DE102018222792B4 - Laser-induced emission spectrometry for quick structural analysis - Google Patents

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DE102018222792B4 DE102018222792.6A DE102018222792A DE102018222792B4 DE 102018222792 B4 DE102018222792 B4 DE 102018222792B4 DE 102018222792 A DE102018222792 A DE 102018222792A DE 102018222792 B4 DE102018222792 B4 DE 102018222792B4
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Abstract

Verfahren zur schnellen ortsaufgelösten Elementverteilungsanalyse einer Probenoberfläche (2) einer Probe (1) eines Werkstoffs, wobeiin einem Verfahrensschritt zur Evakuierung und Befüllung mit Plasmagas eine Probenkammer (7) evakuiert und mit einem Plasmagas befüllt wird,in einem ersten Verfahrensschritt in der Probenkammer (7) ein Volumen der Probenoberfläche (2) an einem Messpunkt auf der Probenoberfläche (2) von einem fokussierten Laserpuls verdampft und in einem Gasplasma (4') elektronisch angeregt wird,in einem zweiten Verfahrensschritt ein Linienspektrum von einem Licht (3), welches von dem Gasplasma (4') emittiert wird, von einem Spektrometer spektral zerlegt und registriert wird,in einem dritten Verfahrensschritt ein neuer Messpunkt gewählt wird, wobei der erste Verfahrensschritt, der zweite Verfahrensschritt und der dritte Verfahrensschritt zyklisch durchlaufen werden,wobei beim zyklischen Durchlaufen des ersten Verfahrensschrittes, des zweiten Verfahrensschrittes und des dritten Verfahrensschrittes die Messpunkte so gewählt werden, dass ein gewählter Messbereich auf der Probenoberfläche (2) abgerastert wird,wobei während des Verfahrensschrittes zur Evakuierung die Probenkammer (7) von einer ersten Vakuumpumpe (8) und mindestens einer zweiten Vakuumpumpe (9) evakuiert wird,wobei zum Evakuieren der Probenkammer (7) oberhalb eines Umschaltdrucks in der Probenkammer (7) die erste Vakuumpumpe (8) und die mindestens eine zweite Vakuumpumpe (9) zum parallelen Pumpen mit der Probenkammer (7) verbunden werden und bei Erreichen des Umschaltpunktes die erste Vakuumpumpe (8) und die mindestens eine zweite Vakuumpumpe (9) zum Pumpen in Reihe verbunden werden.Method for fast, spatially resolved element distribution analysis of a sample surface (2) of a sample (1) of a material, whereby in a method step for evacuation and filling with plasma gas a sample chamber (7) is evacuated and filled with a plasma gas, in a first method step in the sample chamber (7) a volume of the sample surface (2) is vaporized at a measuring point on the sample surface (2) by a focused laser pulse and electronically excited in a gas plasma (4 '), in a second process step a line spectrum of a light (3) emitted by the gas plasma (4 ') is emitted, is spectrally broken down and registered by a spectrometer, a new measuring point is selected in a third process step, the first process step, the second process step and the third process step being run through cyclically, with when the first process step is cyclically run through, the second process step and the third th process step, the measuring points are selected so that a selected measuring area is scanned on the sample surface (2), the sample chamber (7) being evacuated by a first vacuum pump (8) and at least one second vacuum pump (9) during the process step for evacuation, whereby for evacuating the sample chamber (7) above a switching pressure in the sample chamber (7) the first vacuum pump (8) and the at least one second vacuum pump (9) are connected to the sample chamber (7) for parallel pumping and the first when the switching point is reached Vacuum pump (8) and the at least one second vacuum pump (9) are connected in series for pumping.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung geht aus von Verfahren zur Analyse der örtlichen Elementverteilung in der Metallfertigung und -verarbeitung.The present invention is based on methods for analyzing the local distribution of elements in metal production and processing.

Bei der Herstellung und dem Verarbeiten von Stahl und Flachstahlerzeugnissen ist eine schnelle ortsaufgelöste Bestimmung von Gefügebestandteilen, wie beispielsweise Seigerungen, Rückstände von Gießhilfsmitteln, nichtmetallische Einschlüsse und Ausscheidungen, sowie von Innenrissen, metallischen und nicht-metallischen Überzügen sowie Konversionsschichten auf oberflächenveredelten Flachstahlerzeugnissen oder Oberflächenbelegungen oder Oberflächendefekten auf Flächen von bis zu 10 dm2 nicht möglich.In the manufacture and processing of steel and flat steel products, a fast, spatially resolved determination of structural components, such as segregations, residues from casting aids, non-metallic inclusions and precipitations, as well as internal cracks, metallic and non-metallic coatings and conversion layers on surface-refined flat steel products or surface defects or surface finishes, is essential Not possible on areas of up to 10 dm 2.

Von großem Interesse ist eine solche schnelle Analyse an größeren Probeflächen, welche beispielsweise einem Viertel eines Brammenquerschnitts oder einem Fünftel der Breite eines Bandabschnitts entsprechen.Such a rapid analysis is of great interest on larger sample areas, which for example correspond to a quarter of a slab cross section or a fifth of the width of a strip section.

Aus dem Stand der Technik ist der Baumannabdruck bekannt. Dieser kann nach Fräsen und Schleifen der Oberfläche unter Einsatz von Schwefelsäure und Fotopapier an der Oberfläche von Brammenabschnitten genommen werden. Mit dem Baumannabdruck lassen sich Schwefelseigerungen nachweisen, allerdings nur wenn ausreichend viel Schwefel und ausreichend große Schwefelgradienten im Stahl vorhanden sind.The Baumann print is known from the prior art. This can be taken from the surface of slab sections after milling and grinding the surface using sulfuric acid and photo paper. The Baumann print can be used to detect sulfur segregation, but only if there is a sufficient amount of sulfur and sufficiently large sulfur gradients in the steel.

Die örtliche Verteilung von Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Aluminium, Silizium, Mangan, Chrom oder Kupfer lassen sich an sehr kleinen Proben von der Größe von wenigen Quadratmillimetern an polierten Probenoberflächen in sehr zeitaufwendigen elektronenmikroskopischen Verfahren wie EDX, BSE, AES, WDX oder EELS messen. Alle diese Verfahren sind mit immensem Aufwand verbunden, so muss beispielsweise bei EELS die Probe auf wenige Nanometer gedünnt werden, und erfassen jeweils nur einen Bruchteil der interessanten Elemente mit ausreichender Empfindlichkeit. Eine Kombination der genannten Methoden schließt sich aufgrund des Arbeits- und Zeitaufwandes aus.The local distribution of carbon, nitrogen, sulfur, phosphorus, aluminum, silicon, manganese, chromium or copper can be determined on very small samples of the size of a few square millimeters on polished sample surfaces in very time-consuming electron microscopic methods such as EDX, BSE, AES, WDX or Measure EELS. All of these processes are associated with immense effort, for example with EELS the sample has to be thinned to a few nanometers and only capture a fraction of the interesting elements with sufficient sensitivity. A combination of the methods mentioned is ruled out due to the amount of work and time required.

Die rasternde laserinduzierte optische Emissionsspektrometrie (LOES) ist in der Lage, auch leichte Elemente wie Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor, Schwefel, Chlor oder Fluor zu bestimmen. Die Verwendung von LOES in der Materialwissenschaft wird beispielsweise in den Veröffentlichungen „Developement of inclusion reference materials and simultaneous determination of metals and non-metallic inclusions by rapid LIBS analysis in steel samples“ (Boue-Bigne, et al.) oder „Schnelle lasergestützte Analyse von metallischen und nicht-metallischen Einschlüssen in Stahl“ (Sturm und Noll) beschrieben.Scanning laser-induced optical emission spectrometry (LOES) is also able to determine light elements such as boron, carbon, nitrogen, oxygen, phosphorus, sulfur, chlorine or fluorine. The use of LOES in materials science is described, for example, in the publications “Developement of inclusion reference materials and simultaneous determination of metals and non-metallic inclusions by rapid LIBS analysis in steel samples” (Boue-Bigne, et al.) Or “Fast laser-based analysis of metallic and non-metallic inclusions in steel ”(Sturm and Noll).

Weiterhin offenbart JP 2010 038560 A eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Elementkonzentrationen von Proben, u.a. Stahlproben, mittels LIBS/L-OES.Also disclosed JP 2010 038560 A a device and a method for the determination of element concentrations of samples, including steel samples, by means of LIBS / L-OES.

WO 2001 033202 A1 offenbart eine Vorrichtung zur optischen Emissionsspektroskopie, mit dem die Homogenität bzw. Durchmischung von bis zu 10 µm kleinen Pellets aus Plutoniumoxid und Uranoxid durch Abrastern der Probe mittels eines X-Y-Tischs bestimmt werden kann. WO 2001 033202 A1 discloses a device for optical emission spectroscopy with which the homogeneity or mixing of pellets of up to 10 μm in size made of plutonia and uranium oxide can be determined by scanning the sample using an XY table.

Die Druckschrift DE10 2005 000840 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elementanalyse mittels Laser-Emissionsspektroskopie. Der Laserstrahl wird durch ein Linsenarray in mehrere Teile aufgespalten, um eine größere Messfläche simultan zu erfassen.The pamphlet DE10 2005 000840 A1 discloses a method and apparatus for element analysis using laser emission spectroscopy. The laser beam is split into several parts by a lens array in order to simultaneously cover a larger measuring area.

Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 199 32 069 A1 eine Vorrichtung für laserinduzierte Emissionsspektrometrie bekannt, bei der durch eine spezielle Anordnung der optischen Elemente eine Verbesserung der Größe der untersuchbaren Bereiche auf der Probe erreicht wird. Weitere Vorrichtungen für laserinduzierte Breakdown Spectroscopy (LIBS), u. a. an Stahl sind beispielsweise aus den Druckschriften US 2006 / 0 173 4321 A1 , US 2016 / 0 069 745 A1 und DE 10 2007 016 612 A1 bekannt.Furthermore, from the publication DE 199 32 069 A1 a device for laser-induced emission spectrometry is known, in which an improvement in the size of the investigable areas on the sample is achieved by a special arrangement of the optical elements. Further devices for laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), including on steel, are, for example, from the publications US 2006/0 173 4321 A1 , US 2016/0 069 745 A1 and DE 10 2007 016 612 A1 known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches zur quantitativen Bestimmung der Elemente B, C, N, P, O, S, Al, Si, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Ta, Zr, Cr, Mo, W, Mn, Co, Ni, V, Nb, Cu, Ag, Zn, Sn, Pb, Bi und Seltenerdmetallen (z.B. Ce) sowie Innenrisse und deren örtliche Verteilung mit einer Nachweisgrenze (siehe DIN 32645:2008-11 ) von < 100 µg/g und der Elemente Cl und F mit einer Nachweisgrenze von < 1 mg/g bei hoher Untersuchungsgeschwindigkeit an Flächen von z.B. 10 dm2 geeignet ist.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device which can be used for the quantitative determination of the elements B, C, N, P, O, S, Al, Si, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Ta, Zr, Cr, Mo, W, Mn, Co, Ni, V, Nb, Cu, Ag, Zn, Sn, Pb, Bi and rare earth metals (e.g. Ce) as well as internal cracks and their local distribution with a detection limit (please refer DIN 32645: 2008-11 ) of <100 µg / g and the elements Cl and F with a detection limit of <1 mg / g at a high examination speed on areas of eg 10 dm 2 is suitable.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Um in besonders vorteilhafter Weise größere Flächen als bislang mit höherer Geschwindigkeit als bislang quantifizierend untersuchen zu können, werden der erste Verfahrensschritt, der zweite Verfahrensschritt und der dritte Verfahrensschritt mit einer Rate von 400 bis 5000 pro Sekunde (Hertz, Hz), vorzugsweise bei 800 bis 2000 Hz, insbesondere bei 800 bis 1200 Hz wiederholt.The object is achieved by a method according to claim 1. In order to be able to examine larger areas than previously at a higher rate than previously quantifying in a particularly advantageous manner, the first method step, the second method step and the third method step at a rate of 400 to 5000 per Second (Hertz, Hz), preferably at 800 to 2000 Hz, in particular at 800 to 1200 Hz.

Die zu untersuchende Probe befindet sich in der Probenkammer mit der zu untersuchenden Probenoberfläche dem Strahl des Lasers zugewandt. Die Probenoberfläche ist vorzugsweise an der zu untersuchenden Fläche plangefräst oder plangeschliffen, so dass der arithmetische Mittenrauwert Ra (siehe DIN EN 10049:2014-03 ) weniger als 10 µm, vorzugsweise weniger als 5 µm, besonders bevorzugt maximal 3 µm beträgt. Vorzugsweise beträgt der Welligkeitswert Wa (siehe DIN EN ISO 4287:2010-07 ) weniger als 60 µm, bevorzugt weniger als 40 µm, besonders bevorzugt maximal 20 µm. Vorzugsweise werden Laser-Pumpmodule, Laser-Kopf und Emissionsspektrometer oberhalb der Raumtemperatur thermostatisiert, um Kondensation von Luftfeuchtigkeit zu vermeiden und die spektrometrische Stabilität sowohl während der Untersuchung einer Probe als auch zwischen zwei Kalibrierungen sicherzustellen. Dies garantiert Messergebnisse mit stabiler Qualität über eine auch zeitlich weit ausgedehnte Messung einer Probe als auch mehrerer Proben. Denkbar ist, dass eine Detektion von lokalen Fehlstellen durch vorherige licht- oder elektronenoptische Analyse, gegebenenfalls mit vorheriger Behandlung mit saurer Beizlösung, vorzugsweise mit Salpeter-, Salz- und/oder Schwefelsäure oder alkalischer Beizlösung durchgeführt wird. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, sich bei der LOES auf offensichtlich kritische Bereiche zu konzentrieren.The sample to be examined is located in the sample chamber with the sample surface to be examined facing the laser beam. The sample surface is preferably milled or ground flat on the surface to be examined, so that the arithmetic mean roughness value R a (see DIN EN 10049: 2014-03 ) is less than 10 μm, preferably less than 5 μm, particularly preferably a maximum of 3 μm. The waviness value W a is preferably (see DIN EN ISO 4287: 2010-07 ) less than 60 μm, preferably less than 40 μm, particularly preferably a maximum of 20 μm. The laser pump modules, laser head and emission spectrometer are preferably thermostated above room temperature in order to avoid condensation of air humidity and to ensure spectrometric stability both during the examination of a sample and between two calibrations. This guarantees measurement results with stable quality over a long measurement of a sample as well as several samples. It is conceivable that a detection of local defects is carried out by previous light or electron optical analysis, if necessary with previous treatment with acidic pickling solution, preferably with nitric, hydrochloric and / or sulfuric acid or alkaline pickling solution. This advantageously makes it possible to concentrate on clearly critical areas during the LOES.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Probe auf einem in der Haupterstreckungsebene verfahrbaren Probentisch befestigt wird. Vorzugsweise wird der Probentisch senkrecht zum Strahl des Lasers bewegt, so dass der Fokus des Laserstrahls im Messpunkt liegt. Die minimale Verfahrweite des Probentisches liegt vorzugsweise bei weniger als 50 µm besonders bevorzugt bei weniger als 30 µm, insbesondere weniger als 10 µm. Die uni- beziehungsweise bidirektionale Wiederhohlgenauigkeit des Probentisches beträgt vorzugsweise weniger als 2 µm beziehungsweise +/- 10 µm, besonders bevorzugt weniger als 1 µm beziehungsweise +/- 5 µm, insbesondere weniger als 0,5 µm beziehungsweise +/- 2,5 µm. Die maximale Positioniergeschwindigkeit beträgt vorzugsweise mehr als 50 mm/s, besonders bevorzugt mehr als 100 mm/s. Die Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung des Probentisches beträgt vorzugsweise weniger als 150 mm/s2, besonders bevorzugt weniger als 100 mm/s2. Der Probentisch ist vorzugsweise geeignet, Proben von einer Größe von bis zu 210 mm x 210 mm, einer Dicke von bis zu 30 mm und einem Gewicht von bis zu 11 kg, besonders bevorzugt von einer Größe von bis zu 410 mm mm x 270 mm, einer Dicke von bis zu 50 mm und einem Gewicht von bis zu 45 kg aufzunehmen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Probentisch eine Mehrzahl von Proben, vorzugsweise bis zu zehn Proben, deren Gesamtdimensionen nicht die Dimensionen überschreitet, die der Probentisch aufzunehmen geeignet ist, aufzunehmen. Damit ist es möglich, Proben in den gewünschten Größen zu untersuchen.It is preferably provided that the sample is fastened on a sample table that can be moved in the main plane of extent. The sample table is preferably moved perpendicular to the beam of the laser so that the focus of the laser beam lies in the measuring point. The minimum travel distance of the sample table is preferably less than 50 μm, particularly preferably less than 30 μm, in particular less than 10 μm. The unidirectional or bidirectional repeat accuracy of the sample table is preferably less than 2 μm or +/- 10 μm, particularly preferably less than 1 μm or +/- 5 μm, in particular less than 0.5 μm or +/- 2.5 μm. The maximum positioning speed is preferably more than 50 mm / s, particularly preferably more than 100 mm / s. The acceleration or deceleration of the sample table is preferably less than 150 mm / s 2 , particularly preferably less than 100 mm / s 2 . The sample table is preferably suitable for taking samples of a size of up to 210 mm x 210 mm, a thickness of up to 30 mm and a weight of up to 11 kg, particularly preferably of a size of up to 410 mm x 270 mm, a thickness of up to 50 mm and a weight of up to 45 kg. Provision is preferably made for the sample table to receive a plurality of samples, preferably up to ten samples, the overall dimensions of which do not exceed the dimensions that the sample table is suitable for receiving. This makes it possible to examine samples in the desired sizes.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Probenkammer über eine Lichtquelle und/oder eine Kamera verfügt. Damit kann in vorteilhafter Weise eine Messposition angefahren werden.Furthermore, it is preferably provided that the sample chamber has a light source and / or a camera. A measuring position can thus be approached in an advantageous manner.

Der Laserstrahl ist vorzugsweise zur Minimierung von Abbildungsfehlern mittels asphärischer konvexer Linse oder eines aus mehreren sphärischen konvexen und konkaven Linsen fokussiert. Der Laserstrahl beleuchtet einen Messpunkt auf der Probenoberfläche. Durch Laserablation wird ein Volumen der Probenoberfläche verdampft und in einem Plasma elektronisch angeregt und teils auch ionisiert. Als Laser wird vorzugsweise ein diodengepumpter gütegeschalteter Festkörperlaser verwendet, dessen Wellenlänge zwischen 400 nm und 2200 nm, bevorzugt zwischen 1000 nm und 1100 nm, besonders bevorzugt bei circa 1030 nm oder circa 1064 nm und dessen Pulsdauer zwischen 0,1 ns und 20 ns Halbwertsbreite, bevorzugt zwischen 5 ns und 10 ns Halbwertsbreite, dessen Pulsenergie zwischen 0,1 mJ und 10 mJ, bevorzugt zwischen 1 mJ und 5 mJ, insbesondere bei etwa 2 mJ und dessen Strahlprofilqualität M2 bevorzugt zwischen 1,0 und 1,2, jedoch zumindest unterhalb von 1,3 (bei TEMoo) liegt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass koaxiale Doppel- oder Mehrfachpulse mit zwischen 1 µs und 20 µs variablem, vorzugsweise 0,5 µs genau einstellbarem, besonders bevorzugt 0,1 µs genau einstellbarem, zeitlichem Abstand zwischen den Teilpulsen ausgegeben werden, bei denen die Pulsenergie der Teilpulse gleich oder aber auch definiert ungleich über alle Teilpulse verteilt sein kann. Vorzugsweise wird ein fokussierter Laserstrahl verwendet, welcher geeignet ist, bei einer lateralen Auflösung von bevorzugt weniger als 40 µm, besonders bevorzugt weniger als 15 µm (beides bezogen auf eine Fe-Matrix) Probenmaterial zu ablatieren und Plasmen mit hinreichend großer Emissionsintensität zu erzeugen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Intensität des Lasers mit einer Irisblende und/oder einem gegeneinander verdrehbaren Polarisationsfilterpaar und/oder einem drehbaren halbdurchlässigen Spiegel reproduzierbar abgeschwächt werden kann. Vorzugsweise wird mit Hilfe optischer Komponenten, besonders bevorzugt mit einem Teleskopaufbau, die Aufweitung des Laserstrahls verringert. Das ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Vergrößerung der Schärfentiefe des fokussierten Laserstrahls zur Verringerung negativer Einflüsse der Probentopografie auf die Streuung der Emissionsintensität der Plasmastrahlung. Denkbar ist, dass Wellenlänge, Pulsenergie, zeitliche Abfolge der Teilpulse, Strahlprofilqualität und Öffnungswinkel des Laserstrahls so gewählt werden, dass bestmögliche Ortsauflösung als auch nötige Nachweisempfindlichkeit bei gegebener Topografie der zu untersuchenden Fläche erzielt werden.In order to minimize aberrations, the laser beam is preferably focused by means of an aspherical convex lens or one of several spherical convex and concave lenses. The laser beam illuminates a measuring point on the sample surface. A volume of the sample surface is vaporized by laser ablation and electronically excited in a plasma and sometimes also ionized. A diode-pumped Q-switched solid-state laser is preferably used as the laser, the wavelength of which is between 400 nm and 2200 nm, preferably between 1000 nm and 1100 nm, particularly preferably about 1030 nm or about 1064 nm and the pulse duration of which is between 0.1 ns and 20 ns half-width, preferably between 5 ns and 10 ns half width, its pulse energy between 0.1 mJ and 10 mJ, preferably between 1 mJ and 5 mJ, in particular around 2 mJ and its beam profile quality M 2 preferably between 1.0 and 1.2, but at least is below 1.3 (with TEMoo). Preferably, it is provided that coaxial double or multiple pulses with between 1 microseconds and 20 microseconds variable, preferably 0.5 microseconds precisely adjustable, particularly preferably 0.1 microseconds precisely adjustable, time interval between the partial pulses are output in which the pulse energy of the partial pulses can be distributed equally or also in a defined unequal manner over all partial pulses. A focused laser beam is preferably used which is suitable for ablating sample material with a lateral resolution of preferably less than 40 µm, particularly preferably less than 15 µm (both based on an Fe matrix) and generating plasmas with sufficiently high emission intensity. Furthermore, it is provided that the intensity of the laser can be attenuated in a reproducible manner with an iris diaphragm and / or a pair of polarization filters that can be rotated relative to one another and / or a rotatable semi-permeable mirror. The expansion of the laser beam is preferably reduced with the aid of optical components, particularly preferably with a telescope structure. This advantageously enables the depth of field of the focused laser beam to be increased in order to reduce negative influences of the sample topography on the scattering of the emission intensity of the plasma radiation. It is conceivable that the wavelength, pulse energy, time sequence of the partial pulses, beam profile quality and opening angle of the laser beam are selected so that the best possible spatial resolution and the necessary detection sensitivity are achieved for the given topography of the area to be examined.

Durch das Zerfallen elektronisch angeregter Zustände im des Plasma wird Licht emittiert. Das emittierte Licht enthält charakteristische elementspezifische Linienspektren des Plasmagases bzw. der Plasmagase und des darin befindlichen atomisierten Probendampfs. In diese wird das Licht von dem Spektrometer zerlegt und die Intensität der Linien definierter Wellenlängen, die den Analyt- bzw. Referenzelementen zugeordnet werden können, bestimmt. Vorzugsweise wird ein Spektrometer verwendet, welches geeignet ist, mit bis zu 3 kHz Wiederholrate Spektren und/oder die Intensität einzelner Emissionslinien auszulesen. Weiterhin ist vorgesehen, dass mit dem Spektrometer oder einem zweiten Spektrometer Emissionen, welche aus Molekülschwingungen resultieren, vermessen werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise Rückschlüsse auf die Bindungsform der untersuchten Stoffe zu ziehen. Vorzugsweise werden die Signalintensitäten der Emissionslininen der Analytelemente der Probe anhand der Intensität der Emissionslinien des Hauptmatrixelements der Probe (z.B. im Fall von Stahl Fe(I) 273,0734 nm und/oder Fe(I) 371,993 nm) oder anderer nicht in Sättigung befindlicher Linien des Hauptmatrixelements und/oder nicht in Sättigung befindlicher Emissionslinien des Plasmagases (z.B. im Fall von Argon Ar(II) 434,806 nm und/oder Ar(II) 460,957 nm, bzw. im Fall von Neon bzw. Helium entsprechender Linien) und/oder der des in nullter Ordnung reflektierten Strahls referenziert. Die Rohsignalintensitäten oder die referenzierten Intensitäten werden anhand von Standardmaterialien bekannter chemischer Zusammensetzung kalibriert. Danach kann anhand der rohen bzw. referenzierten Signale von Proben bisher unbekannter Zusammensetzung die Zusammensetzung bestimmt werden.The decay of electronically excited states in the plasma emits light. The emitted light contains characteristic element-specific line spectra of the plasma gas or plasma gases and the atomized sample vapor contained therein. The light from the spectrometer is broken down into these and the intensity of the lines of defined wavelengths, which can be assigned to the analyte or reference elements, is determined. A spectrometer is preferably used which is suitable for reading out spectra and / or the intensity of individual emission lines with a repetition rate of up to 3 kHz. It is also provided that emissions resulting from molecular vibrations are measured with the spectrometer or a second spectrometer. This advantageously enables conclusions to be drawn about the form of binding of the substances examined. The signal intensities of the emission lines of the analyte elements of the sample are preferably based on the intensity of the emission lines of the main matrix element of the sample (e.g. in the case of steel Fe (I) 273.0734 nm and / or Fe (I) 371.993 nm) or other lines that are not in saturation of the main matrix element and / or non-saturation emission lines of the plasma gas (e.g. in the case of argon Ar (II) 434.806 nm and / or Ar (II) 460.957 nm, or in the case of neon or helium corresponding lines) and / or the of the beam reflected in the zeroth order is referenced. The raw signal intensities or the referenced intensities are calibrated using standard materials of known chemical composition. The composition can then be determined on the basis of the raw or referenced signals of samples of previously unknown composition.

Die Probe wird von dem fokussierten und gepulsten Laserstrahl abgerastert. Dazu wird die Probe schrittweise vom Probentisch so bewegt, dass der fokussierte Laserstrahl die Probenoberfläche nach jedem Bewegungsschritt an einem neuen Messpunkt innerhalb des zu erfassenden Rasters trifft. Die Probe wird in jedem Bewegungsschritt um eine Schrittweite bewegt. Vorzugsweise ist die Schrittweite aller Bewegungsschritte gleich groß. An jeder Position des Rasters, also am jeweiligen Messpunkt, wird eine Messung vorgenommen. Selbst bei einer Laser-Pulslänge von weniger als 10 ns, der Strecke zwischen zwei Rasterpunkten von weniger als 100 µm und 3000 Hz Wiederholrate ist es für die Geometrie des Laser-Ablationskraters (rund/oval) faktisch unerheblich, ob die Probe während des Ablationsschritts ortsfest ist oder mit z.B. 300 mm/s (3·10-3 µm in 10 ns) bewegt und ausschließlich an den Enden einer Rasterzeile verzögert und um eine Rasterzeile versetzt in die Gegenrichtung neu beschleunigt wird. Die Gesamtheit der Messpunkte ist der Messbereich. Bei 1000 untersuchten Messpunkten pro Sekunde und einer Schrittweite von 20 µm wird beispielsweise eine Fläche von 200 mm x 200 mm innerhalb von rund 34 Stunden und die gleiche Fläche mit einer Schrittweite von 100 µm innerhalb von 3,5 Stunden vermessen, wobei die Beschleunigung und die Verzögerung der Probe an den Zeilenanfängen und -enden außerhalb der zu untersuchenden Fläche bereits berücksichtigt sind.The sample is scanned by the focused and pulsed laser beam. For this purpose, the sample is moved step by step from the sample table in such a way that the focused laser beam hits the sample surface at a new measuring point within the grid to be recorded after each movement step. The sample is moved one step size in each movement step. The step size of all movement steps is preferably the same. A measurement is made at each position of the grid, i.e. at the respective measuring point. Even with a laser pulse length of less than 10 ns, the distance between two raster points of less than 100 µm and a repetition rate of 3000 Hz, it is virtually irrelevant for the geometry of the laser ablation crater (round / oval) whether the sample is stationary during the ablation step or is moved with, for example, 300 mm / s (3 · 10 -3 µm in 10 ns) and is only decelerated at the ends of a raster line and re-accelerated in the opposite direction offset by one raster line. The totality of the measuring points is the measuring range. With 1000 examined measuring points per second and a step size of 20 µm, for example, an area of 200 mm x 200 mm is measured within around 34 hours and the same area with a step size of 100 µm within 3.5 hours, with the acceleration and the Delay of the sample at the beginnings and ends of lines outside the area to be examined have already been taken into account.

Denkbar ist aber auch, dass ein erster Messbereich zunächst in einem ersten Messschritt mit einer größeren ersten Schrittweite abgerastert wird und aus den gewonnen Daten zweite Messbereiche im ersten Messbereich identifiziert werden, deren Analyse von hohem Interesse sein könnte. Dies könnten beispielsweise lokale Fehlstellen sein. Anschließend werden in einem zweiten Messschritt die zweiten Messbereiche mit einer kleineren Schrittweite abgerastert. Das ermöglicht in vorteilhafter Weise, das Verfahren zum einen zeitsparend und zum anderen mit einer hohen örtlichen Auflösung der interessanten Bereiche durchzuführen.However, it is also conceivable that a first measurement area is initially scanned in a first measurement step with a larger first step size and second measurement areas in the first measurement area, the analysis of which could be of great interest, are identified from the data obtained. This could be local defects, for example. Then, in a second measuring step, the second measuring areas are scanned with a smaller step size. This advantageously enables the method to be carried out, on the one hand, in a time-saving manner and, on the other hand, with a high spatial resolution of the areas of interest.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, den Laser zumindest teilweise und/oder das Spektrometer oberhalb der Raumtemperatur zu thermostatisieren, um Kondensation von Luftfeuchtigkeit zu vermeiden und die spektrometrische Stabilität sowohl während der Untersuchung einer Probe als auch zwischen zwei Kalibrierungen sicherzustellen.Furthermore, it is preferably provided to thermostate the laser at least partially and / or the spectrometer above room temperature in order to avoid condensation of air humidity and to ensure the spectrometric stability both during the examination of a sample and between two calibrations.

Denkbar ist auch, dass die optischen Komponenten, wie beispielsweise Optiken des Lasers und/oder des Spektrometers mit Prallflächen vor ablatiertem Material geschützt werden.It is also conceivable that the optical components, such as, for example, the optics of the laser and / or the spectrometer with baffles, are protected from ablated material.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten Verfahrensschritt als Plasmagas ein Gas oder Gasgemisch aufweisend Helium, Neon und/oder Argon verwendet wird.According to a preferred embodiment of the present invention it is provided that a gas or gas mixture comprising helium, neon and / or argon is used as the plasma gas in the first method step.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während des Verfahrensschrittes zur Evakuierung die Probenkammer von einer ersten Vakuumpumpe und mindestens einer zweiten Vakuumpumpe evakuiert wird, wobei zum Evakuieren der Probenkammer oberhalb eines Umschaltdrucks in der Probenkammer die erste Vakuumpumpe und die mindestens eine zweite Vakuumpumpe zum parallelen Pumpen mit der Probenkammer verbunden werden und bei Erreichen des Umschaltpunktes die erste Vakuumpumpe und die mindestens eine zweite Vakuumpumpe zum Pumpen in Reihe verbunden werden. Damit ist es möglich, die Probenkammer in sehr kurzer Zeit auf ein gutes Vakuum abzupumpen. Das zu erreichende Vakuum ist das ZielvakuumAccording to the invention, it is provided that during the process step for evacuation, the sample chamber is evacuated by a first vacuum pump and at least one second vacuum pump, the first vacuum pump and the at least one second vacuum pump for pumping in parallel with the sample chamber to evacuate the sample chamber above a switching pressure in the sample chamber are connected and when the switchover point is reached, the first vacuum pump and the at least one second vacuum pump are connected in series for pumping. This makes it possible to pump down the sample chamber to a good vacuum in a very short time. The vacuum to be achieved is the target vacuum

Vorzugsweise werden ölfreie Vakuumpumpen wie Scroll-, Schrauben- und/oder Wälzkolbenpumpen verwendet.Oil-free vacuum pumps such as scroll, screw and / or Roots pumps are preferably used.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Verfahrensschritt zur Evakuierung und Befüllung mit Plasmagas ein zur Probenkammer hin abgeschiebertes evakuiertes Puffervolumen zur Probenkammer hin geöffnet wird. Durch den damit verbundenen Druckausgleich zwischen Puffervolumen und Probenkammer sinkt der Luftdruck in der Probenkammer. Ist der Druckausgleich vollendet, wird das Puffervolumen wieder abgeschiebert. Dies ermöglicht weiterhin das Verkürzen der Zeit, welche vergeht, bis das Zielvakuum erreicht ist. Vorzugsweise werden im Messaufbau vorhandene Volumina als Puffervolumen verwendet. Dies können beispielsweise Innenvolumina von Gestellen, optischen Tischen, Rahmen oder Halterungen sein. Denkbar ist, das Puffervolumen mit der ersten Vakuumpumpe und/oder der zweiten Vakuumpumpe abzupumpen und/oder der Kombination aus Anspruch 2 abzupumpen. Weiterhin ist denkbar, das Puffervolumen zu evakuieren, sobald die Probenkammer nicht evakuiert wird, also beispielsweise während des Einlegens einer neuen Probe oder dem Messvorgang. Anschließend wird die Messkammer mit dem reinen Edelgas Argon, Neon oder Helium oder einer Mischung dieser Gase als Plasmagas auf einen geeigneten Zieldruck befüllt. Die beste Nachweisempfindlichkeit ist für verschiedene Analytelemente bei unterschiedlichen Zieldrücken erreicht. Ebenso ist auch die Geschwindigkeit, mit der der Austrag des Probenaerosols aus dem Bereich des Laserfokus erfolgt, vom Druck des Plasmagases abhängig. Da dieser Austrag vor dem nächten Laserpuls notwendig ist, ist die maximale Repetitionsrate, mit der die rasternde Untersuchung erfolgen kann, ebenfalls vom Zieldruck des Plasmagases abhängig.According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that before the method step for evacuation and filling with plasma gas, an evacuated buffer volume that is pushed off towards the sample chamber is opened to the sample chamber. As a result of the pressure equalization between the buffer volume and the sample chamber, the air pressure in the sample chamber drops. When the pressure equalization is complete, the buffer volume is pushed off again. This also makes it possible to shorten the time it takes for the target vacuum to be reached. Volumes present in the measurement setup are preferably used as buffer volumes. These can be internal volumes of racks, optical tables, frames or holders, for example. It is conceivable to pump out the buffer volume with the first vacuum pump and / or the second vacuum pump and / or to pump out the combination of claim 2. It is also conceivable to evacuate the buffer volume as soon as the sample chamber is not evacuated, for example while a new sample is being inserted or the measuring process. The measuring chamber is then filled with the pure noble gas argon, neon or helium or a mixture of these gases as plasma gas to a suitable target pressure. The best detection sensitivity is achieved for different analyte elements at different target pressures. The speed at which the sample aerosol is discharged from the area of the laser focus is also dependent on the pressure of the plasma gas. Since this discharge is necessary before the next laser pulse, the maximum repetition rate with which the scanning examination can be carried out is also dependent on the target pressure of the plasma gas.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass während des ersten Verfahrensschrittes oder während des ersten Verfahrensschrittes und des zweiten Verfahrensschrittes oder während des ersten Verfahrensschrittes und des zweiten Verfahrensschrittes und des dritten Verfahrensschrittes ein Gasstrom des Plasmagases in die Probenkammer geleitet wird, wobei bevorzugt bereits während des Verfahrensschrittes zur Evakuierung und Befüllung mit Plasmagas das Plasmagas diagonal durch die Probenkammer geleitet wird, wozu die Anschlüsse der Plasmagaszufuhr und der ersten Vakuumpumpe und/oder der zweiten Vakuumpumpe idealerweise maximale Entfernung von einander aufweisen. Vorzugsweise ist der Gasstrom laminar und wird entlang der Probenoberfläche, besonders bevorzugt entlang der Probenoberfläche und entlang der optischen Komponenten gerichtet. Durch die Verwendung von Neon und/oder Helium (1. Ionisationspotential bei 21,6 eV (Ne) bzw. 24,6 eV (He)) und/oder deren Mischungen mit Argon (1. Ionisationspotential bei 15,8 eV) als Plasmagas ist es möglich, auch Fluor, dessen intensive Emissionsübergänge vergleichsweise hoher Anregungsenergien bedürfen, elektronisch anzuregen und damit detektieren zu können. Durch das Leiten des Gasstroms entlang der Probenoberfläche wird weiterhin in vorteilhafter Weise ablatiertes Probenmaterial aus dem Messbereich entfernt und so sichergestellt, dass auch bei hohen Repetitionsraten im kHz-Bereich der folgende Laserpuls weder in die Aerosolwolke noch in Kondensat auf der Probenoberfläche vom vorangegangenen Puls trifft.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that a gas flow of the plasma gas is passed into the sample chamber during the first method step or during the first method step and the second method step or during the first method step and the second method step and the third method step, preferably During the process step for evacuation and filling with plasma gas, the plasma gas is passed diagonally through the sample chamber, for which purpose the connections for the plasma gas supply and the first vacuum pump and / or the second vacuum pump are ideally at a maximum distance from one another. The gas flow is preferably laminar and is directed along the sample surface, particularly preferably along the sample surface and along the optical components. By using neon and / or helium (1st ionization potential at 21.6 eV (Ne) or 24.6 eV (He)) and / or their mixtures with argon ( 1 . Ionization potential at 15.8 eV) as a plasma gas, it is possible to electronically excite and thus detect fluorine, whose intense emission transitions require comparatively high excitation energies. By guiding the gas flow along the sample surface, ablated sample material is also advantageously removed from the measurement area and thus ensures that the following laser pulse does not hit the aerosol cloud or condensate on the sample surface from the previous pulse, even at high repetition rates in the kHz range.

Denkbar ist weiterhin, dass während des Verfahrensschrittes zur Evakuierung der Probenkammer die Probenkammer von einem laminaren Plasmagasstrom diagonal durch die Probenkammer durchströmt wird. Damit wird in vorteilhafter Weise bewirkt, dass die Probenkammer in deutlich kürzerer Zeit durch das Plasmagas von der Raumluft freigespült wird.It is also conceivable that, during the method step for evacuating the sample chamber, a laminar plasma gas stream flows through the sample chamber diagonally. This advantageously has the effect that the sample chamber is flushed free of the room air by the plasma gas in a significantly shorter time.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Plasmagas umgewälzt und gefiltert wird. Damit ist es vorteilhaft möglich, weniger Plasmagas zu verbrauchen und eine Kontamination der Probenoberfläche wie auch der optischen und mechanischen Komponenten in der Messkammer und resultierende Schäden zu vermeiden. Vorzugsweise sind die Filter für den regelmäßigen Austausch gut zugänglich.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the plasma gas is circulated and filtered. This advantageously makes it possible to use less plasma gas and to avoid contamination of the sample surface as well as the optical and mechanical components in the measuring chamber and the resulting damage. The filters are preferably easily accessible for regular replacement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass als Messbereich ein Bereich von bevorzugt mehr als 10 mm x 10 mm, besonders bevorzugt von mehr als 210 mm x 210 mm, ganz besonders bevorzugt von mehr als 270 mm x 410 mm gewählt wird. Dies ermöglicht ein Vermessen von Proben in Größenordnungen, die in einem für industrielle Anwendungen interessanten Bereich liegen.According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that a range of preferably more than 10 mm × 10 mm, particularly preferably more than 210 mm × 210 mm, very particularly preferably more than 270 mm × 410 mm is selected as the measuring range . This enables samples to be measured in a range that is interesting for industrial applications.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass für ein Verschließen der Probenkammer alle zur Ausführung des Verfahrens notwendigen Komponenten auf die Probenoberfläche gesetzt werden und eine Wand der Probenkammer durch die Probenoberfläche gebildet wird. Dadurch ist es möglich, das Verfahren mobil durchzuführen und statt die Probe in die Probenkammer einzubauen, das gesamte Messinstrumentarium auf die Probe zu setzen. Denkbar ist, dass dabei zum Abrastern des Messbereichs nicht die Probe bewegt wird, sondern die aufgesetzten Komponenten bewegt werden. Dies könnte beispielsweise mit einem Industrieroboter erfolgen. Damit sind noch größere als die genannten Flächen mit vereinfachter Probennahme und -vorbereitung und somit mit sehr großer Geschwindigkeit zu untersuchen.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that all components necessary for performing the method are placed on the sample surface in order to close the sample chamber and a wall of the sample chamber is formed by the sample surface. This makes it possible to carry out the process in a mobile manner and instead of installing the sample in the sample chamber, the entire measuring instrument can be placed on the sample. It is conceivable that the sample is not moved to scan the measurement area, but rather the attached components are moved. This could be done with an industrial robot, for example. This means that there are even larger areas than those mentioned Simplified sampling and preparation and thus to examine at a very high speed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zur Vorbereitung auf die Messung eine Reagenzschicht, bevorzugt Graphit, Gold, Silber, Zinkoxid, Porphyrine, Phthalocyanin, Azoverbindungen, Benzoesäure, deren Ester oder Salze, welche das Reflexionsvermögen der Probenoberfläche verringert und/oder die Anregungseigenschaften des Probenplasmas erhöht, auf die Probenoberfläche aufgetragen wird. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Optimierung der Nachweisstärke erreicht. Denkbar ist, als Schicht zur Verringerung des Reflexionsvermögens beispielsweise einen Graphitfilm oder eine Schicht aus Metall- oder Metalloxidpartikeln mit geeigneter Partikelgröße aufzubringen, wobei die in diesen Partikeln enthaltenen Elemente ungleich der Analytelemente sein müssen. Vorteilhaft sind hier insbesondere Gold- und/oder Silber-Nanopartikel (Unabhängigkeit von den meisten analytischen Fragestellungen) sowie ZnO-Partikel im Fall von Stahl als Probenmatrix. Denkbar ist weiterhin, die Anregungseigenschaften des Probenplasmas etwa durch organische, gegebenenfalls aromatische, Verbindungen zu erhöhen, deren Bindungsenergien auf die Laserwellenlänge abgestimmt sind. Vorteilhaft sind Derivate aromatischer Verbindungen mit geringem Dampfdruck wie z.B. Benzoesäure und deren Ester und Salze, Porphyrine und Phthalocyanin und deren Metallkomplexe aber auch Azoverbindungen wie Natrium-4-[4-(Dimethylamino)phenylazo]benzolsulfonsäure und deren Ester und Salze. Parameter zur Optimierung der Anregungseigenschaften des Probenplasmas könnten beispielsweise die Elektronendichte oder die Gastemperatur sein. Denkbar ist aber auch, eine plasmonische Struktur aufzubringen, deren Elektronengasdichtekonfiguration zu lokalen Feldüberhöhungen und damit zu verbesserten Eigenschaften des Probenplasmas und/oder zu einer deutlich gesteigerten Detektierbarkeit von Molekülschwingungen führt.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that, in preparation for the measurement, a reagent layer, preferably graphite, gold, silver, zinc oxide, porphyrins, phthalocyanine, azo compounds, benzoic acid, its esters or salts, which reduces the reflectivity of the sample surface and / or the excitation properties of the sample plasma is increased, is applied to the sample surface. In this way, an optimization of the detection strength is achieved in an advantageous manner. It is conceivable, for example, to apply a graphite film or a layer of metal or metal oxide particles with a suitable particle size as a layer to reduce the reflectivity, the elements contained in these particles having to be different from the analyte elements. Particularly advantageous here are gold and / or silver nanoparticles (independent of most analytical issues) and ZnO particles in the case of steel as the sample matrix. It is also conceivable to increase the excitation properties of the sample plasma, for example, by means of organic, optionally aromatic, compounds whose binding energies are matched to the laser wavelength. Derivatives of aromatic compounds with low vapor pressure such as benzoic acid and its esters and salts, porphyrins and phthalocyanine and their metal complexes, but also azo compounds such as sodium 4- [4- (dimethylamino) phenylazo] benzenesulfonic acid and its esters and salts are advantageous. Parameters for optimizing the excitation properties of the sample plasma could be, for example, the electron density or the gas temperature. However, it is also conceivable to apply a plasmonic structure whose electron gas density configuration leads to local field increases and thus to improved properties of the sample plasma and / or to a significantly increased detectability of molecular vibrations.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem zyklischen Durchlaufen des ersten Verfahrensschrittes, des zweiten Verfahrensschrittes und des dritten Verfahrensschrittes ein Höhenprofil senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Probenoberfläche vermessen wird, wobei anhand des Höhenprofils durch das Höhenprofil verursachte Schwankungen der Messergebnisse kompensiert werden. Denkbar ist, dass das Höhenprofil mittels eines Linienlaserscanners ermittelt wird. Vorzugsweise wird aus dem Höhenprofil eine Kalibrationsmatrix ermittelt, mit der die gemessenen Intensitäten normiert und rechnerisch angepasst werden. Denkbar ist aber auch, dass der Laserfokus für jeden Messpunkt anhand des ermittelten Höhenprofils auf die Probenoberfläche eingestellt wird. Weiterhin ist denkbar, dass die Probenoberfläche für jeden Messpunkt anhand des ermittelten Höhenprofils mit dem Probentisch in den Laserfokus gefahren wird. Ferner ist denkbar, dass der Fokus des Lasers für jeden Messpunkt anhand des ermittelten Höhenprofils so an die Probenoberfläche angepasst wird, dass der Fokus des Lasers auf der Probenoberfläche liegt. Damit ist es möglich, Proben mit einfacher Probenvorbereitung zu vermessen und/oder die Messgenauigkeit zu erhöhen.According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that before the cyclical execution of the first method step, the second method step and the third method step, a height profile is measured perpendicular to the main plane of extent of the sample surface, with fluctuations in the measurement results caused by the height profile being compensated for using the height profile . It is conceivable that the height profile is determined by means of a line laser scanner. A calibration matrix is preferably determined from the height profile, with which the measured intensities are normalized and computationally adapted. However, it is also conceivable that the laser focus for each measuring point is set on the sample surface on the basis of the ascertained height profile. It is also conceivable that the sample surface is moved into the laser focus for each measuring point on the basis of the ascertained height profile with the sample table. It is also conceivable that the focus of the laser for each measuring point is adapted to the sample surface on the basis of the determined height profile in such a way that the focus of the laser lies on the sample surface. This makes it possible to measure samples with simple sample preparation and / or to increase the measurement accuracy.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass mittels eines Teleskops die Apertur des fokussierten Laserpulses eingestellt wird.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the aperture of the focused laser pulse is set by means of a telescope.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 zur schnellen ortsaufgelösten Elementverteilungsanalyse einer Probenoberfläche einer Probe von Werkstoffen, aufweisend einen Laser, ein Spektrometer, eine gasdichte Probenkammer, eine erste Vakuumpumpe, wobei die Probenoberfläche im Inneren der Probenkammer angeordnet ist,
wobei der Laser geeignet ist, ein kleines Volumen der Probe von der Probenoberfläche zu verdampfen, zumindest anteilig zu atomisieren und in einem Gasplasma elektronisch anzuregen, wobei das Spektrometer geeignet ist, ein Linienspektrum eines bei einem Zerfall des Gasplasmas entstehenden probenspezifischen Lichtes oder einzelne Spektrallinien daraus, Referenzlinien sowie Molekülbanden zu registrieren.
Die zu untersuchende Probe befindet sich in der Probenkammer mit der zu untersuchenden Probenoberfläche dem fokussierten Strahl des Lasers zugewandt. Die Probenoberfläche ist vorzugsweise an der zu untersuchenden Fläche plangefräst oder plangeschliffen, so dass der arithmetische Mittenrauwert Ra (siehe DIN EN 10049:2014-03 ) weniger als 10 µm, vorzugsweise weniger als 5 µm, besonders bevorzugt maximal 3 µm beträgt. Vorzugsweise beträgt der Welligkeitswert Wa (siehe DIN EN ISO 4287:2010-07 ) weniger als 60 µm, bevorzugt weniger als 40 µm, besonders bevorzugt maximal 20 µm. Vorzugsweise weist der Laser einen Laserkopf und Laserpumpmodule auf, wobei besonders bevorzugt der Laserkopf und/oder die Laserpumpmodule und/oder das Spektrometer oberhalb der Raumtemperatur thermostatisiert sind. Dies garantiert Messergebnisse mit stabiler Qualität über eine auch zeitlich weit ausgedehnte Untersuchung.
Another object of the present invention for solving the problem set out at the beginning is a device according to claim 11 for the rapid, spatially resolved element distribution analysis of a sample surface of a sample of materials, comprising a laser, a spectrometer, a gas-tight sample chamber, a first vacuum pump, the sample surface inside the Sample chamber is arranged,
The laser is suitable for evaporating a small volume of the sample from the sample surface, at least partially atomizing it and electronically stimulating it in a gas plasma, the spectrometer being suitable for generating a line spectrum of a sample-specific light produced when the gas plasma decays or individual spectral lines therefrom, To register reference lines as well as molecular bands.
The sample to be examined is located in the sample chamber with the sample surface to be examined facing the focused beam of the laser. The sample surface is preferably milled or ground flat on the surface to be examined, so that the arithmetic mean roughness value R a (see DIN EN 10049: 2014-03 ) is less than 10 μm, preferably less than 5 μm, particularly preferably a maximum of 3 μm. The waviness value W a is preferably (see DIN EN ISO 4287: 2010-07 ) less than 60 μm, preferably less than 40 μm, particularly preferably a maximum of 20 μm. The laser preferably has a laser head and laser pump modules, the laser head and / or the laser pump modules and / or the spectrometer being particularly preferably thermostated above room temperature. This guarantees measurement results with stable quality over an investigation that is extended over a long period of time.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Probe auf einem in der Haupterstreckungsebene verfahrbaren Probentisch befestigt ist. Vorzugsweise ist der Probentisch senkrecht zum Laserstrahl relativ zum Fokus des Laserstahls bewegbar, so dass der Fokus des Laserstrahls im Messpunkt in der Probenoberfläche liegt. Die minimale Verfahrweite des Probentisches liegt vorzugsweise bei weniger als 50 µm, besonders bevorzugt bei weniger als 30 µm, insbesondere weniger als 15 µm. Die uni- beziehungsweise bidirektionale Wiederhohlgenauigkeit des Probentisches beträgt vorzugsweise weniger als 2 µm beziehungsweise +/- 10 µm, besonders bevorzugt weniger als 1 µm beziehungsweise +/- 5 µm, insbesondere weniger als 0,5 µm beziehungsweise +/- 2,5 µm. Die maximale Positioniergeschwindigkeit beträgt vorzugsweise mehr als 50 mm/s, besonders bevorzugt mehr als 100 mm/s. Die Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung des Probentisches beträgt vorzugsweise weniger als 150 mm/s2, besonders bevorzugt weniger als 100 mm/s2. Der Probentisch ist vorzugsweise geeignet, Proben von einer Größe von bis zu 210 mm x 210 mm, einer Dicke von bis zu 30 mm und einem Gewicht von bis zu 11 kg, besonders bevorzugt von einer Größe von bis zu 410 mm mm x 270 mm, einer Dicke von bis zu 50 mm und einem Gewicht von bis zu 45 kg. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Probentisch eine Mehrzahl von Proben, vorzugsweise bis zu zehn Proben, aufzunehmen, deren Gesamtdimensionen nicht die Dimensionen überschreitet, die der Probentisch aufzunehmen geeignet ist. Damit ist es möglich, Proben in den gewünschten Größen zu untersuchen.It is preferably provided that the sample is attached to a sample table that can be moved in the main extension plane. The sample table is preferably perpendicular to the laser beam relative to the The focus of the laser beam can be moved so that the focus of the laser beam is in the measuring point on the sample surface. The minimum travel distance of the sample table is preferably less than 50 μm, particularly preferably less than 30 μm, in particular less than 15 μm. The unidirectional or bidirectional repeat accuracy of the sample table is preferably less than 2 μm or +/- 10 μm, particularly preferably less than 1 μm or +/- 5 μm, in particular less than 0.5 μm or +/- 2.5 μm. The maximum positioning speed is preferably more than 50 mm / s, particularly preferably more than 100 mm / s. The acceleration or deceleration of the sample table is preferably less than 150 mm / s 2 , particularly preferably less than 100 mm / s 2 . The sample table is preferably suitable for taking samples of a size of up to 210 mm x 210 mm, a thickness of up to 30 mm and a weight of up to 11 kg, particularly preferably of a size of up to 410 mm x 270 mm, a thickness of up to 50 mm and a weight of up to 45 kg. Provision is preferably made for the sample table to receive a plurality of samples, preferably up to ten samples, the overall dimensions of which do not exceed the dimensions which the sample table is suitable for receiving. This makes it possible to examine samples in the desired sizes.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Probenkammer über eine Lichtquelle und/oder eine Kamera verfügt. Damit kann in vorteilhafter Weise eine Messposition angefahren werden.Furthermore, it is preferably provided that the sample chamber has a light source and / or a camera. A measurement position can thus be approached in an advantageous manner.

Der fokussierte Laserstrahl beleuchtet einen Messpunkt auf der Probenoberfläche. Durch Laserablation wird ein Volumen der Probenoberfläche verdampft und im Gasplasma elektronisch angeregt. Der Laser ist vorzugsweise ein diodengepumpter gütegeschalteter Festkörperlaser, dessen Wellenlänge zwischen 400 nm und 2200 nm , bevorzugt zwischen 1000 nm und 1100 nm, besonders bevorzugt bei circa 1030 nm oder circa 1064 nm und dessen Pulsdauer zwischen 0,1 ns und 20 ns Halbwertsbreite, bevorzugt zwischen 5 ns und 10 ns, dessen Pulsenergie zwischen 0,1 mJ und 10 mJ, bevorzugt zwischen 1 mJ und 5 mJ, insbesondere bei 2 mJ und dessen Strahlprofilqualität M2 bevorzugt zwischen 1,0 und 1,2, jedoch zumindest unterhalb von 1,3 (bei TEMoo) liegt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Laser geeignet ist, koaxiale Doppel- oder Mehrfachpulse mit zwischen 1 µs und 20 µs variablem, vorzugsweise 0,5 µs genau einstellbarem, besonders bevorzugt 0,1 µs genau einstellbarem, zeitlichem Abstand zwischen den Teilpulsen ausgegeben, bei denen die Pulsenergie der Teilpulse gleich oder aber auch definiert ungleich über alle Teilpulse verteilt sein kann. Vorzugsweise ist der Laser geeignet ist, bei einer lateralen Auflösung von bevorzugt weniger als 40 µm, besonders bevorzugt weniger als 20 µm, (beides bezogen auf eine Fe-Matrix) Probenmaterial zu ablatieren und Probenplasmen mit hinreichend großer Emissionsintensität zu erzeugen. Der Laser besitzt vorzugsweise eine Repetitionsrate von 400 Hz bis 5000 Hz, besonders bevorzugt von 1000 Hz bis 2000 Hz, ganz besonders bevorzugt von 800 Hz bis 1200 Hz. Die Wellenlänge des Lasers liegt vorzugsweise zwischen 200 nm und 2000 nm, besonders bevorzugt zwischen 1000 nm und 1100 nm, insbesondere bei 1030 nm oder 1064 nm +/- 5 nm. Die Pulsenergie des Lasers liegt vorzugsweise zwischen 0,1 mJ und 10 mJ, besonders bevorzugt zwischen 1 mJ und 4 mJ, insbesondere bei 2 mJ +/- 0,5 mJ. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Intensität des Lasers mit einer Irisblende und/oder einem gegeneinander verdrehbaren Polarisationsfilterpaar und/oder einem drehbaren halbdurchlässigen Spiegel reproduzierbar abschwächbar ist. Vorzugsweise ist mit Hilfe optischer Komponenten, besonders bevorzugt mit einem Teleskopaufbau, die Aufweitung des Laserstrahls verringerbar. Das ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Vergrößerung der Schärfentiefe des fokussierten Laserstrahls und verringert damit die Abhängigkeit der Emissionsintensität des Plasmas von der Probentopografie.The focused laser beam illuminates a measuring point on the sample surface. A volume of the sample surface is vaporized by laser ablation and electronically excited in the gas plasma. The laser is preferably a diode-pumped Q-switched solid-state laser, whose wavelength is between 400 nm and 2200 nm, preferably between 1000 nm and 1100 nm, particularly preferably about 1030 nm or about 1064 nm and whose pulse duration is between 0.1 ns and 20 ns half-width between 5 ns and 10 ns, its pulse energy between 0.1 mJ and 10 mJ, preferably between 1 mJ and 5 mJ, in particular at 2 mJ and its beam profile quality M 2 preferably between 1.0 and 1.2, but at least below 1 , 3 (at TEMoo). It is preferably provided that the laser is suitable for outputting coaxial double or multiple pulses with a time interval between the partial pulses variable between 1 μs and 20 μs, preferably 0.5 μs precisely adjustable, particularly preferably 0.1 μs precisely adjustable, between the partial pulses the pulse energy of the partial pulses can be distributed equally or also in a defined unequal manner over all partial pulses. The laser is preferably suitable for ablating sample material with a lateral resolution of preferably less than 40 µm, particularly preferably less than 20 µm (both based on an Fe matrix) and generating sample plasmas with sufficiently high emission intensity. The laser preferably has a repetition rate of 400 Hz to 5000 Hz, particularly preferably from 1000 Hz to 2000 Hz, very particularly preferably from 800 Hz to 1200 Hz. The wavelength of the laser is preferably between 200 nm and 2000 nm, particularly preferably between 1000 nm and 1100 nm, in particular at 1030 nm or 1064 nm +/- 5 nm. The pulse energy of the laser is preferably between 0.1 mJ and 10 mJ, particularly preferably between 1 mJ and 4 mJ, in particular at 2 mJ +/- 0, 5 mJ. Furthermore, it is provided that the intensity of the laser can be attenuated in a reproducible manner with an iris diaphragm and / or a pair of polarization filters that can be rotated relative to one another and / or a rotatable semitransparent mirror. The expansion of the laser beam can preferably be reduced with the aid of optical components, particularly preferably with a telescope structure. This advantageously enables the depth of field of the focused laser beam to be increased and thus reduces the dependence of the emission intensity of the plasma on the sample topography.

Vorzugsweise ist der Laserstrahl zur Minimierung von Abbildungsfehlern mittels asphärischer konvexer Linse oder eines aus mehreren sphärischen konvexen und konkaven Linsen fokussiert. Der Laserstrahl beleuchtet einen Messpunkt auf der Probenoberfläche. Durch das Zerfallen von angeregten Zuständen des Probenmaterials im Gasplasma wird für die Probenzusammensetzung spezifisches Licht emittiert. Das emittierte Licht enthält charakteristische elementspezifische Linienspektren. In diese wird das Licht von dem Spektrometer zerlegt und die Wellenlängen der Linien und deren Intensitäten bestimmt. Vorzugsweise ist das Spektrometer geeignet, mit bis zu 5 kHz Wiederholrate Spektren oder diskrete Elementlinien aufzunehmen und auszulesen. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Spektrometer oder ein zweites Spektrometer Emissionen, welche aus Molekülschwingungen resultieren, registrieren kann. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise Rückschlüsse auf die Bindungsform der untersuchten Stoffe zu ziehen.In order to minimize aberrations, the laser beam is preferably focused by means of an aspherical convex lens or one of several spherical convex and concave lenses. The laser beam illuminates a measuring point on the sample surface. Due to the disintegration of excited states of the sample material in the gas plasma, specific light is emitted for the sample composition. The emitted light contains characteristic element-specific line spectra. The light is split into these by the spectrometer and the wavelengths of the lines and their intensities are determined. The spectrometer is preferably suitable for recording and reading out spectra or discrete element lines with a repetition rate of up to 5 kHz. It is also provided that the spectrometer or a second spectrometer can register emissions that result from molecular vibrations. This advantageously enables conclusions to be drawn about the form of binding of the substances examined.

Der fokussierte und gepulste Laserstrahl rastert die Probe ab. Dazu ist die Probe schrittweise vom Probentisch so bewegbar, dass der Laserstrahl die Probenoberfläche nach jedem Bewegungsschritt an einem neuen Messpunkt trifft.The focused and pulsed laser beam scans the sample. For this purpose, the sample can be moved step by step from the sample table in such a way that the laser beam hits the sample surface at a new measuring point after each movement step.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, den Laser zumindest teilweise und/oder das Spektrometer zu thermostatisieren. Die Zieltemperatur ist idealerweise oberhalb der Umgebungstemperatur um Kondensatbildung zu vermeiden.Furthermore, it is preferably provided to at least partially thermostate the laser and / or the spectrometer. The target temperature is ideally above the ambient temperature in order to avoid the formation of condensation.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens eine zweite Vakuumpumpe aufweist, wobei die Anordnung der ersten Vakuumpumpe und der mindestens einen zweiten Vakuumpumpe zwischen paralleler Anordnung und sequentieller Anordnung der ersten Vakuumpumpe und der mindestens einen zweiten Vakuumpumpe umschaltbar ist. Vorzugsweise sind die Vakuumpumpen ölfrei.According to the invention it is provided that the device has at least one second vacuum pump, the arrangement of the first vacuum pump and the at least one second vacuum pump being switchable between parallel arrangement and sequential arrangement of the first vacuum pump and the at least one second vacuum pump. The vacuum pumps are preferably oil-free.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein zur Probenkammer hin abschieberbares Puffervolumen zum Puffern eines Vakuums aufweist. Das Puffervolumen ist abgeschiebert evakuierbar. Wird das abgeschieberte evakuierte Puffervolumen zur Probenkammer hin geöffnet, so sinkt der Druck in der Probenkammer durch einen Druckausgleich zwischen Probenkammer und Puffervolumen. Ist der Druckausgleich vollendet, wird das Puffervolumen wieder abgeschiebert. Dies ermöglicht weiterhin das Verkürzen der Zeit, welche vergeht, bis das Zielvakuum erreicht ist. Vorzugsweise besteht das Puffervolumen aus im Messaufbau vorhandenen Volumina. Dies können beispielsweise Innenvolumina von Gestellen, optischen Tischen, Rahmen oder Halterungen sein. Denkbar ist, das Puffervolumen mit der ersten Vakuumpumpe und/oder der zweiten Vakuumpumpe abzupumpen und/oder der Kombination aus Anspruch 2 evakuierbar auszuführen. Aufgrund der optischen Transparenz im relevanten Wellenlängenbereich zwischen 120 nm und 800 nm sowie des für die elektronische Anregung der o.g. Analytelemente einschließlich des besonders schwer anzuregenden Fluors notwenigen ersten Ionisationspotentials sind die Edelgase Argon, Neon und Helium sowie aus Kostengründen Mischungen daraus vorteilhaft.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the device has a buffer volume which can be pushed off towards the sample chamber for buffering a vacuum. The buffer volume can be evacuated when it is shut off. If the evacuated buffer volume that has been pushed off is opened to the sample chamber, the pressure in the sample chamber drops due to a pressure equalization between the sample chamber and the buffer volume. When the pressure equalization is complete, the buffer volume is pushed off again. This also makes it possible to shorten the time it takes for the target vacuum to be reached. The buffer volume preferably consists of volumes present in the measurement setup. These can be internal volumes of racks, optical tables, frames or holders, for example. It is conceivable to pump out the buffer volume with the first vacuum pump and / or the second vacuum pump and / or to make it evacuable according to the combination of claim 2. Due to the optical transparency in the relevant wavelength range between 120 nm and 800 nm and the first ionization potential necessary for the electronic excitation of the above-mentioned analyte elements, including the particularly difficult to excite fluorine, the noble gases argon, neon and helium and, for reasons of cost, mixtures thereof are advantageous.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstromes des Plasmagases in der Probenkammer aufweist. Der Gasstrom ist vorzugsweise so ausgeführt, dass er die Lage des Laserfokus nicht beeinflusst.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the device has a device for generating a gas flow of the plasma gas in the sample chamber. The gas flow is preferably designed so that it does not affect the position of the laser focus.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Umwälzung und einen Filter zum Reinigen des Plasmagases aufweist. Damit ist es vorteilhaft möglich, den Gasverbrauch zu reduzieren und die Verschmutzung der Probenoberfläche sowie der optischen und mechanischen Komponenten zu minimieren und Geräteschäden zu vermeiden.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the device has a device for circulation and a filter for cleaning the plasma gas. It is thus advantageously possible to reduce gas consumption and to minimize contamination of the sample surface as well as the optical and mechanical components and to avoid damage to the device.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Probe eine Wand der Probenkammer ist. Dadurch ist es möglich, die Vorrichtung mobil einsetzbar auszuführen. Die Vorrichtung kann so vorteilhaft auf eine Probe ausgesetzt werden. Denkbar ist, dass die Teile der Vorrichtung, welche in der Probenkammer angebracht sind und die Teile der Probenkammer, welche nicht die Probe sind, als Messkopf ausgeführt sind. Weiterhin ist denkbar, dass der Messkopf zum Untersuchen eines Messbereichs über die Probe bewegbar ausgeführt ist. Ferner ist denkbar, dass der Messkopf dazu an einem Industrieroboter angebracht ist.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the sample is a wall of the sample chamber. This makes it possible to use the device as a mobile device. The device can thus advantageously be exposed to a sample. It is conceivable that the parts of the device which are attached in the sample chamber and the parts of the sample chamber which are not the sample are designed as a measuring head. It is also conceivable that the measuring head for examining a measuring area is designed to be movable over the sample. It is also conceivable that the measuring head is attached to an industrial robot for this purpose.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Probenoberfläche relativ zur Position des Fokus des Laserstrahls um einen Bereich entlang der Haupterstreckungsebene der Probenoberfläche von bevorzugt mehr als 10 mm x 10 mm, besonders bevorzugt von mehr als 210 mm x 210 mm, ganz besonders bevorzugt von mehr als 270 mm x 410 mm bewegbar ist, wobei die minimale Schrittweite der Bewegung entlang der Haupterstreckungsebene bevorzugt weniger als 20 µm, besonders bevorzugt weniger als 15 µm beträgt. Dies ermöglicht die Untersuchung von Messbereichen in Größenordnungen, welche interessant sind für industrielle Anwendungen mit hoher Ortsauflösung.According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that the sample surface relative to the position of the focus of the laser beam around an area along the main extension plane of the sample surface of preferably more than 10 mm x 10 mm, particularly preferably more than 210 mm x 210 mm, is very particularly preferably movable by more than 270 mm × 410 mm, the minimum step size of the movement along the main plane of extent preferably being less than 20 μm, particularly preferably less than 15 μm. This enables the investigation of measuring ranges in orders of magnitude, which are interesting for industrial applications with high spatial resolution.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Vermessung eines Höhenprofils der Probenoberfläche senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Probenoberfläche aufweist. Denkbar ist, dass die Einrichtung zur Vermessung des Höhenprofils einen Linienlaserscanner aufweist.According to a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the device has a device for measuring a height profile of the sample surface perpendicular to the main extension plane of the sample surface. It is conceivable that the device for measuring the height profile has a line laser scanner.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Die Zeichnung illustriert dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.Further details, features and advantages of the invention emerge from the drawing and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawing. The drawing only illustrates exemplary embodiments of the invention, which do not restrict the essential inventive concept.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt eine schematische Abbildung der Erzeugung des Probenplasmas und des dadurch entstehenden Lichtes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic illustration of the generation of the sample plasma and the resulting light according to a preferred embodiment of the invention.
  • 2 zeigt eine schematische Abbildung der Erzeugung des Probenplasmas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic illustration of the generation of the sample plasma according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung der Verschaltung der ersten Vakuumpumpe und der zweiten Vakuumpumpe in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a schematic representation of the interconnection of the first vacuum pump and the second vacuum pump in a preferred embodiment of the invention.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung der Verschaltung der ersten Vakuumpumpe, der zweiten Vakuumpumpe und des Puffervolumens in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 4th shows a schematic representation of the interconnection of the first vacuum pump, the second vacuum pump and the buffer volume in a preferred embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually only named or mentioned once.

In 1 ist schematisch das Grundprinzip der Laserablation von Probenmaterial sowie Erzeugung des Gasplasmas 4' und des dadurch entstehenden Lichtes 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein thermostatisierter diodengepumpter gütegeschalteter Laser (nicht gezeigt) emittiert einen Laserstrahl 4 mit 1064 nm Wellenlänge mit Doppelpulsen mit einer Pulsenergie von 2 mJ. Der Laserstrahl 4 wird mit optischen Komponenten (nicht gezeigt) auf eine Messstelle auf der Probenoberfläche 2 der Probe 1 gelenkt und weitestgehend kollimiert. Das entstehende Gaussprofil des Laserstahls 4 besitzt damit eine große Rayleigh-Länge. Ein gegeneinander verdrehtes Paar aus Polarisationsfiltern (nicht gezeigt) regelt die Intensität des Laserstrahls 4 hinunter, um für eine optimale laterale Auflösung die Größe des Ablationskraters reduzieren zu können.In 1 is a schematic of the basic principle of laser ablation of sample material and generation of the gas plasma 4 ' and the resulting light 3 shown in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. A thermostated diode-pumped Q-switched laser (not shown) emits a laser beam 4th with 1064 nm wavelength with double pulses with a pulse energy of 2 mJ. The laser beam 4th is applied with optical components (not shown) to a measuring point on the sample surface 2 the sample 1 steered and largely collimated. The resulting Gaussian profile of the laser beam 4th thus has a great Rayleigh length. A pair of polarization filters (not shown) that are twisted against each other regulate the intensity of the laser beam 4th down to be able to reduce the size of the ablation crater for optimal lateral resolution.

Der fokussierte Laserstrahl 4 ablatiert mit dem ersten Laserpuls des Doppelpulses Teile der Probe 1 an der Probenoberfläche 2 an der Messstelle. Die ablatierten Teile der Probe 1 werden vom Laserstahl 4 mit dem zweiten Laserpuls des Doppelpulses zum Gasplasma 4' elektronisch angeregt. Beim Zerfall der angeregten Zustände im Gasplasma 4' emittiert dieses Licht 3 mit einem Linien- und Bandenspektrum, welches charakteristisch für die im ablatierten Material vorhandenen Elemente und Elementverbindungen ist. Von einem thermostatisierten Spektrometer (nicht gezeigt) werden Intensität und Wellenlängen der Spektrallinien und Banden des Spektrums aufgenommen. Das Spektrometer referenziert die Messung dabei im Fall von Stahl als Probenmaterial an den Emissionslinien Fe(I) 273,0734 nm und/oder Fe(I) 371,993 nm sowie im Fall von Argon als Plasmagas an den LinienAr(II) 434,806 nm und Ar(II) 460,957 nm. Insbesondere werden vom Spektrometer auch Molekülbanden gemessen.The focused laser beam 4th ablates parts of the sample with the first laser pulse of the double pulse 1 on the sample surface 2 at the measuring point. The ablated parts of the specimen 1 are from the laser beam 4th with the second laser pulse of the double pulse to the gas plasma 4 ' electronically stimulated. When the excited states in the gas plasma decay 4 ' emits this light 3 with a line and band spectrum, which is characteristic of the elements and element connections present in the ablated material. Intensity and wavelengths of the spectral lines and bands of the spectrum are recorded by a thermostatted spectrometer (not shown). The spectrometer references the measurement in the case of steel as sample material on the emission lines Fe (I) 273.0734 nm and / or Fe (I) 371.993 nm and in the case of argon as plasma gas on the lines Ar (II) 434.806 nm and Ar ( II) 460.957 nm. In particular, the spectrometer also measures molecular bands.

Die Probenoberfläche 2 ist plangefräst und mit einer Reagenzschicht zur Verminderung des Reflexionsvermögens der Probenoberfläche und einer Schicht zur Verstärkung der Anregungseigenschaften des Gasplasmas 4' versehen.The sample surface 2 is milled flat and with a reagent layer to reduce the reflectivity of the sample surface and a layer to enhance the excitation properties of the gas plasma 4 ' Mistake.

Die Probe 1 ist auf einem Probentisch (nicht gezeigt) montiert. Der Probentisch trägt die bis zu 410 mm x 270 mm große, 50 mm dicke und 45 kg schwere Probe 1. Um einen Messbereich (nicht gezeigt) auf der Probenoberfläche 2 zu untersuchen, bewegt der Probentisch die Probe 1 entlang ihrer Haupterstreckungsebene Messpunkt für Messpunkt mäanderförmig über den vom Benutzer zuvor festgelegten Messbereich mit einer Schrittweite von 20 µm. An jedem Messpunkt wird durch einen Laserpuls ein Plasma erzeugt und ein Spektrum oder Teile daraus aufgenommen.The sample 1 is mounted on a sample table (not shown). The sample table carries the sample up to 410 mm x 270 mm in size, 50 mm in thickness and 45 kg in weight 1 . Around a measurement area (not shown) on the sample surface 2 to examine, the sample table moves the sample 1 along its main extension plane, measuring point by measuring point, meandering over the measuring range previously defined by the user with a step size of 20 µm. A laser pulse is used to generate a plasma at each measuring point and a spectrum or parts of it are recorded.

Um besonders aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, wird vor Beginn der Messung des Messbereichs ein Höhenprofil der Probenoberfläche 2 aufgenommen. Mit Hilfe dieses Höhenprofils werden die gewonnen Daten hinsichtlich der aufgenommenen Intensitäten für jeden Messpunkt innerhalb der rasternd erfassten Fläche normiert.In order to obtain particularly meaningful results, a height profile of the sample surface is created before starting the measurement of the measuring range 2 recorded. With the help of this height profile, the data obtained are normalized with regard to the recorded intensities for each measuring point within the rasterized area.

In 2 ist schematisch die Erzeugung des Probenaerosols und des Gasplasmas 4' gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Vor der Messung wird die Probenkammer 7 von Luft evakuiert. Um den störenden Einfluss von Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid zu verringern, wird schon beim Evakuieren die Probenkammer diagonal mit dem Plasmagas, welches ein Gemisch aus Argon und Neon ist, gespült und auf einen Zieldruck aufgefüllt. Während der Messung wird ein laminarer Gasstrom 5 aus Plasmagas entlang der Probenoberfläche 2 geführt. Dieser Gasstrom 5 nimmt ablatiertes Material mit sich und verhindert so eine Kontamination der noch zu untersuchenden Stellen und eine Verfälschung der Messdaten sowie eine Schädigung der mechanischen und optischen Komponenten in der Messkammer. Der Gasstrom 5 wird umgewälzt und in einem Filter 6 gefiltert. Zur Verringerung der Messzeit wird der Messbereich zunächst grob mit großer Schrittweite vermessen. Eine Analyse der gewonnen Daten zeigt interessante Bereiche im Messbereich. Diese Bereiche werden dann erneut, nun mit einer geringen Schrittweite, also einer hohen Ortsauflösung, untersucht.In 2 is a schematic of the generation of the sample aerosol and the gas plasma 4 ' shown in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. Before the measurement, the sample chamber 7th evacuated by air. In order to reduce the disruptive influence of oxygen, nitrogen and carbon dioxide, the sample chamber is flushed diagonally with the plasma gas, which is a mixture of argon and neon, and filled to a target pressure during evacuation. During the measurement there is a laminar gas flow 5 from plasma gas along the sample surface 2 guided. This gas flow 5 takes ablated material with it and thus prevents contamination of the areas still to be examined and falsification of the measurement data as well as damage to the mechanical and optical components in the measurement chamber. The gas flow 5 is circulated and in a filter 6th filtered. To reduce the measuring time, the measuring range is first roughly measured with a large step size. An analysis of the data obtained shows interesting areas in the measuring range. These areas are then examined again, now with a small step size, that is to say with a high spatial resolution.

In 3 ist schematisch die Verschaltung der ersten Vakuumpumpe 8 und der zweiten Vakuumpumpe 9 mit der Probenkammer 7 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Zum Evakuieren bei hohen Drücken in der Probenkammer 7 sind die erste Vakuumpumpe 8 und die zweite Vakuumpumpe 9 mit den ersten Ventilen 10 so verschaltet, dass diese parallel die Probenkammer 7 evakuieren. Dadurch ergibt sich ein schnelleres Evakuieren. Wenn der Druck in der Probenkammer 7 unter einen bestimmten Wert gesunken ist, werden die ersten Ventile 10 so verschaltet, dass die zweite Vakuumpumpe 9 hinter der ersten Vakuumpumpe 8 geschaltet ist. Dadurch ist ein besseres Zielvakuum möglich.In 3 is a schematic of the circuitry of the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 with the sample chamber 7th illustrated in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. For evacuation at high pressures in the sample chamber 7th are the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 with the first valves 10 wired so that these parallel the sample chamber 7th evacuate. This results in faster evacuation. When the pressure in the sample chamber 7th has fallen below a certain value, the first valves 10 wired so that the second vacuum pump 9 behind the first vacuum pump 8th is switched. This enables a better target vacuum.

In 4 ist schematisch die Verschaltung der ersten Vakuumpumpe 8 und der zweiten Vakuumpumpe 9 mit der Probenkammer 7 und dem Puffervolumen 11 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Während einer vorherigen Messung wird das Puffervolumen 11, welches sich im Inneren des Geräterahmens (nicht gezeigt) der Vorrichtung befindet, von der ersten Vakuumpumpe 8 und der zweiten Vakuumpumpe 9 evakuiert. Dies geschieht zunächst dadurch, dass die erste Vakuumpumpe 8 und die zweite Vakuumpumpe 9 parallel betrieben werden. Fällt der Druck im Puffervolumen 11 unter einen bestimmten Wert, so werden die erste Vakuumpumpe 8 und die zweite Vakuumpumpe 9 mit den ersten Ventilen 10 und den zweiten Ventilen 10' so verschaltet, dass die zweite Vakuumpumpe 9 hinter der ersten Vakuumpumpe geschaltet ist. Ist die vorherige Messung beendet und eine neue Probe in die Probenkammer 7 eingelegt, so werden die erste Vakuumpumpe 8 und die zweite Vakuumpumpe 9 mit den ersten Ventilen 10 und den zweiten Ventilen 10' so verschaltet, dass diese die Probenkammer 7 evakuieren. Gleichzeitig wird das Puffervolumen 11 über ein drittes Ventil (nicht gezeigt) zur Probenkammer 7 hin geöffnet. Es findet ein Druckausgleich zwischen der Probenkammer 7 und dem Puffervolumen 11 statt, wodurch der Druck in der Probenkammer 7 sinkt. Ist der Druckausgleich abgeschlossen, wird das dritte Ventil geschlossen und die Probenkammer 7 weiter abgepumpt. Wie das Puffervolumen 11 wird auch die Probenkammer 7 zunächst mit einer Parallelschaltung der ersten Vakuumpumpe 8 und der zweiten Vakuumpumpe 9 evakuiert. Unterschreitet der Druck im Inneren der Probenkammer 7 einen bestimmten Wert, so werden mit Hilfe der ersten Ventile 10 und der zweiten Ventile 10' die erste Vakuumpumpe 8 und die zweite Vakuumpumpe 9 so verschaltet, dass die zweite Vakuumpumpe 9 hinter der ersten Vakuumpumpe 8 geschaltet ist.In 4th is a schematic of the circuitry of the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 with the sample chamber 7th and the buffer volume 11th illustrated in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. During a previous measurement, the buffer volume 11th , which is located inside the device frame (not shown) of the device, from the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 evacuated. This is done first by having the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 operated in parallel. The pressure in the buffer volume falls 11th below a certain value, it will be the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 with the first valves 10 and the second valves 10 ' wired so that the second vacuum pump 9 is connected behind the first vacuum pump. Is the previous measurement finished and a new sample in the sample chamber 7th inserted, the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 with the first valves 10 and the second valves 10 ' wired in such a way that this is the sample chamber 7th evacuate. At the same time the buffer volume 11th via a third valve (not shown) to the sample chamber 7th open to. There is a pressure equalization between the sample chamber 7th and the buffer volume 11th instead, reducing the pressure in the sample chamber 7th sinks. Once the pressure equalization has been completed, the third valve is closed and the sample chamber is closed 7th further pumped out. Like the buffer volume 11th also becomes the sample chamber 7th initially with a parallel connection of the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 evacuated. If the pressure inside the sample chamber falls below 7th a certain value, so with the help of the first valves 10 and the second valves 10 ' the first vacuum pump 8th and the second vacuum pump 9 wired so that the second vacuum pump 9 behind the first vacuum pump 8th is switched.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Probesample
22
ProbenoberflächeSample surface
33
Lichtlight
44th
Laserstrahllaser beam
4'4 '
Gasplasma mit darin elektronisch angeregtem ProbenmaterialGas plasma with electronically excited sample material in it
55
GasstromGas flow
66th
Filterfilter
77th
ProbenkammerSample chamber
88th
Erste VakuumpumpeFirst vacuum pump
99
Zweite VakuumpumpeSecond vacuum pump
1010
Erste VentileFirst valves
10'10 '
Zweite VentileSecond valves
1111
PuffervolumenBuffer volume

Claims (17)

Verfahren zur schnellen ortsaufgelösten Elementverteilungsanalyse einer Probenoberfläche (2) einer Probe (1) eines Werkstoffs, wobei in einem Verfahrensschritt zur Evakuierung und Befüllung mit Plasmagas eine Probenkammer (7) evakuiert und mit einem Plasmagas befüllt wird, in einem ersten Verfahrensschritt in der Probenkammer (7) ein Volumen der Probenoberfläche (2) an einem Messpunkt auf der Probenoberfläche (2) von einem fokussierten Laserpuls verdampft und in einem Gasplasma (4') elektronisch angeregt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt ein Linienspektrum von einem Licht (3), welches von dem Gasplasma (4') emittiert wird, von einem Spektrometer spektral zerlegt und registriert wird, in einem dritten Verfahrensschritt ein neuer Messpunkt gewählt wird, wobei der erste Verfahrensschritt, der zweite Verfahrensschritt und der dritte Verfahrensschritt zyklisch durchlaufen werden, wobei beim zyklischen Durchlaufen des ersten Verfahrensschrittes, des zweiten Verfahrensschrittes und des dritten Verfahrensschrittes die Messpunkte so gewählt werden, dass ein gewählter Messbereich auf der Probenoberfläche (2) abgerastert wird, wobei während des Verfahrensschrittes zur Evakuierung die Probenkammer (7) von einer ersten Vakuumpumpe (8) und mindestens einer zweiten Vakuumpumpe (9) evakuiert wird, wobei zum Evakuieren der Probenkammer (7) oberhalb eines Umschaltdrucks in der Probenkammer (7) die erste Vakuumpumpe (8) und die mindestens eine zweite Vakuumpumpe (9) zum parallelen Pumpen mit der Probenkammer (7) verbunden werden und bei Erreichen des Umschaltpunktes die erste Vakuumpumpe (8) und die mindestens eine zweite Vakuumpumpe (9) zum Pumpen in Reihe verbunden werden.Method for fast, spatially resolved element distribution analysis of a sample surface (2) of a sample (1) of a material, wherein In a process step for evacuating and filling with plasma gas, a sample chamber (7) is evacuated and filled with a plasma gas, in a first process step in the sample chamber (7) a volume of the sample surface (2) is vaporized at a measuring point on the sample surface (2) by a focused laser pulse and electronically excited in a gas plasma (4 '), In a second process step, a line spectrum of a light (3), which is emitted by the gas plasma (4 '), is spectrally broken down and registered by a spectrometer, a new measuring point is selected in a third process step, the first process step, the second process step and the third process step being run through cyclically, wherein when the first method step, the second method step and the third method step are cyclically run through, the measuring points are selected in such a way that a selected measuring area is scanned on the sample surface (2), wherein during the process step for evacuation, the sample chamber (7) is evacuated by a first vacuum pump (8) and at least one second vacuum pump (9), whereby for evacuating the sample chamber (7) above a switching pressure in the sample chamber (7) the first vacuum pump (8) and the at least one second vacuum pump (9) are connected to the sample chamber (7) for parallel pumping and the first when the switching point is reached Vacuum pump (8) and the at least one second vacuum pump (9) are connected in series for pumping. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im ersten Verfahrensschritt als Plasmagas ein Gas oder Gasgemisch aufweisend Helium, Neon und/oder Argon verwendet wird.Procedure according to Claim 1 , wherein in the first process step a gas or gas mixture comprising helium, neon and / or argon is used as the plasma gas. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor dem Verfahrensschritt zur Evakuierung und Befüllung mit Plasmagas ein zur Probenkammer (7) hin abgeschiebertes evakuiertes Puffervolumen (11) zur Probenkammer (7) hin geöffnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein before the method step for evacuating and filling with plasma gas, an evacuated buffer volume (11) pushed off towards the sample chamber (7) is opened towards the sample chamber (7). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei während des ersten Verfahrensschrittes oder während des ersten Verfahrensschrittes und des zweiten Verfahrensschrittes oder während des ersten Verfahrensschrittes und des zweiten Verfahrensschrittes und des dritten Verfahrensschrittes ein Gasstrom (5) des Plasmagases in die Probenkammer (7) geleitet wird, wobei bevorzugt bereits während des Verfahrensschrittes zur Evakuierung das Plasmagas diagonal durch die Probenkammer (7) geleitet wird.The method according to any one of the preceding claims, wherein during the first process step or during the first process step and the second process step or during the first process step and the second process step and the third process step a gas stream (5) of the plasma gas is passed into the sample chamber (7), the plasma gas preferably already during the process step for evacuation diagonally through the sample chamber ( 7) is directed. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Plasmagas umgewälzt und gefiltert wird.Procedure according to Claim 4 , whereby the plasma gas is circulated and filtered. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Messbereich ein Bereich von bevorzugt mehr als 10 mm x 10 mm, besonders bevorzugt von mehr als 210 mm x 210 mm, ganz besonders bevorzugt von mehr als 270 mm x 410 mm gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a range of preferably more than 10 mm x 10 mm, particularly preferably more than 210 mm x 210 mm, very particularly preferably more than 270 mm x 410 mm is selected as the measuring range. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für ein Verschließen der Probenkammer (7) alle zur Ausführung des Verfahrens notwendigen Komponenten auf die Probenoberfläche (2) gesetzt werden und eine Wand der Probenkammer (7) durch die Probenoberfläche (2) gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein all components necessary for carrying out the method are placed on the sample surface (2) for closing the sample chamber (7) and a wall of the sample chamber (7) is formed by the sample surface (2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Vorbereitung auf die Messung eine Reagenzschicht, bevorzugt Graphit, Gold, Silber, Zinkoxid, Porphyrine, Phthalocyanin, Azoverbindungen, Benzoesäure, deren Ester oder Salze, welche das Reflexionsvermögen der Probenoberfläche (7) verringert und/oder die Anregungseigenschaften des Probenplasmas (4') erhöht, auf die Probenoberfläche (7) aufgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in preparation for the measurement a reagent layer, preferably graphite, gold, silver, zinc oxide, porphyrins, phthalocyanine, azo compounds, benzoic acid, its esters or salts, which reduces the reflectivity of the sample surface (7) and / or the excitation properties of the sample plasma (4 ') increased, is applied to the sample surface (7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem zyklischen Durchlaufen des ersten Verfahrensschrittes, des zweiten Verfahrensschrittes und des dritten Verfahrensschrittes ein Höhenprofil senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Probenoberfläche (7) vermessen wird, wobei anhand des Höhenprofils durch das Höhenprofil verursachte Schwankungen der Messergebnisse kompensiert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein before the cyclical execution of the first method step, the second method step and the third method step, a height profile is measured perpendicular to the main extension plane of the sample surface (7), fluctuations in the measurement results caused by the height profile being compensated for using the height profile. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspüche, wobei mittels eines Teleskops eine Apertur des fokussierten Laserpulses eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, an aperture of the focused laser pulse being set by means of a telescope. Vorrichtung zur schnellen ortsaufgelösten Elementverteilungsanalyse einer Probenoberfläche (7) einer Probe (1) von Werkstoffen, aufweisend einen Laser, ein Spektrometer, eine gasdichte Probenkammer (7), eine erste Vakuumpumpe (8) und mindestens eine zweite Vakuumpumpe (9), wobei die erste Vakuumpumpe (8) und die mindestens eine zweite Vakuumpumpe (9) zum parallelen Pumpen oder zum Pumpen in Reihe mit der Proben- kammer (7) verbunden werden können, wobei die erste Vakuumpumpe (8) und die mindestens zweite Vakuumpumpe (9) dazu konfiguriert sind, zum Evakuieren der Probenkammer (7) oberhalb eines Umschaltdrucks in der Probenkammer (7) parallel zu pumpen und bei Erreichen eines Umschaltpunktes in Reihe zu pumpen, wobei die Probenoberfläche (2) im Inneren der Probenkammer (7) angeordnet ist, wobei der Laser geeignet ist, ein kleines Volumen der Probe (1) von der Probenoberfläche (2) zu verdampfen und in einem Gasplasma (4') anzuregen, wobei das Spektrometer geeignet ist, ein Linienspektrum eines bei einem Zerfall des Gasplasmas (4') entstehenden probenspezifischen Lichtes (3) oder einzelne Spektrallinien, Referenzlinien und/oder Molekülbanden daraus zu registrieren.Device for fast, spatially resolved element distribution analysis of a sample surface (7) of a sample (1) of materials, having a laser, a spectrometer, a gas-tight sample chamber (7), a first vacuum pump (8) and at least one second vacuum pump (9), the first vacuum pump (8) and the at least one second vacuum pump (9) for parallel pumping or for Pumps can be connected in series with the sample chamber (7), wherein the first vacuum pump (8) and the at least second vacuum pump (9) are configured to pump in parallel to evacuate the sample chamber (7) above a switching pressure in the sample chamber (7) and to pump in series when a switching point is reached, wherein the sample surface (2) is arranged inside the sample chamber (7), wherein the laser is suitable for evaporating a small volume of the sample (1) from the sample surface (2) and exciting it in a gas plasma (4 '), wherein the spectrometer is suitable for registering a line spectrum of a sample-specific light (3) or individual spectral lines, reference lines and / or molecular bands arising therefrom when the gas plasma (4 ') decays. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein zur Probenkammer (7) hin abschieberbares Puffervolumen (11) zum Puffern eines Vakuums aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the device has a buffer volume (11) which can be pushed off towards the sample chamber (7) for buffering a vacuum. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstromes (5) eines Plasmagases in der Probenkammer (7) aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the device has a device for generating a gas flow (5) of a plasma gas in the sample chamber (7). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Umwälzung und einen Filter (6) zum Reinigen des Plasmagases aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the device has a device for circulation and a filter (6) for cleaning the plasma gas. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probe (1) eine Wand der Probenkammer (7) ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the sample (1) is a wall of the sample chamber (7). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probenoberfläche (2) relativ zur Position des Fokus des Lasers um einen Bereich entlang der Haupterstreckungsebene der Probenoberfläche (2) von bevorzugt mehr als 10 mm x 10 mm, besonders bevorzugt von mehr als 210 mm x 210 mm, ganz besonders bevorzugt von mehr als 270 mm x 410 mm bewegbar ist, wobei die minimale Schrittweite der Bewegung entlang der Haupterstreckungsebene bevorzugt weniger als 20 µm, besonders bevorzugt weniger als 15 µm beträgt.Device according to one of the preceding claims, wherein the sample surface (2) relative to the position of the focus of the laser around an area along the main extension plane of the sample surface (2) of preferably more than 10 mm x 10 mm, particularly preferably more than 210 mm x 210 mm, very particularly preferably more than 270 mm × 410 mm, the minimum step size of the movement along the main plane of extension being preferably less than 20 μm, particularly preferably less than 15 μm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Vermessung eines Höhenprofils der Probenoberfläche (2) senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Probenoberfläche (2) aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the device has a device for measuring a height profile of the sample surface (2) perpendicular to the main extension plane of the sample surface (2).
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