Contribución al estudio de la espectroscopia de plasma inducido por láser

Abstract

La presente Tesis Doctoral, es un aporte al estudio de la Espectroscopia de Plasma Inducido por Láser o por sus siglas en Ingles, LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy). Si bien es cierto que la espectroscopia de plasma inducido por laser ha demostrado ser una técnica con grandes ventajas, sobre las técnicas convencionales de análisis, ya sea por su capacidad de microanálisis o por el poco tratamiento previo al análisis requerido para muestras solidas, no ha alcanzado la madurez necesaria para convertirse en una técnica establecida de análisis, sino que se sigue considerando una alternativa en fase experimental o de desarrollo. Las razones de esto son múltiples pero podemos destacar los relativamente malos límites de detección, la presencia de interferencias de matriz y la falta de metodologías estándares para el análisis por esta técnica. En esta tesis Doctoral desarrollamos diversos instrumentales y protocolos para el análisis de muestras solidas en particular aleaciones metálicas. Así en el capítulo I, se desarrollo un Microscopio de ablación laser que permitió el estudio de la señal de emisión en cráteres de diámetros cercanos a los 3 micrómetros y la caracterización de cráteres de diámetros menores a 1 micrómetro. En este estudio se encontró una fuerte dependencia de la señal de emisión con el tamaño del cráter, las cuales se pudieron relacionar con la disminución de la cantidad de materia en el plasma y la disminución de la temperatura electrónica del plasma. Se construyeron además las curvas de calibración, para el Plomo, aluminio, Zinc y cobre sobre las series de estándares metálicos empleadas. En el capítulo II, se introduce una variante a la técnica de LIBS clásica, la cual consiste en la incorporación de un segundo pulso de laser que va a interaccionar con el plasma generado de forma preferencial, con la finalidad de recalentar el plasma y promoviendo de esta forma una mayor eficiencia en la emisión de los analitos. Para este fin se emplearon dos láseres de Nd-YAG los cuales fueron direccionados a la muestra de forma colineal y con un retraso entre el primer y segundo pulso. Para el retraso se construyó un generador de retardo entre pulso, el cual se baso en un circuito analógico resistencia-condensador, esté permitió controlar el tiempo de salida del segundo pulso con respecto al primero desde 0 hasta 200 microsegundos. De estos experimentos se encontró que la presencia del segundo pulso provocaba un aumento en la señal de emisión, el cual dependía de la relación de energías entre los pulsos, así como del tiempo entre los pulsos. Se realizaron curvas de calibración de la técnica clásica LIBS de un solo pulso y la técnica de Doble Pulso LIBS para diversos analitos, encontrándose en todos los casos un aumento significativo de la señal de emisión lo cual se traduce en una mayor sensibilidad en las curvas de calibración. Finalmente en el capítulo III, se combinaron ambas experiencias de forma de generar un microscopio de ablación laser que pudiese trabajar, en micro-cráteres. Esto permitió aumentar la sensibilidad de las emisiones atómicas debido a la presencia el segundo pulso, por lo cual se pudieron crear curvas de calibración, que con la técnica clásica no se habían podido construir. Además se obtuvieron mejores límites de detección que con el Micro-LIBS de un solo pulso.