LIBS portátiles: la última historia de éxito en instrumentación analítica portátil

La tecnología LIBS ha migrado de un oscuro método de análisis de laboratorio a una técnica analítica de campo convencional en los últimos años.

Lea "LIBS portátiles: la última historia de éxito en instrumentación analítica portátil" de Don Sackett, director ejecutivo de SciAps, en la edición reciente de la revista Spectroscopia.

LIBS (espectroscopia de descomposición inducida por láser) utiliza un láser pulsado que vaporiza una pequeña región de una muestra de aproximadamente 100 um de diámetro y 5-10 um de profundidad. El plasma resultante se enfría y emite luz en el rango UV/Vis/IR que es captado por uno o más espectrómetros integrados, según el rango del espectrómetro requerido.

El avance de la tecnología láser fue la clave de los recientes éxitos comerciales en el campo. Un sistema LIBS de campo viable tenía que ofrecer velocidad, ser liviano, funcionar con baterías y funcionar en un amplio rango térmico, al tiempo que proporcionaba las altas energías de pulso necesarias y las altas tasas de repetición de pulso. Desarrollar un instrumento que cumpliera con todos estos desafíos resultó ser un proceso que llevó mucho tiempo, pero finalmente fue un éxito.

Por ejemplo, el láser utilizado en un dispositivo SciAps hoy ofrece de 6 a 8 milijulios/pulso a una frecuencia de repetición de 50 Hz con un ancho de pulso de 2 ns en un rango de temperatura de 25 a 45 °C. Este tipo de rendimiento del láser ha demostrado ser fundamental para lograr el rendimiento analítico de campo de la emisión óptica de chispa móvil (Spark OES) o la fluorescencia de rayos X portátil (HHXRF). Los LIBS portátiles han tenido aceptación comercial en varias áreas críticas. Quizás el mejor ejemplo esté en el campo del análisis de carbono en acero y aleaciones inoxidables. Muchas industrias requieren el valor equivalente de carbono para el acero para los procedimientos de soldadura correctos, y el acero inoxidable con bajo contenido de carbono a menudo se especifica para muchos procesos químicos y energéticos. LIBS es la única técnica portátil capaz de realizar esta exigente medición de carbono. De hecho, el LIBS portátil SciAps ahora es aceptado globalmente por la mayoría de las industrias que utilizan, fabrican o fabrican aceros e inoxidables, donde se ha convertido en una tecnología disruptiva para los sistemas OES de chispas móviles tradicionales.

El sector de la economía verde y los vehículos eléctricos ofrece una historia de éxito emergente. LIBS portátil es la única técnica de campo que mide el contenido de litio en suelos, minerales y salmueras. Como tal, se está convirtiendo rápidamente en una herramienta vital en la exploración eficiente a medida que el mundo busca expandir la producción de litio para satisfacer la demanda de metales para baterías de la industria de vehículos eléctricos y ponerlo en servicio en el reciclaje/recuperación de baterías usadas.

LIBS portátil ofrece de forma única una flexibilidad que no se encuentra en otras técnicas analíticas de campo. Debido a que la tecnología LIBS puede crear emisiones de todos los elementos estables de la tabla periódica, una plataforma bien concebida ofrece configuraciones rentables para mediciones específicas. En lugar del gasto de un sistema de rango completo que abarca emisiones de 190 nm a 950 nm, los usuarios pueden obtener sistemas configurados a medida y optimizados para un rango de emisiones específico.

Los ejemplos recientes incluyen un analizador de espectrómetro único optimizado en el rango de 580 a 780 nm para medir el flúor, como herramienta para la detección en el campo de PFAS (sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas) en diversos envases y productos de consumo. Otros ejemplos incluyen rangos de espectrómetro optimizados para mediciones de berilio en el suelo y el polvo como parte de la limpieza de sitios, particularmente en algunas instalaciones de fabricación de armas antiguas de EE. UU., y conjuntos de elementos ligeros como flúor, sodio y boro en una variedad de muestras minerales. .

El LIBS portátil también ha encontrado un hogar en el mundo académico, impulsado en gran medida por la capacidad de doble propósito de la medición cuantitativa de campo más su valor como herramienta de enseñanza en el aula en muchos departamentos de química, física, geociencia y metalurgia. Durante los últimos 5 a 10 años, las investigaciones universitarias y los laboratorios gubernamentales han desarrollado una letanía de aplicaciones interesantes, y muchas se detallan en Estudios independientes (sciaps.com).

En resumen, los últimos 5 a 10 años han sido testigos del nacimiento de LIBS portátiles como una nueva tecnología analítica portátil viable. La tecnología ha logrado un éxito comercial en industrias tradicionales como la química, petroquímica y de petróleo/gas, además de proporcionar análisis de campo cruciales para nuevas industrias como vehículos eléctricos, metales estratégicos y amenazas ambientales emergentes como los compuestos orgánicos que contienen flúor.

El LIBS de mano tuvo éxito comercial por primera vez en las industrias de análisis de aleaciones. Ahora se está aplicando a vehículos eléctricos, metales estratégicos, limpieza ambiental, exploración espacial y más.

Los desarrollos actuales y las perspectivas futuras están completamente cubiertos, junto con una revisión científica, en Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopia, 175 (2021), y también este año, el CTO de SciAps, David Day, contribuyó con su conocimiento y experiencia a "Espectroscopia portátil y espectrometría: volumen One” (Wiley), el primer trabajo completo que describe las tecnologías habilitadoras de la espectrometría portátil. Day escribió el Capítulo 13: Espectroscopía de ruptura inducida por láser portátil (HHLIBS), que explica el desarrollo de LIBS portátiles y sus especificaciones.

Algunas de las muchas aplicaciones LIBS de SciAps