Aufbau für die LIBS-Spektroskopie

Erweiterung der bestehenden Ablationsanlage zur präzisen Fokussierung des Strahls eines Nd:YAG-Ablationslasers auf die erste und zweiten harmonischen Frequenz, zur präzisen Kontrolle des durch diesen Laser abgetragenen Bereichs, zur präzisen Kontrolle des Bereichs zur Erfassung des optischen Signals aus der Abtragspume sowie zur präzisen Bewegung größerer Proben.

Das als einzige, einzigartige Einheit gelieferte System musste mit den technischen Parametern der bestehenden Anlage kompatibel sein, d. h. mit den Abtragskammerabmessungen, dem Spektralbereich des Abtragungslasers und dem optischen System des Spektrometers.

Das bestehende Ablationssystem bestand aus einem hochauflösenden hochauflösenden Echelle-Spektrographen (ESA WIN 4000, LLA Instruments GmbH, BRD) und einer zuvor speziell in Auftrag gegebenen und gefertigten Vakuumkammer (Vakuum Praha s.r.o., Tschechische Republik).

Im September 2019 haben wir für das J. Heyrovský-Institut für Physikalische Chemie der Tschechischen Akademie der Wissenschaften die Konzeption, Fertigung und Lieferung einer Anlage für die LIBS- Spektroskopie durchgeführt. Es handelte sich um eine Erweiterung der bestehenden Anlage (Nd:YAG-Laser, Vakuumkammer, Spektrograf) für die laserangeregte Plasmaspektroskopie mit einem optischen Weg innerhalb der Vakuumkammer, einer Fokussieroptik für den Laser, Probenverschiebung in den XYZ-Achsen und einer Überwachungskamera, die eine präzise Ausrichtung des Laserstrahls auf die Probenoberfläche ermöglicht.

Die programmierbare Bewegung der Proben mittels Verschiebungen ermöglicht gleichzeitig die Durchführung von Oberflächenanalysen und die Erstellung von 2D-Karten (ggf. in Kombination mit Tiefenprofilierung auch 3D-Karten) der Elementverteilung in der Probe.

Das System ist mit einem optischen System zur Erfassung der Strahlung des Mikroplasmas und deren Analyse mittels eines Spektrographen außerhalb der Probenkammer ausgestattet. Darüber hinaus verfügt es über eine Steuerelektronik und Software, die die Programmierung der automatischen Probenverschiebung ermöglichen.

Geräteparameter

• Automatische Probenpositionierung mit einem Bereich von 75 mm in allen Achsen (Auflösung unter 1 µm), Tragkraft 2 kg
• Abgedeckter Strahlengang, Führung des Laserstrahls auf die Probe
• Motorisierte Steuerung der Fokusposition mit einem Bereich von 3 cm (Auflösung 8 nm)
• Motorisierte Steuerung der Optikposition zur Erfassung des optischen Signals
• Aufbau auf einem Steckbrett mit M6-Gewinde, einfaches Entnehmen des gesamten Experiments aus der Vakuumkammer und Nutzung der Kammer für ein anderes Experiment
• Sichtkamera zur genauen Lokalisierung der zu analysierenden Stelle auf der Probe