Optimización de la técnica Laser-Induced Breakdown Spectroscopy aplicada a la cuantificación de componentes de aleaciones metálicas.

C. D´ANGELO; FALAGAN, C.; M.P. BAYALA; MARTINO, L. J.; PEREYRA, M. G.; FORNARO O.

San Carlos de Bariloche

Congreso; 107a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2022

Asociación Física Argentina

En el estudio de la espectroscopia de plasmas producidos por láser (LIBS, por sus siglas en inglés) aplicado sobre aleaciones metálicas, frecuentemente se observa un altogrado de absorción e inhomogeneidad en todo el volumen del plasma. De esta manera,no es posible implementar la técnica LIBS para la cuantificación de sus componentesmayoritarios en forma directa, mediante las tradicionales curvas de calibración. Parala cuantificación de elementos atómicos en forma simple, las intensidades de las líneasde emisión deben ajustarse a un modelo de plasma delgado (muy baja absorción). Esto es algo muy difícil de observar en este tipo de plasma, producidos sobre muestrascon elementos mayoritarios y a presión atmosférica.En este trabajo, se presenta una optimización de la aplicación de la técnica LIBS conuna configuración experimental muy compacta y de relativo bajo costo, orientada ala cuantificación de componentes en aleaciones metálicas. Específicamente, se reportan los resultados de un estudio sobre aleaciones de ZnAl y AlCu con porcentajes decomposiciones bien conocidos. En el esquema experimental, se optó por un conjunto compuesto por un láser de Nd:YAG con energía controlable entre 3 y 50 mJ, unmonocromador Czerny Turner de resolución media (0.01 nm) y un sensor formadopor un arreglo de fotodiodos de Si sin discriminación temporal. Esta configuraciónexperimental fue seleccionada por ser muy simple y compacta, debido a que se pretende avanzar en un esquema de cuantificación de componentes de aleación por LIBS,siguiendo una opción altamente simplificada y con resultados relativamente directos.Los registros de líneas se hicieron en diferentes zonas del espectro, en rangos de 50nm. Por otro lado, se implementaron distintas energías de fluencia para la formación del plasma y además, se observaron diferentes zonas del mismo mediante un arregloóptico montado en el plano imagen, en la entrada del monocromador. Para cada caso, se hizo un análisis muy riguroso de relaciones con los parámetros típicos de lasprincipales líneas de los elementos neutros e ionizados, ajustando a un modelo deplasmas absorbido y homogéneo. De este modo, se estudió el parámetro de ajustecorrespondiente al espesor óptico (κ L) para cada situación en particular. Con todoesto, se logró establecer que las intensidades de las líneas de emisión tienden a ajustaral modelo de plasma delgado, a medida que disminuye la energía de fluencia, al mismotiempo que se observa una menor absorción en zonas más periférica del plasma.En resumen, es posible concluir que existe un potencial muy grande en la aplicaciónde la técnica LIBS para la cuantificación de componentes mayoritarios, con una configuración de bajo costo y con cálculos relativamente simples y directos.