DE4341462A1 - Measuring the material composition of substances - Google Patents

Measuring the material composition of substances

Info

Publication number
DE4341462A1
DE4341462A1 DE19934341462 DE4341462A DE4341462A1 DE 4341462 A1 DE4341462 A1 DE 4341462A1 DE 19934341462 DE19934341462 DE 19934341462 DE 4341462 A DE4341462 A DE 4341462A DE 4341462 A1 DE4341462 A1 DE 4341462A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substances
measured
laser
time
spectral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19934341462
Other languages
German (de)
Other versions
DE4341462C2 (en
Inventor
Hartmut Dr Rer Nat Lucht
Klaus Dr Loebe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19934341462 priority Critical patent/DE4341462C2/en
Publication of DE4341462A1 publication Critical patent/DE4341462A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4341462C2 publication Critical patent/DE4341462C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/718—Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma

Abstract

The method involves subjecting the surface of the substance under investigation to a pulses laser beam focussed at the surface. The energy of the laser beam absorbed by the substance stimulates it to emit luminescence and generates a short lived plasma cloud with the materials contained by the substance. The characteristic light emissions in spectral lines or continua are detected by a photodetector system and the quantitative composition determined from the measured radiation intensities. The variation of intensity with time is measured at defined time intervals.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen unter Verwendung eines gepulsten, auf die Oberfläche der Stoffe fokussierten Laserstrahls, dessen absorbierte Energie sowohl im Stoff eine Lumineszenz anregt als auch kurzzeitig eine Plasmawolke mit den in den Stoffen enthaltenen Materialien erzeugt, wobei deren charakteristische Lichtemission in Spektrallinien oder Spektralkontinua von einem Photodetektorsystem erfaßt wird und aus den gemessenen Strahlungsintensitäten die quantitative Zusammensetzung abgeleitet wird. The invention relates to a method and a device for determining the material composition of substances using a pulsed, on the surface of the Substances focused laser beam, whose absorbed Energy both stimulates luminescence in the material as well briefly a plasma cloud with those in the fabrics generated materials, their characteristic light emission in spectral lines or Spectral continua is detected by a photodetector system and from the measured radiation intensities quantitative composition is derived.  

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen mit einem Impulslaser zur Erzeugung und optischen Elementen zur Führung und Fokussierung des kurzzeitig aufrechterhaltenen Laserstrahles auf die Oberfläche der Stoffe, mit optischen Elementen zur Rückführung der Strahlung des im Laserstrahlbrennfleck erzeugten Plasmas auf spektroskopische Baugruppen sowie eine diesen Baugruppen nachgeordnete Detektoreinheit und einen Rechner.The invention further relates to a device for Determination of the material composition of substances with a pulse laser for generation and optical elements for Leadership and focus of the momentarily maintained Laser beam on the surface of the fabric, with optical Elements for returning the radiation from the Laser beam focal spot generated plasma spectroscopic assemblies and one of these assemblies downstream detector unit and a computer.

Die Patentschriften US 4645342, DE 27 16 810 und DE 40 04 627 enthalten Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen unter Verwendung von Impulslasern zur Erzeugung von Plasmen und Baugruppen zur spektroskopischen Materialbestimmung. Die von den Plasmen ausgehende charakteristische Strahlung wird zeitversetzt und spektral zerlegt gemessen, wobei aus den Strahlungsintensitäten ausgewählter Materialien anhand zahlenmäßiger Verhältniswerte die zugehörigen Konzentrationswerte ermittelt werden. Dabei werden stets die Emissionslinien von Atomen verwendet, deren Konzentration in der Stoffprobe bekannt ist. In der Regel stehen derartige Bezugselemente nicht zur Verfügung und eine quantitative Analyse ist nicht möglich. Selbst bei in den Stoffproben vorhandenen Bezugselementen besteht auf Grund der sehr unterschiedlichen und von vielen Faktoren abhängenden Plasmaausbildung und unterschiedlichen Anregungsenergien der einzelnen Materialien hohe Ungenauigkeit in der quantitativen Messung. Eine absolute Eichung der beschriebenen Systeme mit Proben bekannter Materialzusammensetzung scheitert aus den gleichen Gründen. Ferner erfolgt die Plasmaanregung stets unter Argonatmosphäre, da der Luftsauerstoff die Plasmaentladung und nachfolgende Atomemission in außerordentlich kurzer Zeit löscht.The patents US 4645342, DE 27 16 810 and DE 40 04 627 contain methods and devices for determining the Material composition of fabrics using Pulse lasers for the generation of plasmas and assemblies for spectroscopic material determination. The one from the plasmas outgoing characteristic radiation is delayed and measured spectrally decomposed, whereby from the Radiation intensities of selected materials based on numerical ratio values the associated Concentration values are determined. Thereby always used the emission lines of atoms whose Concentration in the sample is known. Usually such reference elements are not available and a quantitative analysis is not possible. Even with in existing reference elements exist on the fabric samples Because of the very different and many factors dependent plasma formation and different Excitation energies of the individual materials high Inaccuracy in the quantitative measurement. An absolute Calibration of the systems described with known samples Material composition fails for the same reasons. Furthermore, the plasma excitation always takes place under  Argon atmosphere because the atmospheric oxygen causes the plasma discharge and subsequent nuclear emission in an extremely short time Time clears.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen derart zu gestalten, daß eine Verbesserung der Genauigkeit der quantitativen Messung bei vorhandenen Bezugselementen erreicht wird sowie daß auch ohne Bezugselemente eine sichere quantitative Messung von Stoffen möglich wird und auf die Benutzung eines Inertgases verzichtet werden kann.The invention has for its object the method and the device for determining the material composition to design fabrics so that an improvement in Accuracy of quantitative measurement on existing ones Reference elements is achieved and that even without Reference elements a reliable quantitative measurement of Substances becomes possible and the use of an inert gas can be dispensed with.

Erfindungsgemäß wird das durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bis 12 erreicht, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.According to the invention, this is due to the characteristic features of claims 1 to 12 reached, their content hereby expressly part of the present Description is made without the Repeat wording.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeich­ nungen erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments are described below with reference to the drawing explained. Show it:

Fig. 1 ein zeitlichen Intensitätsverlauf von Spektrallinien und Spektralkontinua zu drei Zeitpunkten, die die Wirkungsweise des Verfahrens veranschaulichen, Fig. 1 represents a temporal intensity profile of spectral lines and Spektralkontinua at three time points, which illustrate the operation of the method,

Fig. 2 eine schematisierte Ansicht einer Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen. Fig. 2 is a schematic view of a device for determining the material composition of substances.

Für die Herstellung von Bildröhren werden blei- und bariumhaltige Gläser eingesetzt, deren Beimischungsgehalt in weiten Bereichen variiert. Die Wiederverwertung in Glashütten setzt die Trennung der Glassorten in einzelne Klassen voraus, die eine Schnellanalyse jeder Bildröhre erfordert. In Fig. 1 sind die Intensitätsspektren eines Bildröhrenkolbens dargestellt, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten zum plasmaauslösenden Laserimpuls gemessen wurden. Genutzt wurde die dritte harmonische Oberwelle eines Nd : YAG-Impulslasers bei einer Wellenlänge von 355 nm und einer Impulsdauer von 5 ns sowie eine Akkumulationsrate von je 20 Impulsen für alle Meßzeitpunkte.Glasses containing lead and barium are used for the production of picture tubes, the admixture content of which varies widely. The recycling in glassworks requires the separation of the glass types into individual classes, which requires a quick analysis of each picture tube. In Fig. 1, the intensity spectra of a picture tube piston are shown, which were measured at different times to the plasma-inducing laser pulse. The third harmonic of an Nd: YAG pulse laser was used at a wavelength of 355 nm and a pulse duration of 5 ns as well as an accumulation rate of 20 pulses each for all measuring times.

Das Spektrum 1 wurde zeitlich synchron zur Plasmaentwicklung während der Einwirkung eines Laserimpulses mit einer Integrationszeit von 5 ns gemessen. Das spektrale Kontinuum entsteht durch die außerordentlich hohe Temperatur des Plasmas. Die gemessene Intensitätskurve charakterisiert die energetische Verteilung und die Gesamtenergie der Plasmastrahlung, die die Anregungsbedingungen der Materialien bestimmen. Die Atomemissionsspektren zu späteren Zeitpunkten werden mit dieser Meßkurve normiert.Spectrum 1 was measured in synchronism with the plasma development during the action of a laser pulse with an integration time of 5 ns. The spectral continuum is created by the extremely high temperature of the plasma. The measured intensity curve characterizes the energetic distribution and the total energy of the plasma radiation, which determine the excitation conditions of the materials. The atomic emission spectra at later times are normalized with this measurement curve.

Das Spektrum 2 wurde zum Laserimpuls mit einer Zeitverzögerung von 150 ns und einer Integrationszeit von 180 ns gemessen. Infolge der schnellen Abkühlung des Plasmas sinkt der kontinuierliche Anteil der Strahlung sehr schnell, so daß zum Meßzeitpunkt die Atom- und Molekülspektren weitgehend ohne kontinuierlichen Untergrund sind. Die Spektren 1 und 2 sind im gleichen Wellenlängenbereich dargestellt, wobei das zweite Spektrum mit dem ersten Spektrum mittels Division normiert ist. Die so erhaltenen Spektrallinienflächen sind weitgehend proportional zur Materialkonzentration und können aus Tabellen, die durch Messung von Eichproben aufgestellt wurden, interpoliert werden. So ergibt die Fläche der Bariumlinie 3 bei 233,53 nm eine Bariumoxidkonzentration im Glas von 0,5%. Entsprechend charkterisieren die Bleilinie 4 bei 261,42 nm eine Bleioxidkonzentration von 23,5% und die Siliziumlinie 5 bei 250,69 nm eine Siliziumdioxidkonzentration von 51,1%.Spectrum 2 was measured for the laser pulse with a time delay of 150 ns and an integration time of 180 ns. As a result of the rapid cooling of the plasma, the continuous portion of the radiation drops very rapidly, so that the atomic and molecular spectra are largely without a continuous background at the time of measurement. The spectra 1 and 2 are shown in the same wavelength range, the second spectrum being normalized by division using the first spectrum. The spectral line areas obtained in this way are largely proportional to the material concentration and can be interpolated from tables that were set up by measuring calibration samples. The area of barium line 3 at 233.53 nm gives a barium oxide concentration in the glass of 0.5%. Correspondingly, the lead line 4 at 261.42 nm characterizes a lead oxide concentration of 23.5% and the silicon line 5 at 250.69 nm a silicon dioxide concentration of 51.1%.

Neben der beschriebenen Anregung der Atom- und Molekülemission im Plasma können die Photonen der Laserstrahlung auch Lumineszenzen anregen. Das Lumineszenzspektrum 6 wurde mit einer Zeitverzögerung und einer Integrationszeit von 10 µs gemessen. Es zeigt die 4f-4f Emission von Europium bei den Wellenlängen 593 nm, 614 nm und 620 nm, die infolge Absorption der Laserstrahlung durch das die Seltene Erde enthaltende Wirtsmaterial und den nachfolgenden Energietransfer zur 4f- Schale entsteht. Dieses Ergebnis zeigt, daß die Seltenen Erden über ihre langlebigen Lumineszenzen im Mikro- und Millisekundenbereich gemessen werden können. Das ermöglicht die Untersuchung von Leuchtstoffbeimischungen auf spezielle Seltenerd-haltige Substanzen, die auf Gläsern aufgebracht sein können.In addition to the described excitation of atomic and molecular emissions in plasma, the photons of the laser radiation can also excite luminescence. The luminescence spectrum 6 was measured with a time delay and an integration time of 10 μs. It shows the 4f-4f emission of europium at the wavelengths 593 nm, 614 nm and 620 nm, which arises as a result of absorption of the laser radiation by the host material containing the rare earth and the subsequent energy transfer to the 4f shell. This result shows that the rare earths can be measured via their long-lived luminescence in the micro and millisecond range. This enables the investigation of phosphor admixtures for special rare earth-containing substances that can be applied to glasses.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Laserstrahlung 8 des Nd : YAG-Lasers mit Frequenzverdreifachung 7 über die Fokussierungsoptik 9 und den Hochleistungslaserspiegel 10 auf die Stoffprobe 11 gelenkt und ein Plasma 12 der Probe erzeugt. Die Lichtemission 13 aus dem Plasma wird über den Parabolspiegel 14 und den Planspiegel 15 auf das Ende 16 eines Lichtleitfaserbündels 17 gelenkt. Das Ende des Lichtleitfaserbündels liegt im Brennpunkt des Parabolspiegels. Das Plasma, das Ende des Lichtleitfaserbündels und die Spiegel 10, 14 und 15 liegen in einer optischen Achse. Das Lichtleitfaserbündel leitet die Lichtemission von dem Probenplasma zum Eintrittsspalt des Spektrographen 18, an dessen Ausgang ein MCP- Bildverstärker 19 angeordnet ist. Das auf dem Phosphorschirm des Bildverstärkers abgebildete Spektrum wird durch eine Photodiodenzeilen-Kamera 20 abgenommen und die gemessenen Intensitäten dem Auswertesystem 21 übermittelt. Sowohl das Auswertesystem, als auch der Laser 7 der Bildverstärker 19 und die Diodenkamera 20 werden durch das Steuerungssystem 22 synchronisiert. Die Bestimmung der Materialzusammensetzung erfolgt durch Akkumulation mehrerer gehörenden Einzelmessungen. Zu jeder Einzelmessung erfolgt zunächst durch das Steuerungssystem 22 die Auslösung der Blitzlampe und Pockelszelle des Nd : YAG-Lasers 7. Mit definierter Verzögerung wird dann durch das Steuerungssystem der Bildverstärker 19 für eine eingestellte Integrationszeit geöffnet und die das Spektrum abnehmende Diodenzeilenkamera 20 synchronisiert. Für die Auswertung und den Dialog enthält das Auswertesystem einen Computer. Das gesamte System wird durch die Netzteile 23 versorgt.In the embodiment according to FIG. 2, the laser radiation 8 of the Nd: YAG laser with frequency tripling 7 is directed onto the substance sample 11 via the focusing optics 9 and the high-power laser mirror 10 and a plasma 12 of the sample is generated. The light emission 13 from the plasma is directed via the parabolic mirror 14 and the plane mirror 15 onto the end 16 of an optical fiber bundle 17 . The end of the optical fiber bundle is at the focal point of the parabolic mirror. The plasma, the end of the optical fiber bundle and the mirrors 10 , 14 and 15 lie in an optical axis. The optical fiber bundle guides the light emission from the sample plasma to the entry slit of the spectrograph 18 , at the output of which an MCP image intensifier 19 is arranged. The spectrum imaged on the phosphor screen of the image intensifier is picked up by a photodiode line camera 20 and the measured intensities are transmitted to the evaluation system 21 . Both the evaluation system and the laser 7 of the image intensifier 19 and the diode camera 20 are synchronized by the control system 22 . The material composition is determined by accumulating several individual measurements. For each individual measurement, the control system 22 first triggers the flash lamp and Pockels cell of the Nd: YAG laser 7 . With a defined delay, the image intensifier 19 is then opened by the control system for a set integration time and the diode line camera 20 , which decreases the spectrum, is synchronized. The evaluation system contains a computer for evaluation and dialogue. The entire system is supplied by the power supplies 23 .

Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen eine zuverlässige quantitative Bestimmung der Materialzusammensetzung ohne Bezugselemente und ohne Benutzung von Inertgasen für die Plasmaatmosphäre, da Spektren zu charakteristischen Zeitpunkten zur Verfügung stehen.The described method and the device enable a reliable quantitative determination of the Material composition without reference elements and without Use of inert gases for the plasma atmosphere since Spectra available at characteristic times stand.

BezugszeichenlisteReference list

1 Spektrum synchron zum anregenden Laserimpuls
2 Spektrum 150 ns nach dem Laserimpuls
3 Bariumlinie bei 233,53 nm
4 Bleilinie bei 261,42 nm
5 Siliziumlinie bei 250,69 nm
6 Spektrum von Europium 10 µs nach dem Laserimpuls
7 Nd : YAG-Laser mit Frequenzverdreifachung
8 Laserstrahl
9 Fokussierungsoptik
10 Hochleistungslaserspiegel
11 Stoffprobe
12 Plasma der Stoffprobe
13 Lichtemission aus dem Plasma
14 Parabolspiegel
15 Planspiegel
16 Ende des Lichtleitfaserbündels
17 Lichtleitfaserbündel
18 Spektrograph
19 MCP-Bildverstärker
20 Photodiodenzeilen-Kamera
21 Auswertesystem
22 Steuerungssystem
23 Netzteile 1 spectrum synchronous to the stimulating laser pulse
2 spectrum 150 ns after the laser pulse
3 barium line at 233.53 nm
4 lead line at 261.42 nm
5 silicon line at 250.69 nm
6 Spectrum of Europium 10 µs after the laser pulse
7 Nd: YAG laser with frequency tripling
8 laser beam
9 focusing optics
10 high-power laser mirrors
11 fabric sample
12 Plasma of the sample
13 Light emission from the plasma
14 parabolic mirrors
15 plane mirror
16 End of the optical fiber bundle
17 optical fiber bundles
18 spectrograph
19 MCP image intensifier
20 photodiode array camera
21 evaluation system
22 control system
23 power supplies

Claims (12)

1. Verfahren zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen unter Verwendung eines gepulsten, auf die Oberfläche der Stoffe fokussierten Laserstrahls, dessen absorbierte Energie sowohl im Stoff eine Lumineszenzemission anregt als auch kurzzeitig eine Plasmawolke mit den in den Stoffen enthaltenen Materialien erzeugt, wobei deren charakteristische Lichtemission in Spektrallinien oder Spektralkontinua von einem Photodetektorsystem erfaßt wird und aus den gemessenen Strahlungsintensitäten die quantitative Zusammensetzung abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Intensitätsverlauf der Emissionsspektren zu festgelegten Zeitpunkten gemessen wird.1. Method for determining the material composition of substances using a pulsed laser beam focused on the surface of the substances, the absorbed energy of which both stimulates luminescence emission in the substance and briefly generates a plasma cloud with the materials contained in the substances, the characteristic light emission of which in Spectral lines or spectral continuums are detected by a photodetector system and the quantitative composition is derived from the measured radiation intensities, characterized in that the temporal intensity profile of the emission spectra is measured at specified times. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Intensitätsverlauf der Emissionsspektren zu zwei Zeitpunkten gemessen wird, wobei der erste Zeitpunkt synchron zum Laserimpuls liegt und ein kontinuierliches Spektrum (1) ergibt, wobei der zweite Zeitpunkt soweit zeitlich verzögert wird, bis das kontinuierliche Spektrum in ein Linienspektrum (2) übergegangen ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the temporal intensity profile of the emission spectra is measured at two points in time, the first point in time being in synchronism with the laser pulse and giving a continuous spectrum ( 1 ), the second point in time being delayed until the continuous spectrum has changed into a line spectrum ( 2 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Intensitätsverlauf der Emissionsspektren zu drei Zeitpunkten gemessen wird, wobei der erste Zeitpunkt synchron zum Laserimpuls liegt und ein kontinuierliches Spektrum (1) ergibt, wobei der zweite Zeitpunkt soweit zeitlich verzögert wird, bis das kontinuierliche Spektrum in ein Atomemissionsspektrum (2) übergegangen ist, und wobei der dritte Zeitpunkt des weiteren verzögert wird, bis das Atomemissionsspektrum in ein Lumineszenzspektrum (6) übergegangen ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the temporal intensity profile of the emission spectra is measured at three points in time, the first point in time being in synchronism with the laser pulse and giving a continuous spectrum ( 1 ), the second point in time being delayed until the time continuous spectrum has passed into an atomic emission spectrum ( 2 ), and the third point in time is further delayed until the atomic emission spectrum has gone into a luminescence spectrum ( 6 ). 4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzeiten zu den einzelnen Meßpunkten sich proportional zu den Verzögerungszeiten verhalten.4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring times to the individual Measuring points are proportional to the delay times behavior. 5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäten der Spektrallinien oder Spektralkontinua von mehreren durch Laserimpulse erzeugten Plasmen gemessen und in einem Meßwertspeicher akkumuliert werden.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the intensities of the Spectral lines or spectral continua of several through Laser pulses generated measured plasmas and in one Measured value memory can be accumulated. 6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 und dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Laserimpuls nur zu einer Meßzeit gemessen wird und im Meßablauf nacheinander alle gewünschten Meßzeiten eingestellt werden sowie alle zu den einzelnen Meßzeiten gewonnenen Meßergebnisse in getrennten Speicherbereichen akkumuliert werden.6. The method according to at least one of claims 1 to 4 and claim 5, characterized in that for each Laser pulse is measured only at one measuring time and in Measuring sequence one after the other all desired measuring times can be set and all at the individual measuring times measurement results obtained in separate memory areas be accumulated. 7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus den zum ersten Zeitpunkt gemessenen spektralen Kontinua Normierungsfaktoren abgeleitet werden, mit der die zu späteren Zeitpunkten gemessenen Spektrallinien und Spektralkontinua gewichtet werden.7. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that from the first measured spectral continuum normalization factors are derived with which the at later times measured spectral lines and spectral continua weighted become. 8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von den gemessenen Intensitäten der Spektrallinien und Spektralkontinua von Stoffen mit bekannter quantitativer Materialzusammensetzung in Datenspeichern Intensitätstabellen angelegt werden, aus denen bei unbekannten Stoffen durch Interpolation die Materialzusammensetzung bestimmt wird.8. The method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that of the measured intensities the spectral lines and spectral continua of substances with  known quantitative material composition in Intensity tables are created from data storage those for unknown substances by interpolation Material composition is determined. 9. Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen mit einem Impulslaser zur Erzeugung und optischen Elementen zur Führung und Fokussierung des kurzzeitig aufrechterhaltenen Laserstrahles auf die Oberfläche der Stoffe, mit optischen Elementen zur Rückführung der Strahlung des im Laserstrahlbrennfleck erzeugten Plasmas auf spektroskopische Baugruppen sowie mit einer diesen Baugruppen nachgeordneten Detektoreinheit und einem Rechner, zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spektrographen (18) eine gatebare Detektoreinheit (19, 20) nachgeordnet ist und daß ein Steuerungssystem (22) mit der Detektoreinheit und dem Impulslaser (7) verbunden ist und diese so steuert, daß nach Auslösung eines Laserimpulses zu einer am Steuerungssystem einstellbaren Verzögerungszeit und Meßzeit die Detektoreinheit geöffnet wird und das verstärkte Licht der Spektrallinien und Spektralkontinua mißt.9.Device for determining the material composition of substances with a pulse laser for generating and optical elements for guiding and focusing the temporarily maintained laser beam on the surface of the substances, with optical elements for returning the radiation of the plasma generated in the laser beam focal spot to spectroscopic assemblies and with one of these Subassembled detector unit and a computer for carrying out the method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the spectrograph ( 18 ) is followed by a gateable detector unit ( 19 , 20 ) and that a control system ( 22 ) with the detector unit and is connected to the pulse laser ( 7 ) and controls it in such a way that after triggering a laser pulse at a delay time and measuring time which can be set on the control system, the detector unit is opened and measures the amplified light of the spectral lines and spectral continua. 10. Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spektrographen (18) ein gatebarer MCP-Bildverstärker (19) und ein Photodetektorarray (20) nachgeordnet sind und daß ein Steuerungssystem (22) mit dem Array, dem MCP- Bildverstärker und dem Impulslaser (7) verbunden ist und diese so steuert, daß nach Auslösung eines Laserimpulses zu einer am Steuerungssystem einstellbaren Verzögerungszeit und Meßzeit der MCP-Bildverstärker geöffnet wird und das Photodetektorarray das verstärkte Licht der Spektrallinien und Spektralkontinua mißt.10. The device for determining the material composition of substances according to claim 9, characterized in that the spectrograph ( 18 ) is a gateable MCP image intensifier ( 19 ) and a photodetector array ( 20 ) and that a control system ( 22 ) with the array, the MCP image amplifier and the pulse laser ( 7 ) is connected and controls them so that after triggering a laser pulse to a delay time and measuring time adjustable on the control system, the MCP image amplifier is opened and the photodetector array measures the amplified light of the spectral lines and spectral continua. 11. Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spektrographen (18) ein gatebares Photodetektorarray nachgeordnet ist und daß ein Steuerungssystem (22) mit dem Array und dem Impulslaser (7) verbunden ist und diese so steuert, daß nach Auslösung eines Laserimpulses zu einer am Steuerungssystem einstellbaren Verzögerungszeit und Meßzeit das Array geöffnet wird und das Licht der Spektrallinien und Spektralkontinua mißt.11. The device for determining the material composition of substances according to claim 9, characterized in that the spectrograph ( 18 ) is followed by a gateable photodetector array and that a control system ( 22 ) is connected to the array and the pulse laser ( 7 ) and controls them so that after triggering a laser pulse at a delay time and measuring time which can be set on the control system, the array is opened and the light of the spectral lines and spectral continuums is measured. 12. Vorrichtung zur Bestimmung der Materialzusammensetzung von Stoffen mit einem Impulslaser zur Erzeugung und optischen Elementen zur Führung und Fokussierung des kurzzeitig aufrechterhaltenen Laserstrahles auf die Oberfläche der Stoffe, mit optischen Elementen zur Rückführung der Strahlung des im Laserstrahlbrennfleck erzeugten Plasmas auf einen Spektrographen sowie mit der dem Spektrographen nachgeordneten Detektoreinheit und einem Rechner, zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Impulslaser (7) eine langbrennweitige Fokussierungsoptik (9) und ein Spiegel (10) nachgeordnet sind, die den Laserstrahl auf die Stoffprobe (11) fokussieren, daß der Strahl von dem Spiegel (10) zur Probe (11) eine optische Achse bildet, daß in optischer Achse hinter dem Spiegel (10) ein Konkavspiegel (14) angeordnet ist, der die Lichtstrahlen von dem Plasma (12) über einen weiteren Spiegel (15) auf die Eintrittsöffnung (16) eines Lichtleitfaserbündels (17) fokussiert, die beide in der selben optischen Achse angeordnet sind, und daß das Lichtleitfaserbündel eine Verbindung zum Spektrographen (18) herstellt.12.Device for determining the material composition of substances with a pulse laser for generating and optical elements for guiding and focusing the temporarily maintained laser beam on the surface of the substances, with optical elements for returning the radiation of the plasma generated in the laser beam focal spot to a spectrograph and with that Spectrographs downstream detector unit and a computer for performing the method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that a long-focal focusing optics ( 9 ) and a mirror ( 10 ) are arranged downstream of the pulse laser ( 7 ), which focus the laser beam on the substance sample ( 11 ) focus that the beam from the mirror ( 10 ) to the sample ( 11 ) forms an optical axis, that a concave mirror ( 14 ) is arranged in the optical axis behind the mirror ( 10 ), which reflects the light rays from the plasma ( 12 ) via another mirror ( 15 ) on the entrance opening ( 16 ) of an optical fiber bundle ( 17 ), which are both arranged in the same optical axis, and that the optical fiber bundle establishes a connection to the spectrograph ( 18 ).
DE19934341462 1993-11-30 1993-11-30 Method for determining the material composition of samples and device for carrying out the method Expired - Fee Related DE4341462C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934341462 DE4341462C2 (en) 1993-11-30 1993-11-30 Method for determining the material composition of samples and device for carrying out the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934341462 DE4341462C2 (en) 1993-11-30 1993-11-30 Method for determining the material composition of samples and device for carrying out the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4341462A1 true DE4341462A1 (en) 1995-06-01
DE4341462C2 DE4341462C2 (en) 1999-02-11

Family

ID=6504245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19934341462 Expired - Fee Related DE4341462C2 (en) 1993-11-30 1993-11-30 Method for determining the material composition of samples and device for carrying out the method

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4341462C2 (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19531988A1 (en) * 1995-08-30 1997-03-06 Europaeische Kommission Remote measurement of U (Pu) in glasses
WO1998000702A1 (en) * 1996-07-01 1998-01-08 Emtec Magnetics Gmbh Process and arrangement for laser-induced spectral analysis
DE19708462A1 (en) * 1997-02-17 1998-08-27 Lla Umwelttechnische Analytik Optical spectral analysis method for laser-induced microplasma
DE19753348A1 (en) * 1997-12-03 1999-06-10 Spectro Analytical Instr Gmbh Analysis apparatus for high-temperature plasma pulse
DE19802781A1 (en) * 1998-01-26 1999-07-29 Peter L Prof Dr Andresen Quick identification of valuable objects by digital image analysis
DE10250012A1 (en) * 2002-10-25 2004-05-13 Universität Kassel Plasma microscopy with ultra-short laser pulses
DE10250013A1 (en) * 2002-10-25 2004-05-13 Universität Kassel LIBS microscopy with ultra-short laser pulses
US6809324B1 (en) 1999-05-19 2004-10-26 Carl Zeiss Jena Gmbh Scanning device, especially for detecting fluorescent light
DE102004004666B3 (en) * 2004-01-30 2005-09-15 Daimlerchrysler Ag Weld seam/thermally sprayed layer`s quality determining method for e.g. land vehicle, involves using Echelle spectrometer to find grade of mixture of coated material relative to base material by analyzing spectral lines from surface plasma
FR2929011A1 (en) * 2008-03-20 2009-09-25 Commissariat Energie Atomique METHOD AND DEVICE FOR HIGH QUANTITATIVE QUANTITATIVE MEASUREMENT OF BIOMOLECULAR TARGETS PRESENTED ON OR IN A BIOLOGICAL ANALYSIS MEDIUM.
WO2009138399A1 (en) * 2008-05-14 2009-11-19 Centre de Recherches Métallurgiques asbl - Centrum voor Research in de Metallurgie vzw Libs measurement head optimized for the analysis of liquid compounds and/or compounds at high temperatures
WO2018072038A1 (en) 2016-10-21 2018-04-26 National Research Council Of Canada Laser-induced breakdown spectroscopy system and method, and detection system and method therefor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835094A1 (en) * 1998-07-24 2000-02-03 Inst Chemo Biosensorik Device for the spectral measurement of objects
DE10304337A1 (en) * 2003-02-03 2004-08-19 Luk Laser-Und Umweltmesstechnik Kiel Gmbh Process and sensor head for the contactless classification of materials

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2716810A1 (en) * 1976-04-15 1977-10-27 Commissariat Energie Atomique METHOD AND DEVICE FOR ANALYSIS OF A SAMPLE BY MEANS OF EMISSION SPECTROGRAPHY USING A LASER BEAM
DE3318376C1 (en) * 1983-05-20 1985-01-03 Preussag Ag Metall, 3380 Goslar Device for exciting photoluminescence and for observing the same
DE3502059A1 (en) * 1984-05-02 1985-11-07 Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena LASER SPECTRAL FLUOROMETER
US4645342A (en) * 1984-10-05 1987-02-24 Kawasaki Steel Corp. Method of laser emission spectroscopic analysis of steel and apparatus therefor
DE3617869A1 (en) * 1986-05-27 1987-12-03 Hoesch Stahl Ag SPECTRAL ANALYZER DEVICE ON A CONVERTER
DE3718672A1 (en) * 1987-06-04 1988-12-15 Metallgesellschaft Ag METHOD FOR ANALYZING METAL PARTICLES
DE4004627A1 (en) * 1990-02-15 1991-02-28 Krupp Gmbh Automatically testing polymeric material - focussing pulsating laser beam via revolving mirror on to successive points on moving material and analysing radiation spectrum produced
EP0450305A1 (en) * 1990-03-17 1991-10-09 Dornier Gmbh Sensor with optical fibre
DE4137008A1 (en) * 1991-11-11 1993-05-13 Heribert F Dr Ing Broicher DEVICE FOR DETECTING QUALITY CHANGES IN MASS GOODS ON CONTINUOUS CONVEYOR BELTS

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2716810A1 (en) * 1976-04-15 1977-10-27 Commissariat Energie Atomique METHOD AND DEVICE FOR ANALYSIS OF A SAMPLE BY MEANS OF EMISSION SPECTROGRAPHY USING A LASER BEAM
DE3318376C1 (en) * 1983-05-20 1985-01-03 Preussag Ag Metall, 3380 Goslar Device for exciting photoluminescence and for observing the same
DE3502059A1 (en) * 1984-05-02 1985-11-07 Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena LASER SPECTRAL FLUOROMETER
US4645342A (en) * 1984-10-05 1987-02-24 Kawasaki Steel Corp. Method of laser emission spectroscopic analysis of steel and apparatus therefor
DE3617869A1 (en) * 1986-05-27 1987-12-03 Hoesch Stahl Ag SPECTRAL ANALYZER DEVICE ON A CONVERTER
DE3718672A1 (en) * 1987-06-04 1988-12-15 Metallgesellschaft Ag METHOD FOR ANALYZING METAL PARTICLES
DE4004627A1 (en) * 1990-02-15 1991-02-28 Krupp Gmbh Automatically testing polymeric material - focussing pulsating laser beam via revolving mirror on to successive points on moving material and analysing radiation spectrum produced
EP0450305A1 (en) * 1990-03-17 1991-10-09 Dornier Gmbh Sensor with optical fibre
DE4137008A1 (en) * 1991-11-11 1993-05-13 Heribert F Dr Ing Broicher DEVICE FOR DETECTING QUALITY CHANGES IN MASS GOODS ON CONTINUOUS CONVEYOR BELTS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2-242140 A mit Patents Abstracts of Japan, P-1143, 17.Dez. 1990, Vol. 14/No. 565 *

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6259757B1 (en) 1995-08-30 2001-07-10 Euratom Telemetering of uranium or plutonium in glass
DE19531988A1 (en) * 1995-08-30 1997-03-06 Europaeische Kommission Remote measurement of U (Pu) in glasses
WO1998000702A1 (en) * 1996-07-01 1998-01-08 Emtec Magnetics Gmbh Process and arrangement for laser-induced spectral analysis
US6069695A (en) * 1996-07-01 2000-05-30 Emtec Magnetics Gmbh Process and arrangement for laser-induced spectral analysis
DE19708462A1 (en) * 1997-02-17 1998-08-27 Lla Umwelttechnische Analytik Optical spectral analysis method for laser-induced microplasma
DE19753348A1 (en) * 1997-12-03 1999-06-10 Spectro Analytical Instr Gmbh Analysis apparatus for high-temperature plasma pulse
DE19802781A1 (en) * 1998-01-26 1999-07-29 Peter L Prof Dr Andresen Quick identification of valuable objects by digital image analysis
US6809324B1 (en) 1999-05-19 2004-10-26 Carl Zeiss Jena Gmbh Scanning device, especially for detecting fluorescent light
DE10250013B4 (en) * 2002-10-25 2005-05-04 Universität Kassel Optical material analysis method for material samples and apparatus for carrying out the method
DE10250012A1 (en) * 2002-10-25 2004-05-13 Universität Kassel Plasma microscopy with ultra-short laser pulses
DE10250012B4 (en) * 2002-10-25 2005-06-23 Universität Kassel Method for determining the surface structure of a material sample with ultrashort laser pulses and apparatus for carrying out the method
DE10250013A1 (en) * 2002-10-25 2004-05-13 Universität Kassel LIBS microscopy with ultra-short laser pulses
DE102004004666B3 (en) * 2004-01-30 2005-09-15 Daimlerchrysler Ag Weld seam/thermally sprayed layer`s quality determining method for e.g. land vehicle, involves using Echelle spectrometer to find grade of mixture of coated material relative to base material by analyzing spectral lines from surface plasma
US8675192B2 (en) 2008-03-20 2014-03-18 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method and device for high speed quantitative measurement of biomolecular targets on or in biological analysis medium
FR2929011A1 (en) * 2008-03-20 2009-09-25 Commissariat Energie Atomique METHOD AND DEVICE FOR HIGH QUANTITATIVE QUANTITATIVE MEASUREMENT OF BIOMOLECULAR TARGETS PRESENTED ON OR IN A BIOLOGICAL ANALYSIS MEDIUM.
WO2009122047A1 (en) * 2008-03-20 2009-10-08 Commissariat A L'energie Atomique Method and device for high speed quantitative measurement of biomolecular targets on or in biological analysis medium
WO2009138399A1 (en) * 2008-05-14 2009-11-19 Centre de Recherches Métallurgiques asbl - Centrum voor Research in de Metallurgie vzw Libs measurement head optimized for the analysis of liquid compounds and/or compounds at high temperatures
BE1018123A3 (en) * 2008-05-14 2010-05-04 Ct Rech Metallurgiques Asbl LIBS-TYPE MEASURING HEAD OPTIMIZED FOR THE ANALYSIS OF LIQUID AND / OR HIGH TEMPERATURE COMPOUNDS.
WO2018072038A1 (en) 2016-10-21 2018-04-26 National Research Council Of Canada Laser-induced breakdown spectroscopy system and method, and detection system and method therefor
CN110088600A (en) * 2016-10-21 2019-08-02 加拿大国家研究委员会 Laser induced breakdown spectroscopy system and method and its detection system and method
EP3529597A4 (en) * 2016-10-21 2020-08-05 National Research Council of Canada Laser-induced breakdown spectroscopy system and method, and detection system and method therefor
US10871450B2 (en) 2016-10-21 2020-12-22 National Research Council Of Canada Laser-induced breakdown spectroscopy system and method, and detection system and method therefor
AU2017347026B2 (en) * 2016-10-21 2022-08-11 National Research Council Of Canada Laser-induced breakdown spectroscopy system and method, and detection system and method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
DE4341462C2 (en) 1999-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4341462C2 (en) Method for determining the material composition of samples and device for carrying out the method
EP0941466B1 (en) Method and device for determining predetermined properties of target particles of a sample medium
DE4124090A1 (en) GRID TUNNEL MICROSCOPE
WO1995030166A1 (en) Luminescence scanning microscopy process and a luminescence scanning microscope
EP1007948B1 (en) Process and arrangement for laser-induced spectral analysis
EP0283047A2 (en) Method and device for contactless aquisition of data for the spatial resolution of density and temperature in a volume sample
DE69630011T2 (en) Method for the detection of sample substances and fluorescence spectrometer according to this method
Sesi et al. An imaging-based instrument for fundamental plasma studies
DE4228366A1 (en) Fluorimeter for ion concn. measurement - has diffraction grating displaced by scanner for simultaneous or rapid sequential prodn. of different excitation wavelengths
DE4200493C2 (en) Device for examining the composition of thin layers
DE4420572C2 (en) Device for determining the concentration of fluorescent substances
DE19740210B4 (en) Atomic Absorption Spectrometer
EP2418532A1 (en) Method for separating detection signals in the beam of an optical device
DE19708462A1 (en) Optical spectral analysis method for laser-induced microplasma
DE2546053A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR ANALYSIS BY SPECTRAL ANALYSIS OF THE ENERGY OF SECONDARY ELECTRONS
DE19540195C2 (en) X-ray fluorescence microscopy
Nordlund Streak cameras for time-domain fluorescence
DE102006011556B4 (en) Method and device for high-resolution optical scanning of a sample
DE3743584A1 (en) Optical spectrometer
DE3915692A1 (en) Fluorescence process measuring method - using switched laser, fluorescent light detection system with variable gain
Martin‐Fernandez et al. A high sensitivity time‐resolved microfluorimeter for real‐time cell biology
WO2020169324A1 (en) Analyzing gas by means of raman spectroscopy
DE19827533C2 (en) Method for determining the vapor phase composition and the temperature by means of linear Raman scattering in the presence of phase interfaces, in particular droplets, in particular in the case of engine injection processes
DE4429383A1 (en) Time and space-resolved fluorescence and scattered light measurement
DE2450912A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PERFORMING ANALYTICAL SPECTROMETRY

Legal Events

Date Code Title Description
8122 Nonbinding interest in granting licenses declared
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee