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Die mysteriöse Kraft von LIBS: Wie zertrümmern Laser Materie augenblicklich und enthüllen ihre Zusammensetzung?
Die laserinduzierte Burst-Spektroskopie (LIBS) ist eine Atomemissionsspektroskopie-Technik, die starke Vel-Laserpulse als Anregungsquelle verwendet. Dabei wird die Probe verdampft und durch die Bildung eines Plasmas mittels fokussiertem Laserlicht angeregt. Plasma entsteht, wenn das fokussierte Laserlicht eine bestimmte optische Zerstörungsschwelle erreicht, die normalerweise von der Umgebung und dem Zielmaterial abhängt.
Von 2000 bis 2010 forschte das U.S. Army Research Laboratory (ARL) an der möglichen Ausweitung der LIBS-Technologie, wobei der Schwerpunkt auf der Erkennung gefährlicher Stoffe lag.
Zu den Anwendungen dieser Zeit gehören die Fernerkennung von Sprengstoffrückständen und anderen gefährlichen Stoffen, die Identifizierung von Plastiklandminen und die Materialcharakterisierung verschiedener Metalllegierungen und Polymere. Ergebnisse der ARL-Studie legen nahe, dass LIBS möglicherweise in der Lage ist, zwischen energetischen und nicht-energetischen Materialien zu unterscheiden.
Im Jahr 2003 ermöglichte die Kommerzialisierung breitbandiger, hochauflösender Spektrometer den LIBS-Systemen, niedrige Konzentrationen chemischer Elemente empfindlich zu erkennen.
Von 2000 bis 2010 umfasste die LIBS-Anwendungsforschung von ARL: Tests zur Erkennung von Halon-Ersatzstoffen, tragbare LIBS-Systeme zur Bleierkennung in Erde und Farbe sowie das Studium der spektralen Emission von Aluminium und Aluminiumoxiden in verschiedenen Gasumgebungen. und demonstrierte die Erkennung und Unterscheidungsfähigkeiten für geologische Materialien, Plastikminen, Sprengstoffe sowie chemische und biologische Kampfstoffe.
In den 2010er Jahren galt LIBS als eine der wenigen Analysetechniken, die bis 2015 in der Praxis eingesetzt werden konnten, und die jüngste Forschung konzentrierte sich auf Miniaturisierung und tragbare Systeme. Zu den industriellen Anwendungen von LIBS gehören unter anderem die Erkennung von Materialgemischen, die Analyse von Einschlüssen in Stahl, die Schlackenanalyse in der Sekundärmetallurgie, die Analyse von Verbrennungsprozessen und die effiziente Identifizierung bei spezifischen Materialrückgewinnungsaufgaben.
LIBS wird auch häufig in der pharmazeutischen Probenanalyse verwendet und durch Datenanalysetechniken weiter ausgebaut.
In jüngsten Studien wurde LIBS als schnelles, minimal zerstörungsfreies Lebensmittelanalysetool untersucht, das für qualitative und quantitative chemische Analysen geeignet ist und für den Einsatz als prozessanalytische Technologie (PAT) oder tragbares Tool in Betracht gezogen wird. Mithilfe von LIBS wurden zahlreiche Lebensmittel analysiert, darunter Milch, Backwaren, Tee, Pflanzenöle, Wasser, Getreide, Mehl, Kartoffeln, Palmdatteln und verschiedene Fleischsorten.
Einige Studien haben gezeigt, dass es beim Aufspüren der Verfälschung bestimmter Lebensmittel hilfreich ist. LIBS wurde auch als vielversprechende Elementbildgebungstechnik in Fleisch bewertet. Im Jahr 2019 untersuchten Forscher der University of York und der Liverpool John Moores University mithilfe von LIBS die Überreste von 12 europäischen Austern (Ostrea edulis) von Conors Island, Irland. Die Ergebnisse unterstreichen die Anwendung von LIBS zur Bestimmung prähistorischen saisonalen Verhaltens und der Artenvielfalt. Alter und Wachstumsprozess.
Die Entwicklung dieser Technologie geht zweifellos in Richtung verbesserter Analysemöglichkeiten, sei es im Militär, in der Industrie oder in allen anderen Lebensbereichen.
Die LIBS-Technologie mit Kurzpulslasern hat allmählich Einzug in die Forschung gehalten. Bei dieser Methode wird durch Fokussierung ultraschneller Laserpulse eine Plasmasäule in einem Gas erzeugt. Das erzeugte selbstleuchtende Plasma zeichnet sich durch geringe Kontinuität und kleine Linienbreite aus. Dieses Phänomen tritt aufgrund des Gleichgewichts zwischen der durch den starken Laserpuls im dichten Medium verursachten Intensitätsbegrenzung und dem Faserisierungsprozess auf, wodurch weitere Multiphotonen-/Tunnelionisationsprozesse vermieden werden, was ein großes Potenzial in der Materialanalyse zeigt. .
Sind wir also angesichts der Weiterentwicklung der LIBS-Technologie bereit, weitere durch die Lasertechnologie hervorgerufene Veränderungen anzunehmen und ihr Anwendungspotenzial im täglichen Leben voll auszuschöpfen?
