Estudio de repetibilidad de señales de la técnica de espectroscopia de plasmas producidos por láser aplicada a diferentes tipos de muestras

D' ANGELO, C.; ADARO, M.; BAYALA, M. P; MARTINO, L; PEREYRA, M.; FORNARO, O.

Bahía Blanca

Congreso; 108 REUNION DE LA ASOCIACION FISICA ARGENTINA; 2023

La técnica de espectroscopia de plasmas producidos por láser (LIBS, por sus siglas en inglés), habitualmente tiene como principal limitación a la baja repetibilidad de las señales. Esto se debe a que la emisión de luz de un plasma LIBS es un evento de corta duración (duración máxima del orden de 100 μs) y que implica recolectar señal durante un período de tiempo de hasta un máximo de 15 μs, dado que se trata de un plasma no autosostenido y con una alta dinámica temporal. En consecuencia, la intensidad de cada señal registrada para una medición LIBS es mucho menor que la observada utilizando una fuente continua, asumiendo una excitación con parámetros similares. En consecuencia, un registro típico de LIBS es la suma o promedio de señales colectada de varios plasmas producidos sobre una muestra, tratando de mantener las mismas condiciones experimentales [1 - 3]. Pero en todo caso, existen fluctuaciones inherentes entre los disparos relacionadas con: la estabilidad alcanzable de los pulsos láser repetitivos, las perturbaciones del plasma por las características de la muestra y el procedimiento de muestreo, que limitan la "repetibilidad" de la medición. Independientemente de la fluctuación de los pulsos láser, la mayor parte de las variaciones de señales están originales en efecto tales como: efecto matriz, estructura de plasmas e inhomogeneidad de composición en las muestras. Todo esto hace muy interesante un estudio estadístico de los registros espectrales individuales, que permitan identificar las diferentes fuentes de variaciones en señales LIBS para diferentes situaciones.En este trabajo se presentan resultados de análisis estadísticos de señales LIBS repetitivas en diferentes configuraciones experimentales y aplicados a diferentes tipos de muestras. En el esquema experimental, se tienen dos arreglos experimentales: uno compuesto por un láser de Nd:YAG con energía controlable entre 3 y 50 mJ/pulso, un monocromador Czerny Turner de resolución media (0.05 nm) y un sensor formado por un arreglo de fotodiodos de Si sin discriminación temporal y una segunda configuración con un láser de Nd:YAG de 100 mJ/pulso, un monocromador Czerny Turner de alta resolución (0.01nm) acoplado a un fotomultiplicador. Ambas configuraciones dan registros muy diferentes, pero se complementan de muy buena forma para el fin de este trabajo. Se hizo un análisis exhaustivo de datos obtenidos de registros espectrales sin resolución temporal aplicados a muestras de suelos contaminados por hidrocarburos y en aleaciones metálicas de 1.5 % de Cu con base Al. También se analizaron señales de perfiles de líneas integrados de elementos tales como Pb, Cd, Cl, S, C y Ti sobre muestras de constitución tan disímiles como: suelos, propóleo, cemento, hortalizas y compuestos varios en matriz de óxido de calcio. Por último, a partir de los indicadores estadísticos conocidos como lo son la desviación estándar y el coeficiente de variación, fue posible analizar el comportamiento de variabilidad de las diferentes matrices. Un análisis final de los indicadores estadísticos muestra detalles muy precisos al momento de optimizar la técnica LIBS para aplicarla a diferentes tipos de muestras, incluyendo la preparación de las mismas y la del mínimo número de registros en función de los valores de incerteza instrumental involucrados, como así también, explica el grado de inhomogeneidad de concentración de elementos en cierto tipo de matrices en estudio.