LIBS. Parengė: Kazimieras Jankauskas IV k, TF

Σχετικά έγγραφα
Spalvos. Šviesa. Šviesos savybės. Grafika ir vizualizavimas. Spalvos. Grafika ir vizualizavimas, VDU, Spalvos 1

Matematika 1 4 dalis

Elektronų ir skylučių statistika puslaidininkiuose

Skysčiai ir kietos medžiagos

I.4. Laisvasis kūnų kritimas

I dalis KLAUSIMŲ SU PASIRENKAMUOJU ATSAKYMU TEISINGI ATSAKYMAI

BRANDUOLIO FIZIKOS EKSPERIMENTINIAI METODAI

Arenijaus (Arrhenius) teorija

Statistinė termodinamika. Boltzmann o pasiskirstymas

KURKIME ATEITĮ DRAUGE! FIZ 414 APLINKOS FIZIKA. Laboratorinis darbas SAULĖS ELEMENTO TYRIMAS

PNEUMATIKA - vožtuvai

06 Geometrin e optika 1

X galioja nelygyb f ( x1) f ( x2)

KRŪVININKŲ JUDRIO PRIKLAUSOMYBĖS NUO ELEKTRINIO LAUKO STIPRIO TYRIMAS

UAB Aveva planuojamos ūkinės veiklos metu į aplinkos orą išmetamų teršalų sklaidos modeliavimas

Kinetinė biomolekulių spektroskopija 1. Darbo tikslas šmatuoti BSA (jaučio serumo albumino) ir GFP (žaliai fluorescuojančio baltymo) baltymų fluoresce

Vilniaus universitetas. Edmundas Gaigalas A L G E B R O S UŽDUOTYS IR REKOMENDACIJOS

UAB Rutinas ūkinės veiklos metu išmetamų aplinkos oro teršalų sklaidos modeliavimas

LIETUVOS FIZIKŲ DRAUGIJA ŠIAULIŲ UNIVERSITETO JAUNŲJŲ FIZIKŲ MOKYKLA FOTONAS ŠILUMA I KURSO II TURO UŽDUOTYS IR METODINIAI NURODYMAI

Taikomoji branduolio fizika

KAIP VYKSTA FOTOSENSIBILIZACIJA BIOLOGINĖSE SISTEMOSE?

1 teorinė eksperimento užduotis

Lina Ragelienė, Donatas Mickevičius. Fizikin chemija. Praktiniai darbai

KB ALSIŲ PAUKŠTYNAS IŠSISKIRIANČIŲ APLINKOS ORO TERŠALŲ IR KVAPO SKLAIDOS MODELIAVIMAS

Rimtautas Piskarskas. Fotodetektoriai

Kompiuterinė lazerių fizika. Viktorija Pyragaitė

Cheminių ryšių sudaryme dalyvauja valentiniai elektronai. Atomo sandara. O ir N išorinio sluoksnio elektronų išsid stymas kvantų d žut se

Oksidacija ir redukcija vyksta kartu ir vienu metu!!!

Termochemija. Darbas ir šiluma.

GEOMETRINĖS OPTIKOS PAGRINDAI

Biologinių pigmentų fluorescencijos tyrimas

JACKODUR XPS POLISTIRENINĖS PLOKŠTĖS GAMYBAI

Atomų sąveikos molekulėje rūšys (joninis ir kovalentinis ryšys). Molekulė mažiausia medžiagos dalelė, turinti esmines medžiagos chemines savybes.

= γ. v = 2Fe(k) O(g) k[h. Cheminė kinetika ir pusiausvyra. Reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros. t2 t

III.Termodinamikos pagrindai

BRANDUOLINĖS ENERGETIKOS FIZIKINIAI PAGRINDAI

2.5. KLASIKINĖS TOLYDŽIŲ FUNKCIJŲ TEOREMOS

VI SKYRIUS VI SKYRIUS OPTINĖ HOLOGRAFIJA

Su pertrūkiais dirbančių elektrinių skverbtis ir integracijos į Lietuvos elektros energetikos sistemą problemos

, t.y. per 41 valandą ir 40 minučių. (3 taškai) v Braižome h = f(t) priklausomybės grafiką.

EUROPOS CENTRINIS BANKAS

Temos. Intervalinės statistinės eilutės sudarymas. Santykinių dažnių histogramos brėžimas. Imties skaitinių charakteristikų skaičiavimas

Dviejų kintamųjų funkcijos dalinės išvestinės

Skalbimo mašina Vartotojo vadovas Πλυντήριο Ρούχων Εγχειρίδιο Χρήστη Mosógép Használati útmutató Automatická pračka Používateľská príručka

ŠVIESOS SKLIDIMAS IZOTROPINĖSE TERPĖSE

Molekulių energijos lygmenys Atomų Spektrai

Šotkio diodo voltamperinės charakteristikos tyrimas

Leica ICC50 Naudojimo instrukcija

Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai: suskirstymas 6/2/2017

Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai: suskirstymas

Vandens kokybės rekomendacijos variu lituotiems plokšteliniams šilumokaičiams

Ištirti dujų spinduliuotės spektrų ypatumus ir spalvoto tirpalo šviesos sugertį.

Egidijus Rimkus Meteorologijos įvadas PRIEDAI

Ketvirtos eilės Rungės ir Kutos metodo būsenos parametro vektoriaus {X} reikšmės užrašomos taip:

Balniniai vožtuvai (PN 16) VRG 2 dviejų eigų vožtuvas, išorinis sriegis VRG 3 trijų eigų vožtuvas, išorinis sriegis

Statistinis ir termodinaminis tyrimo metodai

Cheminės kinetikos kurso KONSPEKTAS

1 TIES ES IR PLOK TUMOS

Ištirti dujų spinduliuotės spektrų ypatumus ir spalvoto tirpalo šviesos sugertį.

04 Elektromagnetinės bangos

Integriniai diodai. Tokio integrinio diodo tiesiogin įtampa mažai priklauso nuo per jį tekančios srov s. ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009

Proteomika ir augalų biotechnologijos. Dr. A. Ražanskienė Biotechnologijos institutas

STOGO ŠILUMINIŲ VARŽŲ IR ŠILUMOS PERDAVIMO KOEFICIENTO SKAIČIAVIMAS

Inžinerinių technologijų projektavimas

LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS Vandens ūkio ir žemėtvarkos fakultetas Fizikos katedra. Juozas Navickas FIZIKA. I dalis MOKOMOJI KNYGA

FRANKO IR HERCO BANDYMAS

2014 M. FIZIKOS VALSTYBINIO BRANDOS EGZAMINO UŽDUOTIES VERTINIMO INSTRUKCIJA Pagrindinė sesija

MECHANINIS DARBAS, GALIA, ENERGIJA. TVERMĖS DĖSNIAI MECHANIKOJE. HIDRODINAMIKA

MONOLITINIO GELŽBETONIO BALKONO PLOKŠČIŲ ARMAVIMAS ELEMENTAIS SU IZOLIUOJANČIU INTARPU

Stiklo pluošto laikikliai - gali būti sprendimas langams/durims tvirtinti šiltinimo sluoksnyje

APLINKOS RADIACINIO FONO MATAVIMAS DOZIMETRAIS

Technologiniai vyksmai ir matavimai. dr. Gytis Sliaužys

Nauji dviejų vamzdžių sistemos balansavimo būdai

Rinktiniai informacijos saugos skyriai. 3. Kriptografija ir kriptografijos protokolai: Klasikinė kriptografija

ORLAIVIŲ NEARDOMŲJŲ BANDYMŲ METODAI

Matavimo vienetų perskaičiavimo lentelės

Papildomo ugdymo mokykla Fizikos olimpas. Mechanika Dinamika 1. (Paskaitų konspektas) 2009 m. sausio d. Prof.

PUSLAIDININKINIAI ĮTAISAI. VEIKIMO IR TAIKYMO PAGRINDAI

Aviacinės elektronikos pagrindai

MATAVIMAI IR METROLOGIJOS PAGRINDAI

ATSITIKTINIAI PROCESAI. Alfredas Račkauskas. (paskaitų konspektas 2014[1] )

Puslaidininkių fizikos laboratoriniai darbai

JONAS DUMČIUS TRUMPA ISTORINĖ GRAIKŲ KALBOS GRAMATIKA

CENTRINIO ŠILDYMO KATILAI

ECL Comfort V AC ir 24 V AC

Classic serija: GroE, OPzS-LA, OCSM-LA, OGi-LA, Energy Bloc Stacionarių švino rūgšties akumuliatorių naudojimo instrukcija

VERTINIMO INSTRUKCIJA 2008 m. valstybinis brandos egzaminas Pakartotinë sesija

2742/ 207/ / «&»

Lukiškių g. 3, LT-01108, Vilnius Tel Faks El. paštas:

Balniniai vožtuvai (PN 16) VRB 2 dviejų angų, vidiniai ir išoriniai sriegiai VRB 3 trijų angų, vidiniai ir išoriniai sriegiai

ELEKTRINIS KIETŲJŲ KŪNŲ LAIDUMAS

II dalis Teisingas atsakymas į kiekvieną II dalies klausimą vertinamas 1 tašku g/mol

Bendrosios instrukcijos

V skyrius ĮVAIRŪS PALŪKANŲ APSKAIČIAVIMO KLAUSIMAI

FDMGEO4: Antros eilės kreivės I

15 darbas ŠVIESOS DIFRAKCIJOS TYRIMAS

100102; 2. Fe Cu Hg. Rapid multi-elemental analysis on four precious Tibetan medicines based on LIBS technique

REIKALAVIMAI MĖGINIŲ LAIKYMUI, PIIMTINUMUI IR ANALIZĖS TRUKMEI

Ląstelės biologija. Laboratorinis darbas. Mikroskopavimas

VIII. FRAKTALINĖ DIMENSIJA. 8.1 Fraktalinės dimensijos samprata. Ar baigtinis Norvegijos sienos ilgis?

Transcript:

LIBS Parengė: Kazimieras Jankauskas IV k, TF

Turinys Kas yra LIBS? Istorija Pagrindai Schema LIBS ar LIPS? Dujų pramušimas Smūgio banga Spinduliuotės sugertis ir kieto bandinio kaitinimas Lydymas Garinimas Garinimas ar pašalinimas? Pašalinimas Panaudojimas

Kas yra LIBS? Laser Induce Breakdown Spectroscopy (lazeriu indukuoto dujinio pramušimo spektroskopija) yra žinoma kaip LIBS arba LIPS Laser Induced Plasma Spectroscopy (lazeriu indukuotos plazmos spektroskopija). Šis metodas nusako kiekybinę ir kokybinę elementų analizę spektriniame 200 980 nm intervale.

Istorija (trumpai) LIBS, elementų analizė Lazerio indukuoto pramušimo fenomenas buvo atrastas iškart po lazerio išradimo 1961 m. Pirmieji darbai buvo sutelkti į supratimą įvairių mechanizmų susijusių šiame procese. Kai medžiaga buvo atomizuota ir sužadinta aukštoje temperatūroje lazerio sukurtoje plazmoje, potencialas naudoti LIBS elementų analizei buvo greitai suvoktas daugelio mokslininkų.

Pagrindai Lazeriu indukuoto pramušimo spektroskopija yra palyginti paprastas spektrocheminis metodas naudojantis trumpus lazerio impulsus (~7 ns) sufokusuotus į bandinį, kad susidarytų mikroplazma. Mikroplazma yra laikina medžiagos forma, kurios temperatūra gali siekti 10.000 20.000 K. Šioje terpėje bandinėlio medžiagos dalis yra paverčiama į plazmą ir cheminiai ryšiai yra nutraukiami, sukuriami sužadinti atomai ir jonai.

Šios sužadintos dalelės spinduliuoja trumpas tiksliai apibrėžtas bangas priklausomai nuo elemento. Sugėrus mikroplazmos spinduliuotę intervale 200 980 nm galime: 1.Identifikuoti elementus pagal jų specifinius bangos ilgius. 2. Apskaičiuoti dalelių kiekį pagal specifinio bangos ilgio spinduliavimo intensyvumą. 3. Nustatyti medžiagos cheminę sudėti pagal sugertą spinduliuotę, nes visi elementai spinduliuoja 200 980 nm intervale.

LIBS yra realaus laiko (atsako laikas mažesnis už sekunde) ir iš savo prigimites yra labai jautrus dėl labai mažų medžiagos kiekių (piko gramų ar nano gramų) iš kurių susidaro mikroplazma. LIBS sukuria didžiulius duomenų kiekius. Taip pat, LIBS tinkamas mažų dalelių detektavimui, ypač, kai dalelės dydis yra tos pačios eilės kaip ir 20 30 mikronų diametro sufokusuoto lazerio spindulio.

Eksperimentiškai yra daug paprasčiau negu masinė spektrometrija, populiariausia charakterizavimo technika, nes LIBS gali veikti normaliame slėgyje ir pateikti naudingus plazmos emisijos intensyvumus. Tikroji plazmos emisija yra charakterizuojama ištisiniu spektru (bremsstrahlung emisija) ir diskrečiomis emisijos linijomis. Ištisinė emisija ir diskreti emisija iš atomų (I) ir jonų (II) laikui bėgant gęsta skirtingais tempais. Ištisinė emisija gęsta greitai per kelias mikrosekundes, diskreti emisija tęsiasi dešimtimis mikrosekundžių. Plazmos emisija gali būti apsprendžiama abiem atvejais, spektriškai ir laikinai gaunant atomų emisijos linijas atitinkančias atomus plazmoje.

Schema Kompiuteris pasiunčia signalą paleisti lazerio impulsą Lazerio impulsas sukuria plazmą ant bandinio Plazmai atvėsus spinduliuojama šviesa Lęšiai nukreipia šviesą į optinį kabelį Optinis kabelis pernešą šviesą į spektrometrą Gardelė išsklaido šviesą and CCD kameros Spektrometras persiunčia duomenis į kompiuterį, kuriame jie išanalizuojami programine įranga

LIBS ar LIPS? Lazeriu indukuoto pramušimo spektroskopija yra taip pat žinoma kaip lazeriu indukuotos plazmos spektroskopija, bet šis terminas yra rečiau vartojamas todėl, kad sutrumpinimas LIPS dažnai siejamas su kitas dalykais išeinančiais už optikos ribų. Todėl sutrumpinimas LIBS yra labiau žinomas ir naudojamas aprašant metodiką.

Dujų pramušimas Kai pakankamai galingo lazerio impulsas (keli MW) lęšiais sufokusuojamas atmosferos ore ar dujose įvyksta pramušimas (breakdown), pasireiškiantis ryškia šviesos kibirkštimi. Daugiafotoninė absorbcija sukuria kelis laisvus eletronus Laisvi elektronai susiduria su atomais ir jonais įgyjančiais energijos iš sugeriamų spinduliuotės fotonų priešingam bremsstrahlung procesui. dn dt e = 2 ( vi vd vc ) ne vrne Jeigu difuzijos ir neelastinių susidūrimų greitis yra žemas elektronų griūtis sukuria karštą plazmą v i jonizacijos greitis, v d difuzijos greitis, v r rekombinacijos greitis, v c neelastinių susidūrimų greitis. n t = n exp[( v v v ) ] e e0 i d c t

Smūgio banga Lazerio impulsas Schlieren o kibirkšies fotografija Neone 1000 Torr slėgyje sukūrto rubino lazeriu. Plazma plečiasi sukurdama smūgio bangą. 1. stadija: lazerio detonacijos banga, iki lazerio pulso galo. 2. stadija: sprogimo banga, per pirmąsias plazmos didėjimo sekundes 3. stadija: dujų pasipriešinimo jėga.

Spinduliuotės sugertis ir kieto bandinio kaitinimas Šviesa yra sugeriama sąveikaujant elektronams Absorbcija Sužadinti elektronai susiduria su fononais ir kitais elektronais ir atiduoda savo energiją Kaitinimas τ sąv ~ 10-13 s Laikas per kurį lazerio impulsas ir elektronai sąveikaus daug kartų. 1. Mes galime optinę energiją nenutrūkstamai paversti šiluma. 2. Pusiausvyra greitai pasiekiama per impulsą. 3. Galioja temperatūros sąvoka, todėl galima panaudoti šilumos tekėjimo lygtis.

Lydymas Paviršiui pasiekųs reikiamą temperatūrą, bandinėlis pradeda lydytis. Tai svarbu virinant: šiuo atveju mes norime gauti lydymą be garavimo, čia yra tik trumpas tinkamas srauto tankio intervalas. naudojami normalūs impulsiniai arba ištisiniai lazeriai. Elementas Lydymosi šiluma Garavimo šiluma Cu 2550 19370 Al 3120 21390 Fe 3670 32210 Pb 1141 12830

Garinimas Pasiekus virimo tašką paviršius garuoja. Garinimas yra pagrindinis procesas medžiagos pašalinime esant 10 6 10 7 W/cm 2 apšvitai. Garavimas yra terminis procesas, todėl yra stipriai įtakojamas šiluminių bandinio savybių. Elementų su žemesne garavimo temperatūra bus perkelta į garus atitinkamai tiek pat kaip ir kietame kūne.

Garinimas ar pašalinimas (abliacija)? Apšvita 10 6 10 7 W/cm 2 Šiluminiai procesai Lydymas, garinimas Medžiagos pašalinimas: keli miligramai Kraterio gylis: keli milimetrai Apšvita >10 9 W/cm 2 Sprogimas, ne šiluminiai procesai Lydymas ir garinimas mažas Medžiagos pašalinimas: keli nanogramai Kraterio gylis: keli mikronai Lazerio ekranavimas Plazmos formavimas Smūgio banga

Pašalinimas Apšvitoje didesnėje už 10 9 W/cm 2, kuri pasiekiama nanosekundiniais lazeriais sufokusuotais į bet kokią medžiagą, įvyksta sprogimas. Vienfotonė absorbcija Daugiafotonė absorbcija Dielektrinis pramušimas Paviršiaus temperatūra labai greitai auga viršydama virimo tašką sulyg lazerio impulsu. Prieš paviršiaus sluoksnį galinti garuoti, popaviršinė medžiaga pasieks garavimo temperatūrą, didindama temperatūrą ir slėgį paviršius sprogs.

Panaudojimas vėžio tyrimuose JAV mokslininkai parodė, kad LIBS gali atskirti normalias ir piktybinio auglio ląsteles audinyje. Jie aptiko esminius elementų intensyvumo skirtumus normaliose ir vėžinėse ląstelėse. Pritaikius šį metodą ant normalių ir vėžinių audinių pastebėta, kad intensyvumo santykiai Ca/K ir Na/K buvo žymiai didesni piktybiniuose audinių spektruose. Rezultatai buvo patvirtinti panaudojus kitą metodą ICPES (inductively coupled plasma emission spectroscopy). Panaudotas Nd:YAG lazeris spinduliuojantis 532 nm ilgio bangas, su 10Hz pasikartojimo dažniu, 5 ns trukmės impulsu.

Ačiū už dėmesį