Name: dependence of laser-induced breakdown spectroscopy results on pulse energies and timing parameters using soil simulants
Uploaded: 2013-09-23T19:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants at JoVE.com

Dette arbeidet ble finansiert gjennom US Department of Energy, Office of Science.

En. Laser System <ol><li> Bruk laser-pulser som er produsert av en Q-koblet Nd: YAG-laser som drives ved 1064 nm og ved 10 Hz. </li><li> Fokuser laser pulser på prøven med en 75 mm brennvidde. </li><li> Samle plasma lys med en optisk fiber pekt på og plassert nær plasma dannet på prøven. </li><li> Bruk en Echelle spektrograf / ICCD å spektralt besluttsomhet og registrere LIBS spekteret. </li><li> Betjene ICCD i både ikke-gated og gated modusene ved hjelp av en gevinst på 125. </li><li> Bruk en 0 usekunder tid...

<ol>
	<li>Song, K., Lee, Y., Sneddon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+instrumentation+for+laser+induced+breakdown+spectroscopy.">Recent developments in instrumentation for laser induced breakdown spectroscopy.</a> Appl. Spec. Rev. 37 (1), 89-117 (2002).</li><li>Yamamoto, K. Y., Cremers, D. A., Foster, L. E., Ferris, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+Metals+in+the+Environment+Using+a+Portable+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy+Instrument.">Detection of Metals in the Environment Using a Portable Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Instrument.</a> Appl. Spec. 50 (2), 222-233 (1996).</li><li>Cu&#241;at, J., Fortes, F. J., Cabal&#237;n, L. M., Carrasco, F., Sim&#243;n, M. D., Laserna, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Man-Portable+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy+System+for+in+Situ+Characterization+of+Karstic+Formations.">Man-Portable Laser-Induced Breakdown Spectroscopy System for in Situ Characterization of Karstic Formations.</a> Appl. Spec. 62 (11), 1250-1255 (2008).</li><li>Munson, C. A., Gottfried, J. L., Gibb-Snyder, E., DeLucia, F. C., Gullett, B., Miziolek, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+indoor+biological+hazards+using+the+man-portable+laser+induced+breakdown+spectrometer.">Detection of indoor biological hazards using the man-portable laser induced breakdown spectrometer.</a> Appl. Opt. 47 (31), G48-G57 (2008).</li><li>Multari, R. A., Foster, L. E., Cremers, D. A., Ferris, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Sampling+Geometry+on+Elemental+Emissions+in+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy.">Effect of Sampling Geometry on Elemental Emissions in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy.</a> Appl. Spec. 50 (12), 1483-1499 (1996).</li><li>Harmon, R. S., DeLucia, F. C., McManus, C. E., McMillan, N. J., Jenkins, T. F., Walsh, M. E., Miziolek, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+breakdown+spectroscopy+-+An+emerging+chemical+sensor+technology+for+real-time+field-portable,+geochemical,+mineralogical,+and+environmental+applications.">Laser-induced breakdown spectroscopy - An emerging chemical sensor technology for real-time field-portable, geochemical, mineralogical, and environmental applications.</a> Appl. Geochem. 21 (5), 730-747 (2006).</li><li>Schill, A. W., Heaps, D. A., Stratis-Cullum, D. N., Arnold, B. R., Pellegrino, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+near-infrared+low+energy+ultra-short+laser+pulses+for+portable+applications+of+laser+induced+breakdown+spectroscopy.">Characterization of near-infrared low energy ultra-short laser pulses for portable applications of laser induced breakdown spectroscopy.</a> Opt. Express. 15 (21), 14044-14056 (2007).</li><li>Fortes, F. J., Laserna, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+fieldable+laser-induced+breakdown+spectrometer:+No+limits+on+the+horizon.">The development of fieldable laser-induced breakdown spectrometer: No limits on the horizon.</a> Spectrochim. Acta Part B. 65 (12), 975-990 (2010).</li><li>Leis, F., Sdorra, W., Ko, J. B., Niemax, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basic+Investigations+for+Laser+Microanalysis:+I.+Optical+Emission+Spectrometry+of+Laser-Produced+Sample+Plumes.">Basic Investigations for Laser Microanalysis: I. Optical Emission Spectrometry of Laser-Produced Sample Plumes.</a> Mikrochim. Acta II. 98, 185-199 (1989).</li><li>Lida, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+atmosphere+on+laser+vaporization+and+excitation+processes+of+solid+samples.">Effects of atmosphere on laser vaporization and excitation processes of solid samples.</a> Spectrochim. Acta Part B. 45 (12), 1353-1367 (1990).</li><li>Radziemski, L. J., Loree, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+breakdown+spectroscopy:+Time-integrated+applications.">Laser-induced breakdown spectroscopy: Time-integrated applications.</a> J. Plasma Chem. Plasma Proc. 1 (3), 281-293 (1981).</li><li>Mueller, M., Gornushkin, I. B., Florek, S., Mory, D., Panne, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approach+to+Detection+in+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy.">Approach to Detection in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy.</a> Anal. Chem. 79 (12), 4419-4426 (2007).</li><li>Fan, C., Longtin, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+Optical+Breakdown+in+Dielectrics+During+Ultrafast+Laser+Processing.">Modeling Optical Breakdown in Dielectrics During Ultrafast Laser Processing.</a> Appl. Opt. 40 (18), 3124-3131 (2001).</li><li>ANSI Z-136.5. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> American National Standard for Safe Use of Lasers in Educational Institutions. , (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Compendium of Chemical Terminology. , (1997).</li><li>Cremers, D. A., Radziemski, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. , (2006).</li><li>Griem, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Spectral Line Broadening by Plasmas. , (1974).</li><li>Ashkenazy, J., Kipper, R., Caner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+Measurements+of+Electron+Density+of+Capillary+Plasma+Based+on+Stark+Broadening+of+Hydrogen+Lines.">Spectroscopic Measurements of Electron Density of Capillary Plasma Based on Stark Broadening of Hydrogen Lines.</a> Phys. Rev. A. 43 (10), 5568-5574 (1991).</li></ol>

Ved sammenligning av ikke-gated og gated deteksjonsmodi, deteksjonsgrensen data viser at gated deteksjonsmodus tillates for deteksjon av alle elementene, inkludert de som ikke ble observert ved bruk av høyere laser-energien i ikke-gated deteksjonsmodus. Ved hjelp gated deteksjon, blir den innledende høy bakgrunn fra dannelsen av plasmaet ikke observert og bakgrunnen reduseres viser de elementære utslipp bedre løst. Videre deteksjonsgrensene var noe lavere ved hjelp gated deteksjon. Vanli...

Laser-indusert nedbrytning spektroskopi (LIBS) er en enkel metode for elementanalyse som bruker en lasergenererte gnist som eksitasjon kilde. Den laserpuls er fokusert på en overflate som varmer, ablates, forstøver, og ioniserer overflatematerialet resulterer i dannelse av plasma. Plasma lyset spektralt løst og oppdaget og elementer er identifisert av deres spektrale signaturer. Hvis den er riktig kalibrert, kan LIBS gi kvantitative resultater. LIBS kan analysere faste stoffer, gasser og væsker med liten eller ingen prøvepreparering. Ett Disse egenskapene gjør det ideelt for analyser som ikke kan bli utført i laboratoriet. Foreløpig LIBS blir studert for mange forskjellige programmer spesielt de som krever feltbaserte målinger for kvantifisering. 1-8 Dette krever utvikling av LIBS instrumentering ved hjelp av robuste og kompakte komponenter egnet for en feltbasert system. I de fleste tilfeller erSE komponenter vil ikke ha alle funksjoner på laboratoriebasert instrumentering, dermed går på bekostning analysen ytelse. LIBS resultater er avhengig av laserpulsparametere og andre målebetingelser som omfatter sampling geometri, omgivende atmosfære, og bruken av gated eller ikke-gated deteksjon. 9-12 For feltbasert LIBS instrumentering, to viktige faktorer å vurdere er pulsenergien og bruken av gated versus ikke-gated deteksjon. Disse to faktorer bestemmer i stor grad kostnaden, størrelsen og kompleksiteten av LIBS instrument. Små, robust bygget lasere som kan generere pulser 10-50 mJ ved repetisjonshastigheter på 0,3 til 10 Hz er kommersielt tilgjengelige, og vil være svært fordelaktig å bruke. Derfor er det viktig å kjenne hvilken, om noen, vil tap av gjenkjenning kapasiteter resulterer fra anvendelse av disse lasere. Den pulsenergi er en viktig parameter for LIBS som det bestemmer mengden av materiale ablateres, og fordampet, og eksitasjon characteristics av ​​plasmaet. I tillegg kan bruken av gated deteksjon øke kostnaden av LIBS-system, som et resultat, er det viktig å fastslå forskjellene mellom spektra og deteksjon ved hjelp gated og ikke-gated deteksjon. Nylig ble en studie utført sammenligne gated deteksjon av ikke-gated deteksjon for mindre elementer som finnes i stål. Resultatene viste at deteksjonsgrensene var sammenlignbare om ikke bedre for ikke-gated deteksjon. 12. En viktig egenskap ved LIBS er at teknikken opplever fysiske og kjemiske matrix effekter. Et eksempel på det første er at laser puls par mer effektivt med dirigering / metalloverflater enn ikke-ledende overflater. 13 For denne studien ønsket vi å fastslå effekten av parametrene puls energi og timing for ikke-ledende materialer som jord simulants. Selv om, har felt portable LIBS instrumenter blitt utviklet og benyttetfor enkelte programmer, har en omfattende studie på gjenkjenning evner ikke utført sammenligne høyere energi og gated systemer til lavere systemer energi og ikke-gated bruke jord simulants. Denne studien fokuserer på parametere laserpuls energi og timing for bestemmelse av sporstoffer i komplekse matriser. Den laserpulsenergi varierte fra 10 til 100 mJ for å oppnå en sammenligning mellom lavere og høyere energier. En sammenligning av bruken av gated versus ikke-gated påvisning ble også utført over samme energiområdet.

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Nd:YAG laser</td>
			<td>Continuum</td>
			<td>Surelite II</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Echelle spectrograh/ICCD</td>
			<td>Catalina/Andor</td>
			<td>SE200/iStar</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Digital delay generator</td>
			<td>BNC</td>
			<td>Model 575-4C</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Hydraulic Press</td>
			<td>Carver</td>
			<td>Model-C</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>31-mm pellet die</td>
			<td>Carver</td>
			<td>3902</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Power meter indictor model</td>
			<td>Scientech, Inc.</td>
			<td>Model number: AI310D</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Power meter detector model</td>
			<td>Scientech, Inc.</td>
			<td>Model number: AC2501S</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>MSO 4054</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Optical fiber</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>QP1000-2-UV-VIS</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Lens kit (this kit contains the 75 mm f.l. lens)</td>
			<td>CVI Optics</td>
			<td>LK-24-C-1064</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reagent/Material list</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07704 </td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07705 </td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07706</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07708</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07709</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Aluminum caps (for pressing synthetic silicate samples)</td>
			<td>SCP Science</td>
			<td>040-080-001</td>
			<td></td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

dependence of laser-induced breakdown spectroscopy results on pulse energies and timing parameters using soil simulants

Avhengigheten av noen libs gjenkjenning evner på lavere puls energier (&lt;100 MJ) og timing parametre ble undersøkt ved hjelp av syntetiske silikat prøver. Disse prøver ble brukt som simulants til jord og inneholdt mindre og sporelementer som vanligvis finnes i jordsmonnet på et bredt spekter av konsentrasjoner. For denne studien ble over 100 kalibreringskurver utarbeidet med ulike puls energier og tidsparametrene; deteksjonsgrenser og sensitiviteter ble bestemt fra kalibreringskurvene. Plasma temperaturer ble også målt ved hjelp av Boltzmann tomter for de ulike energier og tidsparametrene testet. Den elektrontettheten i plasma ble beregnet ved hjelp av full-bredde halv maksimum (FWHM) på hydrogen linje ved 656,5 nm i løpet av de energier som ble testet. Totalt sett indikerer resultatene at bruken av lavere puls energier og ikke-gated deteksjon ikke alvorlig kompromittere de analytiske resultater. Disse resultatene er svært relevant for utforming av feltog person bærbar libs instrumenter.

Effekt av laserpulsenergi og deteksjonsmodi på deteksjonsfunksjoner. LIBS-spektra av de syntetiske silikat prøver ble tatt opp med gated og ikke-gated påvisning over området av laserpuls energier som ble testet. Over 100 kalibreringskurver ble konstruert fra disse data for å evaluere effekten av laserpulsenergi. Kalibreringskurver ble fremstilt ved (1) ved hjelp av arealet under toppen analytten og (2) ved å ratioing området av analytten topp til området av jern topp ved 405,58 nm. Den jernkonse...

Watch this Scientific Journal Video about Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants at JoVE.com

Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants

Libs gjenkjenning evner på jord simulants ble testet ved hjelp av en rekke puls energier og tidsparametrene. Kalibreringskurver ble brukt til å bestemme påvisningsgrenser og følsomheter for forskjellige parametere. Generelt er resultatene viste at det ikke var en signifikant reduksjon i deteksjon ved bruk av lavere puls energier og ikke-gated deteksjon.

Avhengighet av laser-indusert sammenbrudd spektroskopi Resultater på puls energier og tidsparametrene bruke jord simulants

The  dependence of some LIBS detection capabilities on lower pulse energies (&lt;100  mJ) and timing parameters were examined using synthetic silicate ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometric Analysis of Intact Proteins Larger than 100 kDa

Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight MALDI-TOF Mass Spectrometric Analysis of Intact Proteins Larger than 100 kDa

Matrix-assistert Laser desorpsjon / ionisering Tid of Flight (MALDI-TOF) massespektrometrisk analyse av intakte proteiner Større enn 100 kDa

Effectively determining masses of proteins is critical to many biological studies (e.g. for structural biology investigations). Accurate mass ...

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Transport av Surface-modifisert karbonnanorør gjennom en Soil kolonne

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

Construction of Models for Nondestructive Prediction of Ingredient Contents in Blueberries by Near-infrared Spectroscopy Based on HPLC Measurements

Bygging av Modeller for destruktiv Prediksjon av bestanddeler Innhold i Blåbær av nær-infrarød spektroskopi Basert på HPLC Målinger

Nondestructive prediction of ingredient contents of farm products is useful to ship and sell the products with guaranteed qualities. Here, near-infrared ...

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

Innsikt i de Samhandling av aminosyrer og peptider med uorganiske materialer Bruke Single-Molecule Force spektroskopi

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Sanntid pusten analyse ved hjelp av sekundære Nanoelectrospray Ionization koblet til høy oppløsning massespektrometri

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Obtaining 3D Chemical Maps by Energy Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography

Få 3D kjemiske kart av energi filtrert overføring elektronmikroskop tomografi

Energy filtered transmission electron microscopy tomography (EFTEM tomography) can provide three-dimensional (3D) chemical maps of materials at a ...

The MPLEx Protocol for Multi-omic Analyses of Soil Samples

Omfattende protokoll for Multi-omic analyser av jordprøver

Mass spectrometry (MS)-based integrated metaproteomic, metabolomic, and lipidomic (multi-omic) studies are transforming our ability to understand and ...

A New Straightforward Method for Lipophilicity (logP) Measurement using 19F NMR Spectroscopy

A New Straightforward Method for Lipophilicity logP Measurement using 19F NMR Spectroscopy

En ny grei metode for lipofile stoffer (LoggP) måling med 19F NMR spektroskopi

Fluorination has become an effective tool to optimize physicochemical properties of bioactive compounds. One of the applications of fluorine introduction ...

Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy

Utføre spektroskopi på Plasmonic nanopartikler med Transmission-baserte Nomarski-type differensial interferens kontrast mikroskopi

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using ...

Characterizing Lewis Pairs Using Titration Coupled with In Situ Infrared Spectroscopy

Karakterisere Lewis par ved hjelp av titrering kombinert med i Situ infrarød spektroskopi

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, ...