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

Detta arbete har finansierats genom US Department of Energy, Office of Science.

1. Lasersystem <ol><li> Använd laserpulser producerade av en Q-switchad Nd: YAG-laser som arbetar vid 1064 nm och vid 10 Hz. </li><li> Fokus laserpulserna på provet med en 75 mm brännvidd. </li><li> Samla upp plasma ljus med en optisk fiber, som pekas på och placeras nära plasmat bildats på provet. </li><li> Använd en Echelle spektrograf / ICCD att spektralt beslutsamhet och registrera LIBS spektrumet. </li><li> Använd ICCD i både icke-gated och gated lägen med en vinst på 125. </li><li> Använd en 0 ^ sek ...

<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>

Vid en jämförelse av icke-gated och gated lägen upptäckt, detektionsgränsen data visar att den gated läge upptäckt tillåts för detektering av alla element inklusive de som inte sågs med hjälp av högre laser energier i icke-gated läge upptäckt. Med hjälp av gated upptäckt, är den initiala höga bakgrund från bildandet av plasma inte observeras och bakgrunden minskas visar elementär utsläpp bättre lösas. Dessutom detektionsgränserna var något lägre med gated upptäckt. ...

Laser-inducerad nedbrytning spektroskopi (LIBS) är en enkel metod för elementaranalys som använder en lasergenererad gnista som exciteringskälla. Den laserpuls är fokuserad på en yta, som värmer, ablates, finfördelar och joniserar ytmaterial vilket resulterar i bildningen av plasma. Plasmalampan spektralt löst och upptäcks och element identifieras av deras spektrala signaturer. Om rätt kalibrerad, kan LIBS ge kvantitativa resultat. LIBS kan analysera fasta ämnen, gaser och vätskor med liten eller ingen provberedning. 1 Dessa egenskaper gör den idealisk för analyser som inte kan utföras i laboratoriet. För närvarande, LIBS studeras för många olika applikationer särskilt de som kräver fältbaserade mätningar för kvantifiering. 1-8 Detta kräver utveckling av LIBS instrumentering använda robusta och kompakta komponenter som lämpar sig för ett fältbaserat system. I de flesta fall, dense-komponenter kommer inte att ha den fulla kapaciteten hos laboratoriebaserad instrumentering, vilket påverkar analysprestanda. LIBS resultat är beroende av laserpulsparametrar och andra mätförhållanden som omfattar provtagning geometri, omgivande atmosfären, och användandet av gated eller icke-gated upptäckt. 9-12 För fältbaserad LIBS instrumentering, två viktiga faktorer att tänka på är pulsenergi och användningen av gated kontra icke-gated upptäckt. Dessa två faktorer bestämmer i hög grad kostnaden, storleken och komplexiteten av LIBS instrumentet. Små, robust byggda lasrar som kan generera pulser 10-50 mJ vid repetitionsfrekvenser på 0,3 till 10 Hz är kommersiellt tillgängliga och skulle vara mycket fördelaktigt att använda. Därför är det viktigt att veta vilka, om några, kommer förlusten i detektionskapacitet bero på användningen av dessa lasrar. Puls energi är en viktig parameter för LIBS eftersom det avgör hur mycket material som borttagen och förångas och excitation rödingskaper plasman. Dessutom kan användningen av gated detektering ökar kostnaden för LIBS systemet, som ett resultat, är det nödvändigt att bestämma skillnaderna mellan spektra och detektionskapacitet med användning gated och icke-gated detektering. Nyligen genomfördes en studie utförd jämföra gated upptäckt att icke-gated upptäckt för mindre element som finns i stål. Resultaten visade att den påvisbara gränsen var jämförbara, om inte bättre för icke-gated detektering. 12 En viktig egenskap hos LIBS är att tekniken upplever fysiska och kemiska matriseffekter. Ett exempel på det förra är att laserpuls par mer effektivt med ledande / metallytor än icke-ledande ytor. 13 För denna studie ville vi bestämma effekterna av puls energi-och tidsparametrar för icke-ledande material såsom jord simulatorer. Även om, har fält bärbara LIBS instrument utvecklats och använtsför vissa tillämpningar, har en omfattande studie om detektionsförmågan inte utförts jämföra högre energi-och gated system till lägre energi-och icke-gated system med mark simulatorer. Denna studie fokuserar på laserpuls energi-och tidsparametrar för bestämning av spårelement i komplexa matriser. Lasern pulsenergin varierade från 10 till 100 mJ för att erhålla en jämförelse mellan lägre och högre energier. En jämförelse av användningen av gated kontra icke-gated detektion utfördes också över samma energiområde.

<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

Beroendet av vissa LIBS detektionskapacitet på lägre puls energier (&lt;100 mJ) och tidsparametrar undersöktes med hjälp av syntetiska silikat prover. Dessa prov användes som simulatorer för jord och innehöll mindre och spårämnen som är vanliga i jorden på ett brett intervall av koncentrationer. För denna studie har över 100 kalibreringskurvorna ställas med användning av olika pulsenergier och tidsparametrar, gränser och känsliga detektions bestämdes utifrån kalibreringskurvorna. Plasma temperaturerna mättes också med hjälp av Boltzmann tomter för olika energier och tidsparametrar som testades. Elektrontätheten i plasman beräknades med hjälp av full bredd halv max (FWHM) av vätelinjen vid 656,5 nm över de testade energierna. Sammantaget tyder resultaten på att användningen av lägre pulsenergier och icke-gated upptäckt inte allvarligt äventyrar analysresultaten. Dessa resultat är mycket relevant för utformningen av fält-och person bärbara LIBS instrument.

Effekt av laserpulsenergi och lägen upptäckt på detekteringskapaciteten. LIBS spektra av de syntetiska silikat prover registrerades med hjälp av gated och icke-gated upptäckt över utbudet av laserpulsenergier testade. Över 100 Kalibreringskurvor konstruerades från dessa data för att utvärdera effekten av laserpulsenergin. Kalibreringskurvor framställdes genom att (1) med användning av arean under analyttoppen och (2) genom proportionerings området för analyttoppen till arean hos järn topp...

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 detektionskapacitet på mark simulatorer testades med hjälp av en rad olika pulsenergier och tidsparametrar. Kalibreringskurvor användes för att bestämma detektionsgränser och känslighet för olika parametrar. Generellt visade resultaten att det inte fanns en signifikant minskning av detektionskapacitet med hjälp av lägre pulsenergier och icke-gated upptäckt.

Beroendet av laser-inducerade Breakdown Spectroscopy resultat på pulsenergier och tidsparametrar använda 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-assisted laser desorption / jonisering Time of Flight (MALDI-TOF) Masspektrometrisk Analys av intakta proteiner större än 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 Ytmodifierade kolnanorör via ett mark Kolumn

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

Konstruktion av modeller för oförstörande Prediction av ingrediens innehåll i blåbär med nära infraröd spektroskopi Baserat på HPLC-mätningar

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

Insikter Interaktioner av aminosyror och peptider med oorganiska material med hjälp av enda molekyl 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

Realtid andedräkt analys med hjälp av sekundära Nanoelectrospray jonisering kopplat till hög upplösning masspektrometri

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

Att erhålla 3D kemiska kartor av energi filtreras Transmission Electron Microscopy 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

MPLEx protokollet för Multi-miska analyser av jordprover

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 enkel metod för fettlöslig (logP) mätning 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

Utföra spektroskopi på Plasmonic nanopartiklar med transmission-baserade Nomarski-typ differential interferens kontrast Microscopy

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

Karakterisera Lewis par med titrering tillsammans med In Situ Infraröd spektroskopi

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