Content area
Abstract
Doktori munkám során a kolineáris, többimpulzusos lézer indukált plazmák jellemzésével és atomspektroszkópiai alkalmazásával foglalkoztam.
Az 1-4. és 1-5. fejezetbenleírt módon, a többszörös lézerimpulzussal történı plazmakeltés módszerével jelentıs teljesítıképesség növekedés érhetı el a LIBS spektrometriában az SP-LIBS esethez képest. Ezt a jelenséget 2000 óta már számos tanulmány meggyızıen dokumentálta, elsısorban a technikailag könnyebben tanulmányozható/megvalósítható kétimpulzusos esetre vonatkozóan (DP-LIBS). Mindennek ellenére azonban még mindig nem teljesen tisztázott, hogy milyen részfolyamatok okozzák, illetve járulnak hozzá az analitikai teljesítıképesség nagymértékő javulásához; a szakirodalomban eltérı, némely esetben egymásnak ellentmondó megállapítások és elméletek olvashatók erre vonatkozóan.
Az elmondottak különösen érvényesek a kettınél több lézerimpulzussal kivitelezett LIBS spektrometria (MP-LIBS) esetére. Az irodalomban ugyanis még nagyon kevés kísérleti adat található a kolineáris MP-LIB plazmákra és analitikai alkalmazásukra vonatkozóan, noha ezek az adatok igen ígéretesek. Ezen okok miatt ezért kísérleti munkám egy részét a jelnövekedésért felelıs mechanizmusok feltérképezése tette ki.
1. Tanulmányoztam a több, idıben egymást gyorsan követı (<50 µs) kolineáris lézerimpulzussal szilárd minták felületén létrehozott letörési plazmák ablációs jellemzıit, idıbeli és térbeli fejlıdését és azonosítottam az MP-LIBS jelnövekedésért felelıs fıbb folyamatokat.
1.a.Tiszta rézben, valamint fémbevonattal ellátott ötvözetekben létrehozott ablációs kráterek profilometriás és mikroszkópiás vizsgálata révén megállapítottam, hogy a kolineáris lézerimpulzusok által okozott ablációs folyamatok között kölcsönhatás áll fenn; az ablációs mélység (ablációs ráta) az impulzusszámmal a lineárisnál nagyobb rendben nı. Az ablált anyagmennyiséget például négytagú impulzussorozat esetén közel hatszorosnak találtam az azonos öszszes számú önálló impulzus által okozottnál. Vonatkozó további eredményeim és irodalmi információk alapján az ablált anyagmennyiség növekedésének valószínő oka az ablációs küszöb csökkenése a mintafelület elımelegedése és az impulzussorozaton belüli korai impulzusok által a mintafelület felett létrehozott csökkent nyomású zóna okozta erısebb párolgás.
1.b.Tanulmányoztam a kolineáris MP-LIB plazmák idıbeli és térbeli fejlıdését és hımérsékletét nagy idıfelbontású kamera és spektrográf segítségével. Megállapítottam, hogy az elsı lézerimpulzus által keltett plazma kisebb fényességő, jelentısen kisebb maximális térfogatú, kisebb lineáris terjedési sebességő és kb. fele olyan élettartamú, mint a követı impulzusok által keltett plazmák vonatkozó adata. Az MP-LIB plazmák alakja megfelel az atmoszférikus SP-LIB plazmák függılegesen kissé megnyúlt, alapvetıen gömbszerő alakjának. Az MP-LIB plazmák hımérsékletét is meghatároztam Saha-Boltzmann módszer és Mg ionvonalak intenzitásának alkalmazásával és azokat 20000-25000 K értékőnek találtam. Eredményeim azt mutatták, hogy a késıbb érkezı lézerimpulzusok a második impulzus kivételével nem képesek magasabb hımérsékletre hevíteni a plazmát, mint az elsı.
1.c.Si, Zn, Cu és Al mintákon keltett MP-LIB plazmák által sugárzott vonalas és folytonos emisszió idıbeli lefolyásának tanulmányozása során kapott eredményeim azt mutatják, hogy a nagy gerjesztési energiájú vonalak emissziója az integrált spektrális háttérhez hasonlóan idıben lépcsızetes lefutású, míg a kis gerjesztési energiájú (fıként neutrális specieszektıl származó) vonalak emissziója kimondottan lassú lecsengéső, akár ms idıtartamú is lehet. Megmutattam, hogy a lépcsızetes emissziós görbék idılépcsıi egybeesnek a lézerimpulzusok követési idejével. Mindez arra enged következtetni, hogy a nagy gerjesztési energiájú specieszek gerjesztése számára az MP-LIB plazma csak azon rövid idıszakokban biztosít kedvezı környezetet, amikor az újabb lézerimpulzus újrahevíti a plazmát és a plazmahımérséklet a lehetı legmagasabb.
1.d.Fenti eredményeim révén elıször sikerült kísérleti bizonyítékokat szolgáltatnom arra, hogy az idıben integráló detektálást alkalmazó kolineáris MP-LIBS spektroszkópiában reprodukálhatóan tapasztalható jelentıs jelnövekedés fıként két folyamat hatásának tulajdonítható. Az egyik, meghatározó folyamat a követı lézerimpulzusok által okozott ismételt abláció, ami nagyobb összes ablált anyagmennyiséggel jár. A másik folyamat a plazma újrahevítése és így a plazmabeli specieszek újragerjesztése a követı lézerimpulzusok által.
