LA - ICP - OES/MS



Indukčně vázané plazma ICP
lExcitační zdroj pro atomovou emisní spektrometrii (ICP-AES), excitace M a M+
lIonizační zdroj pro anorganickou hmotnostní spektrometrii (ICP-MS), 90%-ní ionizace: M+
lAtomizační prostředí pro atomovou fluorescenční spektrometrii (ICP-AFS), dokonalá atomizace

•
•
•Axiální pozorování
•
•Inductively
•Coupled
•Plasma
•
•Indukční cívka 3-5 závitů
•Vnější plazmový plyn 12 L/min Ar
•Střední plazmový
•plyn 0-0.5 L/min Ar
•Nosný plyn (aerosolu)
•0.6-1 L/min Ar
•Plazmová hlavice SiO2
•3 koncentrické trubice
•Elektromagnetické
•pole, frekvence
•27 MHz, 40 MHz
•výkon 1-2 kW
•Záření, laterální pozorování
•
•Iniciace výboje:
•ionizace jiskrou
•
•Analytická zóna

•Tvorba analytického signálu v AES
•pevný vzorek
•pevné
•částice
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•molekuly
•
•roztok
•zmlžování
•
•atomy
•ionty
•+
•fotony
•vypařování
•disociace
•desolvatace
•plynný vzorek
•ionizace
•excitace

Rayures horizontales (blanc/noir)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•ICP-AES
•Spektrální přístroj
•Zdroj ICP
•Zavádění vzorku
•zmlžovač
•Detektor (PMT)
•Vysokofrekvenční generátor
•Sběr a zpracování dat
Velké tečky
•
•
•
•(monochromátor)

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
SiO2
•hn
•dopovaný Si
•elektrody
•elektroda
•díra-elektron
•ukládání
•Inverzní zóna
•(integrace)
•
•
•
•
•
•
•substrát
•hradla
•
•0 V
•
•
•
•
•roztok
•vzorku
•nosný Ar
•
•zmlžovač
•ICP
•polychromátor
•CCD
•hν
•čárové atomové spektrum prvku
•
•aerosol

 Použití laseru pro analýzu pevných vzorků
lDůvody
4Eliminace rozkladu pevných vzorků pro ICP
4Eliminace vody a kyselin (zdroj spektrálních interferencí v ICP-MS
4Lokální analýza, mikroanalýza
lParametry používaných laserů
4Pulsní (4-7 ns), 10 mJ-1 J, 10-100Hz, d = 5μm až 1 mm, 109W/cm2
4Pevnolátkové (Nd:YAG, 1064 nm, 266 nm, 213 nm; exciplexové XeF* 351 nm, KrF* 248 nm, ArF*193 nm)

•
•Laserový paprsek
•
•
•
Interakce laserového záření se vzorkem
•Deponovaný
•materiál
•Kráter
•Pevná látka
•Praskání materiálu
•Rázová
•vlna
•Ohřev, tavení,
•vypařování, exploze
•Absorpce záření
•v plazmatu
•Vypařování
•Atomizace
•Excitace
•Ionizace
•Atomy, ionty,
•shluky, aerosol
•LM-OES, LIBS
•Aerosol
•ICP-AES
•ICP-MS
•
•Mikroplasma
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Emise hν

Spojení laserové ablace (LA)
 s technikami AES a MS
lLA –ICP- AES, atomová emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem a laserovou ablací
lLA-ICP-MS, hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem a laserovou ablací
lAtomová emisní spektrometrie v laserem indukovaném plazmatu LIP-AES, LIPS, LIBS

•
•
•
•
•
•Ar
•laser
•kamera
•zrcadlo
•čočka
•ablační
•komora
•vedení
•pohyb vzorku
x-y-z
•vzorek
•
•
•
•zoom
•ICP
•
•
•
•
Instrumentace LA-ICP spektrometrie

lVlnová délka laserového záření.
lEnergie laserového pulsu.
lZaostření paprsku.
lFrekvence pulsů laseru.
lTvar dráhy a rychlost pohybu vzorku při ablaci.
lObjem ablační komory.
lSložení nosného plynu
•Studované parametry LA

Využití laserové ablace ve spojení s ICP spektrometrií
lAnalýza povrchů a povlaků: lokální analýza, mikroanalýza, plošné mapování (analýza mineralogických
výbrusů, nehomogenit v ocelích)
lStanovení průměrného složení (bulk analysis)
PMateriály elektricky vodivé i nevodivé
PKompaktní materiály (ocel, slitiny, sklo, keramika)
PPráškové materiály (lisované tablety nebo vytavená skla, např. s Li-boraxem
lPořizování hloubkových koncentračních profilů, analýza inkluzí v minerálech

•Analýza hloubkových koncentračních profilů
•Vrstvy z = XX nm až XX μm (např. elektro- depozice, žárové nástřiky, napařování…). Rozhraní: ostré
nebo difusní, požadováno hloubkové rozlišení.
•A
•B
•I
•z (μm)
•z (μm)
•A
•B
•16%
•I
•84%
•Δz

Trendy výzkumu LA
lVyužití vlnových délek v UV oblasti (ArF* 193 nm, Nd:YAG 5. harmonická 213 nm )
lStudium interakce piko- a femtosekundových laserů
lSnahy o modifikování profilu laserového paprsku s cílem homogenního rozdělení energie v průřezu
svazku
lStudium zdrojů frakcionace prvků
l„Single-shot analysis“, akvizice dat, ICP-TOFMS
lHloubkové profily

LA-ICP-AES pevných vzorků
lPracovní parametry pulsního laseru Nd:YAG
lVliv složení nosného plynu v LA-ICP-ES
lPorovnávací prvek v LA-ICP-AES
lMožnosti využití jiskry indukované v atmosféře Ar infračerveným laserem pro LA-ICP-AES
lVztah mezi akustickým signálem vyvolaným laserovou ablací a optickým signálem v ICP
lMetody analýzy geologických vzorků, půd, skla, resistentní keramiky, oceli a slitin
lMožnosti a omezení Nd:YAG laseru pro pořizování hloubkových profilů vrstev. materiálů

Perspektivní výzkumné směry
lICP-MS s laserová ablací
4 lokální analýza a mikroanalýza geolog. materiálů: izotopová analýza, datování, stopová analýza
zrn
4hloubkové koncentrační profily povlaků: pokovení, resistentní keramika, vrstevnaté materiály
4stopová analýza práškových materiálů: ŽP (půdy)
4
lICP-MS ultrastopová analýza velmi čistých látek