Primena plazme indukovane TEA CO2 laserskim zračenjem za određivanje koncentracije magnezijuma u aluminijumskim legurama

Abstract

Laserski indukovana plazma predstavlja široko korišćeni emisioni izvor za spektroskopiju. Ova analitička tehnika poznata je pod nazivom spektroskopija laserski indukovanog proboja – LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). LIBS se može koristiti za analizu bilo koje vrste uzoraka (čvrstih, tečnih, gasovitih), najčešće bez prethodne pripreme a masa potrebna za analizu je vrlo mala1. Zbog svoje univerzalnosti i jednostavnosti, LIBS je našla veliku primenu kao metoda spektrohemijske analize u različitim oblastima: geologiji, biohemiji, arheologiji, monitoringu životne sredine, praćenju industrijskih procesa, svemirskim istraživanjima i mnogim drugim1-5. Brza i pouzdana analiza elemenata prisutnih u legurama veoma je važna za kontrolu kvaliteta proizvoda. Legure aluminijuma imaju veliku primenu u savremenoj industriji a jedan od glavnih legirajućih elemenata je magnezijum koji pojačava tvrdoću aluminijuma i otpornost na koroziju, ali istovremeno smanjuje formabilnost i provodljivost. Kvantitativna analiza legura aluminijuma LIBS-om često je bila predmet proučavanja6-8. Za ovu svrhu uobičajeno se koristi LIBS sistem koji se sastoji iz Nd:YAG lasera, spektrometra i detektora sa vremenskom rezolucijom. Primena TEA CO2 laserskog zračenja (λ=10,6μm) za analizu metala i metalnih legura mnogo je ređa zbog manje energije fotona u odnosu na Nd:YAG laser, kao i visoke reflektivnosti metala u infracrvenom delu spektra. Sa druge strane, TEA CO2 laser ima i prednosti zbog talasne dužine zračenja i vremenskog profila laserskog impulsa. Interakcija nanosekundnog laserskog impulsa sa metalnom metom dovodi do ablacije, isparavanja i jonizacije materijala, a pri dovoljno velikoj gustini snage i do stvaranja plazme iznad površine mete9. Indukovana plazma apsorbuje preostali deo TEA CO2 laserskog impulsa kroz proces inverznog zakočnog zračenja, što dovodi dodatnog zagrevanja i povećanja ekscitacije. Apsorpcioni koeficijent plazme proporcionalan je kvadratu talasne dužine laserskog zračenja zbog čega je ovaj proces mnogo efikasniji za TEA CO2 nego za Nd:YAG lasersko zračenje. Laboratorijski LIBS spektrometar na bazi TEA CO2 lasera uspešno je primenjen za analizu bakra i njegovih legura i postignute su zadovoljavajuća osetljivost i niske granice detekcije3,4. Cilj ovog rada je ispitivanje mogućnosti primene plazme indukovane TEA CO2 laserom za određivanje Mg u legurama aluminijuma.

The analytical capability of plasma induced by nanosecond infrared TEA CO2 laser radiation under reduced air pressure for determination of Mg in aluminum alloys was investigated. Sharp and well resolved spectral lines of Mg, with negligibly low background emission, were obtained from a plasma region 3 mm above the target surface. A calibration curve for Mg was constructed using certified aluminium alloy samples. A linear relationship between LIBS signal and analyte concentration was obtained (r2 = 0.9957) in the range from 0,26 -1,10 % w/w, and used for determination of Mg in a control sample. As a reference method for quantification of Mg in the control sample inductively coupled plasma - optical emission spectroscopy (ICP-OES) was used. Good agreement between LIBS and ICP-OES results was obtained. The results confirm that TEA CO2 LIBS is an effective technique for quantitative analysis of Mg in aluminum alloy samples.