LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) ist ein Verfahren zur Elementanalyse. Ein kurzer, fokussierter Laserpuls erzeugt auf der Probe ein Plasma. Dessen Licht wird mit einem Spektrometer analysiert und liefert Informationen über die enthaltenen Elemente.
Die Methode ermöglicht die schnelle Untersuchung unterschiedlicher Materialien – von der Identifikation einzelner Elemente bis zur Bestimmung ihrer Konzentrationen. Auch räumlich aufgelöste Analysen und Tiefenprofile sind möglich.
Wie funktioniert LIBS?
Ein kurzer, energiereicher Laserpuls wird auf die Probe fokussiert. Dabei wird eine kleine Menge Material abgetragen und ein Plasma erzeugt. Das Plasma sendet Licht mit charakteristischen Spektrallinien aus. Ein Spektrometer erfasst dieses Licht. Aus den Spektrallinien lassen sich die enthaltenen Elemente identifizieren; mit einer geeigneten Kalibrierung können auch ihre Konzentrationen bestimmt werden.
Das Messprinzip im Überblick
LIBS im Video erklärt
Welche Informationen liefert LIBS?
Elementidentifikation
Die charakteristischen Spektrallinien zeigen, welche Elemente in der untersuchten Probe enthalten sind.
Quantitative Analyse
Mit geeigneten Referenzmaterialien und einer Kalibrierung lassen sich die Konzentrationen ausgewählter Elemente bestimmen.
Elementverteilung
Durch die Messung vieler Positionen lässt sich untersuchen, wie Elemente auf einer Oberfläche verteilt sind.
Tiefenprofil
Wiederholte Laserpulse an derselben Position tragen schrittweise Material ab. So lassen sich Änderungen der Zusammensetzung mit zunehmender Tiefe untersuchen.
Stärken und Grenzen im Überblick
Stärken
- Schnelle Analyse vieler Elemente in einer Messung
- Häufig keine oder nur geringe Probenvorbereitung
- Berührungslose Messung, auch aus größerer Entfernung möglich
- Ortsaufgelöste Analysen und Tiefenprofile
Grenzen
- Lokal begrenzter Materialabtrag an der Messstelle
- Einfluss der Probenmatrix auf das Messsignal
- Geeignete Kalibrierung für quantitative Ergebnisse erforderlich
- Nachweisgrenzen abhängig von Element, Material und Messaufbau
Worauf kommt es bei der Messung an?
Probe und Messaufgabe
Material, Oberflächenbeschaffenheit und Homogenität beeinflussen die Messung. Entscheidend ist außerdem, ob einzelne Punkte, größere Flächen oder Schichten untersucht werden sollen. Daraus ergeben sich Anforderungen an Probenvorbereitung, Fokussierung und Positionierung.
Elemente und Konzentrationen
Welche Elemente sollen nachgewiesen werden und in welchem Konzentrationsbereich? Eine Materialidentifikation stellt andere Anforderungen als die Bestimmung geringer Elementgehalte. Die erreichbaren Nachweisgrenzen hängen von Element, Probenmatrix und Messbedingungen ab.
Laser, Spektrometer und Detektor
Pulsenergie, Pulsdauer und Fokusgröße beeinflussen Materialabtrag und Plasmaerzeugung. Wellenlängenbereich und Auflösung des Spektrometers bestimmen, welche Spektrallinien erfasst und getrennt werden können. Eine zeitgesteuerte Detektion hilft, die charakteristische Linienstrahlung gezielt zu messen.
Kalibrierung und Auswertung
Zur Elementidentifikation werden gemessene Spektrallinien mit Referenzdaten verglichen. Für quantitative Analysen sind in der Regel geeignete Referenzmaterialien und eine Kalibrierung erforderlich. Wiederholungsmessungen helfen, Streuungen zu bewerten und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.
LIBS in der Anwendung
LIBS wird in Forschung und Industrie eingesetzt – zur Untersuchung von Materialien, zur Qualitätskontrolle und zur Überwachung von Prozessen. Die folgenden Beispiele zeigen typische Einsatzgebiete.
Metallurgie
Analyse der Elementzusammensetzung von Metallen und Legierungen, Materialidentifikation und Prozesskontrolle.
Technische Sauberkeit
Elementanalyse einzelner Partikel auf Bauteiloberflächen, um Verunreinigungen zu charakterisieren und Hinweise auf ihre Herkunft zu gewinnen.
Geologie und Umwelt
Untersuchung von Gesteinen, Mineralien und Böden zur Bestimmung ihrer elementaren Zusammensetzung und zur Unterscheidung von Materialien.
Fusionsforschung
Untersuchung von Wandmaterialien und Ablagerungen, beispielsweise zur Analyse von Materialerosion und Brennstoffrückständen.
Die passende LIBS-Lösung für Ihre Messaufgabe
Ob einzelne Spektrometer für einen eigenen Messaufbau oder ein vollständiges LIBS-Analysesystem: LTB unterstützt Sie bei der Auswahl einer passenden Lösung. Ausgangspunkt sind Ihre Probe, die gesuchten Elemente und die Anforderungen an die Messung.
Echelle-Spektrometer
Ein breiter gleichzeitig erfasster Wellenlängenbereich und eine hohe spektrale Auflösung unterstützen die Analyse komplexer LIBS-Spektren. Die ARYELLE-Spektrometer lassen sich in individuelle Messaufbauten integrieren.
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