Využití laserové ablace ve spojení s ICP spektrometrií (LA-ICP-OES, LA-ICP-MS) 2 Laserová ablace explozivní interakce zaostřeného laserového záření s povrchem pevného materiálu 2 mechanismy – termický (odpařování) - < 106 W/cm2 – netermický (ablace) > 109 W/cm2 http://www.devicelink.com/mdt/archive/07/05 /002.html 3 Crater laser beam probing volume deposit 4 Laserová ablace 5 Lasery 6 vznik mikroplazmatu – teplota až 15000 K – excitace a ionizace částic => zdroj záření (metoda LIBS) tvorba částic – uvolnění atomů, iontů a fragmentů částic z povrchu – odnos tohoto materiálu do sekundárního ionizačního zdroje => ICP-MS/OES vznik kráteru vzorkovací metoda pro LIBS a LA-ICP (vodivé i nevodivé materiály) Laserová ablace 7 LA – ICP tvorba ablatovaného materiálu transport nosným plynem do ICP sekundární excitace a ionizace materiálu excitace  monochromatizace záření (mřížka)  detekce ionizace  separace částic dle m/z (MS analyzátory)  detekce 8 Lokální analýza: LA-ICP systém Ar laser kamera miroir čočka komora transport Posuny x-y-z zoom 9 10 11 Indukční cívka Výkon 1-2 kW Vnější plazmový p. 15 L/min Ar Střední plazmový p. 0-2 L/min Ar Nosný plyn s aerosolem 1 L/min Ar Analytická zóna Plazmová hlavice - křemen 3 koncentrické trubice Elektromagnetické pole 27 MHz, 40 MHz Inductively Coupled Plasma Iniciace výboje: Ionizace jiskrou ICP 12 ICP  Ionizace v Ar ICP je v určována Ei1(Ar)=15.76 eV  Kromě F, Ne a He mají všechny prvky Ei1< 16 eV  ICP produkuje ionty X+ pro všechny zájmové prvky  87 prvků ze 103 má Ei1< 10 eV a tedy α > 50%  69 prvků ze 103 má Ei1< 8 eV a tedy α > 95 (90)% 13 ICP-OES  Detekce - optická emisní spektrometrie – monochromatizace záření  simultánní nebo sekvenční detekce záření - simultánní detekce – polychromátor Paschen-Runge - sekvenční detekce – monochromátor Czerny-Turner Paschen-Runge Czerny-Turner 14 ICP-MS  Detekce - hmotnostní spektrometrie – separace iontů dle m/z v hmotnostním analyzátoru  detekce iontů - statické analyzátory – sektorové analyzátory - dynamické analyzátory – kvadrupólové analyzátory a analyzátory doby letu (TOF) 15 Ablatovat? Rozpouštět? +Laserová ablace +ICP-MS minimální příprava vzorku drahý laser minimalizace kontaminace lepší dostupnost kalibrace rychlost analýzy možnost on-line připojení k separačním metodám povrchová mikroanalýza 16 Aplikace LA-ICP-MS Laterální mapování Forenzní analýza Mapování biologických materiálů Studium předmětů kulturního dědictví „Bulk“ analýza Využití v jaderném průmyslu 17 Povrchové mapování – využití LA-ICP-MS/OES a LIBS pro zjištění rozdělení prvků na povrchu materiálu (listy, geologické materiály, gely, mince, mozek, …) 1,19 cm 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 0 50 100150200250300350400450500550600650700750 čas/[s] intenzitaICP-MS/[cps] l = 1,28 cm Co2+ Pb Laterální mapování 18 Laterální mapování Analýza nádorů mozku – J.S.Becker et al., laterální mapování Cu, Zn, P a S v levé hemisféře mozku (J.S. Becker, J.Anal.At.Spectrom.,2005,20,912–917) 19 Forenzní analýza Otrávila svého tchána?1 – rodenticid obsahující Tl; bulk analýza nehtu pomocí GF-AAS potvrdila otravu; LA-ICP-MS – normalizace signálu Tl na 32S 1 S. Hann et al., Legal Medicine (2005) 119: 35-39 rychlost růstu nehtu: 0,5-1,2 mm/týden podání jedu 2-5 týdnů před smrtí 20 Využití v jaderném průmyslu Transmutory – jaderné zařízení využívající vyhořelé jaderné palivo a jaderný odpad; chladící médium – tavená směs LiF-NaF; studium povrchu oceli „napadené“ směsí LiF-NaF 21 Aplikace Bulk analýza – analýza celkového obsahu vzorku, zejména těžko rozložitelné - LA-ICP-MS analýza ocelí i geologických vzorků (LOD ≈ 10 ppt SF-MS, 100 ppb pro Q-MS) - LIBS analýza ocelí i geologických vzorků (10 ppm) - LA-ICP-MS analýza Pb v cínové vrstvě (20 mm) – pocínované Cu-drátky pro kondenzátory 22 Aplikace Hloubkové profilování – využití LA-ICP-MS/OES pro měření hloubkových profilů vrstevnatých materiálů (pozinkované materiály, zirkon-titan nitridové povlaky, zirkonové povlaky, …) V. Kanický et al. Anal Bioanal Chem (2004) 380: 218–226