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

D' ANGELO, C.; FALAGAN C; BAYALA, M. P; MARTINO, L. J.; PEREYRA, M. G.

San Carlos de Bariloche

Congreso; 107 REUNION DE LA ASOCIACION FISICA ARGENTINA; 2022

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 alto grado 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 componentes mayoritarios en forma directa, mediante las tradicionales curvas de calibración. Para la cuantificación de elementos atómicos en forma simple, las intensidades de las líneas de 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 muestras con elementos mayoritarios y a presión atmosférica. En este trabajo, se presenta una optimización de la aplicación de la técnica LIBS con una configuración experimental muy compacta y de relativo bajo costo, orientada a la cuantificación de componentes en aleaciones metálicas. Específicamente, se reportan los resultados de un estudio sobre aleaciones de ZnAl y AlCu con porcentajes de composiciones 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, un monocromador Czerny Turner de resolución media (0.01 nm) y un sensor formado por un arreglo de fotodiodos de Si sin discriminación temporal. Esta configuración experimental 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 50 nm. Por otro lado, se implementaron distintas energías de fluencia para la formación del plasma y además, se observaron diferentes zonas del mismo mediante un arreglo óptico 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 las principales líneas de los elementos neutros e ionizados, ajustando a un modelo de plasmas absorbido y homogéneo. De este modo, se estudió el parámetro de ajuste correspondiente al espesor óptico (κ L) para cada situación en particular. Con todo esto, se logró establecer que las intensidades de las líneas de emisión tienden a ajustar al modelo de plasma delgado, a medida que disminuye la energía de fluencia, al mismo tiempo 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 aplicación de la técnica LIBS para la cuantificación de componentes mayoritarios, con una conf iguración de bajo costo y con cálculos relativamente simples y directos. Palabras claves: Espectroscopía, plasma, LIBS, aleaciones. Referencias 1 D. Cremers, L. Radziemski. Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. John Wiley Sons Ltd (2006). Capítulos 2 y 6. 2 C. D’Angelo, D. Díaz Pace, G. Bertuccelli, D. Bertuccelli. Laser induced breakdown spectroscopy on metallic alloys: Solving inhomogeneous optically thick plasmas. Spectrochimica Acta Part B 63 (2008) 367?374.