Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) als bildgebendes Verfahren zur ortsaufgelösten topographischen Elementanalyse

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (”Laser Induced Breakdown Spectroscopy”, im Folgenden auch ”LIBS” genannt) stellt eine schnelle und beruhrungslose Messmethode zur Elementanalyse von festen, flussigen oder gasformigen Stoffen unter normalen Umgebungsbedingungen ohne besondere Probenvorbereitung dar. Dazu wird ein gepulster Laser, dessen Intensitat einen bestimmten Grenzwert uberschreiten muss, auf eine Probe fokussiert. Das dort bestrahlte Material verdampft schlagartig und es bildet sich bei einer Temperatur von rund 10000 K ein Plasma aus. Die angeregten Atome und Ionen im Plasma strahlen bei der Ruckkehr in energetisch niedrigere Zustande ein charakteristisches optisches Emissionsspektrum ab, welches uber eine schnelle spektroskopische Analyse die Elementzusammensetzung des untersuchten Materials liefert. LIBS bietet in diesem Fall auch die Moglichkeit, ein unkompliziertes und bildgebendes Messverfahren aufzubauen, indem Elementverteilungen auf einer topographischen Oberflache analysiert werden, um beispielsweise Materialubergange, Einschlusse oder Verschmutzungen sicher zu detektieren. Bei unebenen Oberflachen wird eine standige Anpassung des Laserfokus an die Probenkontur benotigt, da die notwendige Intensitat zur Erzeugung des Plasmas nur im Fokus aufgebracht werden kann. Als Grundlage dafur dient ein neu entwickelter Fokussieralgorithmus, der ohne jegliche Zusatzgerate auskommt, und die Reproduzierbarkeit von LIBS-Messungen deutlich steigern kann, da die Messungen kontrolliert im Fokus stattfinden. Durch ihn ergeben sich neue Moglichkeiten des sogenannten „Element-Mappings, dem Erzeugen von Elementlandkarten, welche die Elementverteilungen in Falschfarben grafisch darstellen. Dabei ist das System nun nicht mehr auf eine ebene Oberflache angewiesen, sondern kann beliebige Strukturen, auch mit scharfen Kanten und Lochern, sicher vermessen. Als Ergebnis erhalt man ein flachiges Hohenprofil, welches zusatzlich die Elementinformationen fur jeden Messpunkt beinhaltet. Dies erleichtert es dem Benutzer, gezielt Punkte von Interesse schnell wiederzufinden und zu analysieren. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines bildgebenden Low-Power-LIBSSystems mit niedriger Pulsenergie und hoher Pulsrate, welches sich mit dem dazugehorigen Fokussieralgorithmus automatisiert an unebene Probenoberflachen anpassen kann. Als Ergebnisse werden die Analysen von ausgewahlten metallhaltigen, geologischen, organischen und archaologischen Proben bzw. Fundstucken gezeigt.