा की सीमा पर गणना की इसी तरह की सीमा का पता लगाने थे. सीमा का पता लगाने गैर gated पता लगाने के साथ उच्च ऊर्जा का उपयोग कर उच्च स्तर पर थे, जहां कुछ उदाहरण थे, इस वजह से LIBS स्पेक्ट्रम में वृद्धि की पृष्ठभूमि के लिए सबसे अधिक संभावना थी.

एक 10 से अधिक इलेक्ट्रॉन घनत्व और प्लाज्मा तापमान में एक बड़ा बदलाव आया नहीं था के बाद से -ऊर्जा में वृद्धि गुना, इन कारकों का परीक्षण लेजर ऊर्जा से अधिक का पता लगाने क्षमताओं को प्रभावित नहीं करना चाहिए. यह हमारे परिणामों की वृद्धि हुई नाड़ी ऊर्जा के साथ सीमा का पता लगाने में कोई बड़ी कमी दिखाने के साथ संगत है.

प्रस्तुत आंकड़ों से, कुछ निष्कर्ष 10-100 एम.जे. और मिट्टी उत्तेजक में तत्वों का पता लगाने के निर्धारण के लिए अलग अलग समय मानकों की लेजर पल्स ऊर्जा के उपयोग के बारे में बनाया जा सकता है. 10 और 25 एम.जे. की ऊर्जा कम 50 और 100 एम.जे. में हासिल की उन के समान सीमा का पता लगाने प्रदान की. यह कम नाड़ी ऊर्जा का उपयोग काफी पता लगाने क्षमताओं को नीचा दिखाना और व्यक्ति पोर्टेबल LIBS इंस्ट्रूमेंटेशन के लिए आवश्यक एक कम ऊर्जा का उपयोग करते हैं, का पता लगाने क्षमताओं को कम नहीं करेंगे कि यह नहीं है कि पता चला है. परिणाम भी ratioed डेटा गैर ratioed डेटा की तुलना में कम सीमा का पता लगाने का उत्पादन दिखाया. इसलिए, एक कॉम्पैक्ट LIBS प्रणाली का पता लगाने क्षमताओं एक अंतर के उपयोग के माध्यम से सुधार किया जा सकता हैपरिणामों को सामान्य करने में मदद करने के लिए अंतिम मानक.

गैर gated और पहचान मोड gated के बीच स्पेक्ट्रा की तुलना, यह gated का पता लगाने का उपयोग कर दर्ज स्पेक्ट्रा एक कम आधारभूत उत्पादन और मौलिक उत्सर्जन लाइनों अधिक स्पष्ट रूप से तत्वों में से कुछ के लिए संकल्प लिया गया कि पाया गया था. इसके अलावा, थोड़ा कम सीमा का पता लगाने का परीक्षण लेजर ऊर्जा से अधिक gated का पता लगाने का उपयोग कर प्राप्त किया गया. यह यहां इस्तेमाल मिट्टी simulants के लिए गैर gated मोड का पता लगाने का उपयोग करते समय पहचान क्षमता में कुछ नुकसान नहीं होगा कि पता चलता है.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

यह काम ऊर्जा, विज्ञान के कार्यालय के अमेरिकी विभाग के माध्यम से वित्त पोषित किया गया.

Materials

एक 1 μsec टी डी का उपयोग ratioed डेटा के लिए सीमा का पता लगाने
10 एम.जे. 25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 93 (0.99) 170 (0.99) 160 (0.99) 170 (0.99)
होना 2.5 (0.99) 1.5 (0.99) 1.9 (0.99) 2.1 (0.99)
ली 78 (0.98) 82 (0.91) 62 (0.92) 130 (0.95)
Mn 250 (0.96) 280 (0.99) 220 (0.97) 370 (0.98)
पंजाब 53 (0.99) 160 (0.99) 91 (0.99) 120 (0.98)
सीनियर 21 (0.99) 15 (0.99) 28 (0.99) 11 (0.99)
तिवारी 280 (0.97) 290 (0.99) 120 (0.99) 150 (0.99)
एक 1 μsec टी डी का उपयोग Unratioed डेटा के लिए सीमा का पता लगाने
25 एम.जे. 50 एम.जे. 100 एम.जे.
बा 760 (0.86) 280 (0.82) 190 (0.96) 340 (0.86)
होना 5.1 (0.89) 2.1 (0.87) 2.9 (0.99) 4.7 (0.92)
ली 220 (0.78) 52 (0.86) 100 (0.88) 260 (0.89)
Mn 1200 (0.72) 460 (0.74) 470 (0.89) 1300 (0.81)
पंजाब 100 (0.88) 170 (0.79) 150 (0.97) 130 (0.84)
सीनियर 83 (0.89) 18 (0.84) 44 (0.99) 26 (0.86)
तिवारी 1400 (0.77) 370 (0.79) 290 (0.97) 370 (0.88)
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Nd:YAG laser Continuum Surelite II
Echelle spectrograh/ICCD Catalina/Andor SE200/iStar
Digital delay generator BNC Model 575-4C
Hydraulic Press Carver Model-C
31-mm pellet die Carver 3902
Power meter indictor model Scientech, Inc. Model number: AI310D
Power meter detector model Scientech, Inc. Model number: AC2501S
Oscilloscope Tektronix MSO 4054
Optical fiber Ocean Optics QP1000-2-UV-VIS
Lens kit (this kit contains the 75 mm f.l. lens) CVI Optics LK-24-C-1064
Reagent/Material list
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07704
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07705
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07706
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07708
Synthetic silicate sample Brammer Standard Company GBW 07709
Aluminum caps (for pressing synthetic silicate samples) SCP Science 040-080-001

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References

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रसायन विज्ञान अंक 79 विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान लेजर अनुसंधान परमाणु भौतिकी [libs लेजर प्रेरित टूटने स्पेक्ट्रोस्कोपी gated और गैर gated का पता लगाने ऊर्जा अध्ययन]
मृदा simulants का प्रयोग पल्स ऊर्जा और समय पैरामीटर पर लेजर प्रेरित टूटने स्पेक्ट्रोस्कोपी परिणाम की निर्भरता
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Kurek, L., Najarian, M. L., Cremers, D. A., Chinni, R. C. Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants. J. Vis. Exp. (79), e50876, doi:10.3791/50876 (2013).

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