DE69908113T2

DE69908113T2 - Verfahren zur quantitativen analyse von atomaren materialbestandteilen durch libs spektroskopie

Info

Publication number: DE69908113T2
Application number: DE69908113T
Authority: DE
Inventors: Vincenzo Palleschi; Alessandro Ciucci; Simone Rastelli; Elisabetta Tognoni
Original assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Current assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: DE69908113D1; EP1068516B9; ES2200517T3; ATE241134T1; JP2002507741A; IT1306112B1; EP1068516A1; US6657721B1; WO1999049301A1; EP1068516B1; PT1068516E; DK1068516T3; ITPI980023A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Analyse von atomaren Materialbestandteilen durch LIBS Spektroskopiemessungen ohne Kalibrierung.
Die quantitative und die Echtzeitanalyse der elementaren Zusammensetzung von Materialien ist auf vielen Gebieten von großem Interesse, von der industriellen Herstellung bis zur Umweltdiagnostik, von der Online-Steuerung der Produktqualität bis zur Beobachtung industrieller Abgase.
Gegenwärtig benötigen die am meisten verbreiteten Systeme der quantitativen Analyse eine Probenentnahme der Materialien mit einer nachfolgenden Offline-Beschreibung. Im allgemeinen ist dieser Vorgang mit einem Anstieg der Zeit für die Erlangung der nötigen Daten und daher der Kosten und Gefahren verbunden.
Die LIBS (laserinduzierte Breakdown-Spektroskopie) oder LIPS (laserinduzierte Plasmaspektroskopie) Technik ist eine Technik zur raschen Analyse der elementaren Inhaltsstoffe, die vor Ort angewendet werden kann und Ergebnisse in Echtzeit bereitstellt. Gegenwärtige auf LIBS beruhende Systeme stützen sich auf Kalibrierungskurven, um die Konzentration der verschiedenen Elemente zu bestimmen (D. A. Cremers, M. J. Ferris und M. Davies: "Transportable Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) instrument for field-based soil analysis", SPIE Ausgabe 2835 (190–200) 1996].
Der Artikel von B. J. Goddard, "Materials analysis using laser-based spectroscopic techniques", Transaction of the Institute of Measurement and Control, 1991, Großbritannien, Ausgabe 13, Nr. 3, Seite 128 bis 139, offenbart mehrere auf Lasern beruhende spektroskopische Verfahren, die fähig sind, geringe Konzentrationen eines bestimmten Elements festzustellen. Im Fall eines LIBS Verfahrens ist es für ein System im lokalen thermodynamischen Gleichgewicht LTE möglich, die relativen Konzentrationen der elementaren Inhaltsstoffe durch Messen der Linienintensitäten abzuleiten.
Die Patentanmeldung WO97/15811 betrifft eine spektroskopische Bestimmung der Konzentration atomarer Arten in Proben. Die Konzentration der zu bestimmenden atomaren Arten wird dann aus der bekannten Emissionsintensität einer vorherbestimmten Konzentration jener Art in der Probe bei der gemessenen Temperatur, einer Größe, die vor der Bestimmung der unbekannten Konzentration gemessen worden wäre, und der tatsächlich gemessenen Emission der unbekannten Art oder durch diese letztere Emission und die Emissionsintensität einer Art, die in der Probe eine bekannte Konzentration aufweist, wie etwa Stickstoff für gasförmige Luftproben, abgeleitet.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren und ein System vor, die auf LIBS Technologie beruhen, um die Konzentration der verschiedenen Elemente, die in einer Probe vorhanden sind, ohne die Verwendung von Kalibrierungskurven zu bestimmen.
Das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 14 definiert, und besondere Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Anwendung des vorliegenden Verfahrens gestattet es

i) ohne einen Bedarf an Bezugsproben und ohne Kalibrierung eine quantitative Analyse durch die LIBS Technologie durchzuführen;
ii) Meßkosten und -zeiten zu verringern, da das Verfahren selbstkonsistent ist (die experimentellen Größen, die nötig sind, um die Konzentration zu bestimmen, sind absolute Größen, die aus der gleichen Messung erhalten werden).

Die Erfindung ist hierin beschreibend und nicht beschränkend für einige Anwendungen beschrieben, die als besonders bedeutend betrachtet werden.
a) Arbeitsprinzip der LIBS Technik
LIBS beruht auf der Analyse des Spektrums der Strahlung, die durch die Atome der Probe abgegeben wird, wenn sie durch einen Laserimpuls, der richtig auf das Ziel fokussiert ist, angeregt und ionisiert werden.
Der Strahl eines Impulslasers wird durch ein passendes optisches System auf eine Probe fokussiert. Wenn die Energie des Laserimpulses ausreichend hoch ist, ist die Dichte der Photonen im Brennfleck so, dass eine mehrphotonische Ionisierung ausgelöst wird (sogar, wenn die Erscheinung eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit aufweist). Die ersten freien Elektronen werden durch das elektrische Feld der Strahlung beschleunigt und ionisieren durch Aufschlag andere Atome; so wird eine Kettenreaktion hervorgerufen, die den Zerfall mit seinem kennzeichnenden Explosionsgeräusch und Lichtblitz erzeugt. Das (aus neutralen Atomen, Ionen und freien Elektronen) bestehende Plasma, das in den ersten Momenten des Laserimpulses gebildet wird, absorbiert Energie vom Laserimpuls und erreicht somit Temperaturen in der Größenordnung von etwa zehn eV (~10⁵ K)(~10⁵°C). Das im Brennfleck enthaltene Material (kennzeichnendes Volumen ~0,1 mm³) wird somit erhitzt und ionisiert. Nachdem der Impuls und die Erhitzungsphase vorbei sind, kühlt das Plasma ab und erzeugen die atomaren Arten ihr spezifisches Spektrum. Durch das Auflösen der Entwicklung von Plasma durch die Zeit ist es möglich, verschiedene vorherrschende Strahlungsbereiche zu unterscheiden:

a) Ausstrahlung der Bremsstrahlung,
b) Abgabe der Spektrallinien der Elemente;
c) Abgabe der Schwingungsbande einfacher Moleküle, die als Folge der Aufschläge gebildet wurden.

LIBS Analyse beruht auf der Messung der unter Punkt b) angezeigten Linien. Zu diesem Zweck muss die Beobachtung des Spektrums mit einer bestimmten Verzögerung in Bezug auf den Laserimpuls beginnen, um die Auswirkungen des Vorhandenseins der Ausstrahlung der Bremsstrahlung zu verringern. Der somit unterschiedene kennzeichnende Arbeitsbereich entspricht Plasmatemperaturen in der Größenordnung von 1 eV (~10⁴°C). Die Dauer der Beobachtung wird auf Grundlage der Eigenschaften der Vorrichtung (Energie und Dauer der Laserimpulse) festgelegt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren und die Temperaturschwankungen durch die Dynamik des Plasmas zu beschränken.
In dem Fall, in dem der Zustand des LTE (des lokalen thermodynamischen Gleichgewichts) ["Principles of Laser Plasma" hrsg. von G. Bekefi, J. Wiley & Sons, 1976] während des Zeitraums der Beobachtung verifiziert wird, ist das Plasma durch seine Temperatur und seine Elektronendichte gekennzeichnet.
Die atomaren Elemente, die das Plasma bilden, sind in verschiedenen Ionisierungszuständen vorhanden. Hierin wird ein Element, das einen bestimmten Ionisierungszustand aufweist, als eine Art bezeichnet (z. B. sind neutrales Magnesium [MgI] und ionisiertes Magnesium [MgII] zwei Arten des gleichen Elements). Im Fall des LTE ist die Besetzung der Atomebene durch die Boltzmann-Verteilung beschrieben und ist das Verhältnis zwischen Besetzungen von zwei Ebenen, die zu aufeinanderfolgenden Ionisierungszuständen eines gleichen Elements gehören, durch die Saha-Boltzmann-Gleichung gegeben,
wobei
N_e die Elektronendichte (cm^–3) ist;
N_n(Z – 1) die Ebene-n-Besetzung der Art mit der Ladung (Z – 1) ist;
N₁(Z) die Grundebenenbesetzung der Art mit der Ladung (Z) ist;
g₁ ^z die Entartung der Grundebene der Art mit der Ladung (Z) ist;
g_n ^{Z – 1} die Entartung der n-Ebene der Art mit der Ladung (z – 1) ist;
E_∞ ^Z(n, I) die Ionisierungsenergie der Art mit der Ladung (Z – 1) anfänglich bei Ebene (n, 1) ist;
T_e die Elektronentemperatur des Plasmas ist.
T_e, die in Gleichung 1 auftritt, ist die Temperatur der Verteilung der freien Elektronen im Plasma, während die Plasmatemperatur T für die Temperatur der gebundenen Elektronen steht. Unter der Arbeitsbedingung (LTE) ist der Unterschied zwischen diesen Temperaturen unwesentlich.
Die Intensität jeder Spektrallinie, die für jede im Plasma vorhandene Art a kennzeichnend ist, hängt gemäß der Formel
von der Konzentration dieser Art N_a und von der Besetzung der Ausgangsebene, d. h., der Plasmatemperatur T ab, wobei I^λ _ki die Anzahl der pro Volumenseinheit und für die Zeiteinheit bei der Wellenlänge λ abgegebenen Photonen ist, die für den Übergang zwischen den Ebenen k und i der Art a kennzeichnend ist, g_k die Entartung der oberen Ebene ist, E_k die Energie der oberen Ebene ist, k_B die Boltzmann-Konstante ist, A_ki die Wahrscheinlichkeit des Übergangs zwischen den beiden Ebenen k und i ist, und U_a(T) die Verteilungsfunktion der Art a bei der Temperatur T gemäß dem Ausdruck
ist.
b) Vorgangsweise für die Analyse auf Grundlage des vorgeschlagenen Verfahrens
Der Wert der Größe T wird durch Messungen der Intensität der durch Elektronenübergänge abgegebenen Strahlung erhalten.
Die gemessenen Intensitätswerte I ^λ _ki werden durch einen Verhältnisfaktor F, der von der Versuchsvorrichtung und von den Messbedingungen abhängt (die spektrale Empfindlichkeit der Versuchsvorrichtung wird in der Berechnung der Größe I ^λ _ki bewertet), mit der abgegebenen Intensität I^λ _ki verbunden.
Dieser Faktor F muss während eines Messdurchgangs konstant sein, d. h., die Erlangung aller Abschnitte des Spektrums, die für die Messung notwendig sind, muss unter den Versuchsbedingungen unternommen werden. Daher ist die folgende Beziehung gültig:
Durch Verwendung der gemessenen Werte der Intensität der Linien, die durch eine gleiche Art abgegeben werden, und der relativen spektroskopischen Daten (E_k, g_k, A_ki, die aus der Literatur verfügbar sind) ist es möglich, die Temperatur des Plasmas zu berechnen. Durch das Ersetzen des Ausdrucks I^λ _kiin Gleichung 4 durch Gleichung 2 und durch Verwenden des natürlichen Logarithmus beider Ausdrücke ergibt sich
Unter der LTE-Bedingung ist die Temperatur für alle Arten gleich und wird Ua(T) durch die Temperatur bestimmt. Die Gleichung (5) ist daher die Gleichung einer geraden Linie: yki = m + nxki (6) wobei x_ki = E_k
y_ki = In(I ^λ _ki/g_kA_ki)
m = In(FN_a/U_a(T))
n = –1/k_BT ist.
Für jede Art sind die Werte (x_ki, y_ki), die jede Linie kennzeichnen, auf der Ebene (E, In( Ig/A)) angezeigt, und für jede Art wird der Wert des Gefälles n und des Abschnitts m durch lineare Regression erhalten. Das somit erhaltene Gefälle n ergibt den Wert der Temperatur des Plasmas: T = –1/kBn (7)
Mit dem durch die Gleichung 7 berechneten (und möglichst auf die unterschiedlichen Arten verdurchschnittlichten) Wert T wird durch Gleichung 3 der Wert von U_a(T) bestimmt. An diesem Punkt ist es durch Verwendung des Abschnittswerts m möglich, den Wert der Konzentration FN_a zu berechnen, der das Produkt der Konzentrationen der Art a mal dem experimentellen Faktor F ist.
Auf diese Weise wird zur Messung von FNa für alle Arten, die identifiziert wurden, übergegangen (zur Beachtung: nach dem Herausfinden von T wird die Messung einer einzelnen Linie zur Bestimmung von FNa ausreichend sein).
Unter den Arbeitsbedingungen (T ~ 1 ev)(~10⁴°C) werden nur Spektren beobachtet, die durch die ersten beiden Arten jedes Elements, d. h., durch den neutralen Zustand und durch den ersten Ionisierungszustand, abgegeben werden, tatsächlich ist die relative Häufigkeit von Atomen in Ionisierungszuständen über dem ersten geringer als 10^–3.
Nachdem die Plasmatemperatur und die Artenkonzentrationen (mal dem Faktor F) erhalten wurden, kann die Konzentration der Elemente (in der Folge durch C_i bezeichnet) berechnet werden.
Die Vorgangsweise erfolgt nach dem folgenden Schema:
A) Berechnung der Konzentrationen der Elemente mal dem experimentellen Faktor F
Für jedes Element kann man den folgenden Fällen begegnen:

i) Die Konzentrationen FN_a für beide Arten sind verfügbar: Dann wird die Konzentration des Elements durch die Summe der Konzentrationen der beiden Arten erhalten. Zusätzlich ist es durch Gleichung 1 möglich, N_e zu berechnen (das in diesem Fall die einzig unbekannte Größe ist). Dann wird die Vorgangsweise nach Punkt B) fortgeführt.
ii) Die Konzentration für nur eine der Arten ist verfügbar und der Wert N_e ist bekannt (dieser Fall tritt auf, wenn es zumindest ein Element gibt, für das die Konzentrationen beider Arten gemessen wurden): Die Konzentration des Elements kann durch Berechnen der Konzentration der anderen Art durch Gleichung 1 und durch Zusammenzählen der Konzentrationen der beiden Arten erhalten werden. Dann wird die Vorgangsweise nach Punkt B) fortgeführt.
iii) Die Konzentration für nur eine der Arten ist verfügbar und der Wert N_e ist nicht bekannt (dieser Fall tritt auf, wenn es möglich ist, die Linien einer einzelnen Art für jedes der identifizierten Elemente zu messen): In diesem Fall wird N_e auf Grundlage der Saha-Gleichung und den Konzentrationen der Arten, die unterschieden wurden, als Wert der Konvergenz eines iterativen Algorithmus berechnet. Das heißt, es muss ein vernünftiger Anfangswert für N_e festgelegt werden (unter den kennzeichnenden Arbeitsbedingungen ist N_e 10¹⁸ Elektronen/cm³), und dann wird die Vorgangsweise zur Bestimmung der Konzentrationen der Elemente mal dem Faktor F nach Punkt ii) fortgeführt. Dann ist es notwendig, mit der Berechnung der tatsächlichen Konzentrationen nach Punkt B) fortzuführen. Nachdem der Faktor F beseitigt wurde und die Konzentrationen der Elemente erhalten wurden, wird N_e als die Summe der Konzentrationen N_i der ionisierten Art neuberechnet (für den Neutralitätszustand des Plasmas entspricht dies Ne =
Ni(II) , wobei Tot die Anzahl der unterschiedenen Elemente ist). Dieser neue Wert für N_e wird bei Punkt iii) des Algorithmus erneut eingebracht und der Zyklus wiederholt, bis der Wert von N_e konvergiert.

B) Bestimmung des experimentellen Faktors F und Berechnung der tatsächlichen Konzentrationen
Es ist möglich, auf zwei Arten vorzugehen:

i) Es wird ein interner Bezug verwendet. Wenn die Konzentration C_bekanntes Element eines Elements der Probe bekannt ist (z. B. Stickstoff in der Atmosphäre), ist es möglich, den Faktor F als das Verhältnis zwischen der Konzentration dieses Elements wie mit dem LIBS Verfahren nach Punkt A) gemessen und der bekannten Konzentration zu bestimmen F = (FCElement)LIBS/Cbekanntes Element (8) und dann die anderen Konzentrationen mit dem so bestimmten Faktor F neu einzustufen.
ii) Jede Konzentration wird in bezug auf die Summe aller Konzentrationen normalisiert:
wobei Tot die Anzahl der unterschiedenen Elemente bezeichnet. Die nach dem in Punkt ii) beschriebenen Verfahren berechneten Konzentrationen werden durch einen Prozentfehler beeinflusst, der zumindest der Konzentration der Elemente, die nicht unterschieden wurden, entspricht. Die nach dem in Punkt i) beschriebenen Verfahren vorgenommenen Messungen werden nur durch einen Prozentfehler beeinflusst, der durch die Genauigkeit, mit der der Bezug bekannt ist, bestimmt wird, doch ist ein solches Verfahren nur anwendbar, wenn ein interner Bezug verfügbar ist.

Der in Punkt A) und B) beschriebene Algorithmus ist im Ablaufdiagramm, das in 6 gezeigt ist, zusammengefasst.
Ein Blockdiagramm, das die Vorgangsweise für die hierin vorgestellte quantitative Analyse beschreibt, ist in 7 gezeigt.
Beschreibung möglicher Anwendungen
Nachstehend sind verschiedene Anwendungen der hier beschriebenen LIES Technik beschrieben. Bei allen Anwendungen wird die gleiche Vorgangsweise der Spektralanalyse benutzt, die im vorhergehenden Blockdiagramm beschrieben ist.
a) Beschreibung von Metallegierungen
Bei der Beschreibung von Metallegierungen ruht das Interesse für gewöhnlich auf der Messung der Konzentration der Hauptbestandteile, d. h. der Bestandteile, die in einem Prozentsatz vorhanden sind, der zumindest 0,1 beträgt. In anderen Fällen kann es im Übrigen wichtig sein, das Vorhandensein von Verunreinigungen in den Legierungen auf eine rasche Weise zu bestimmen und vielmehr der Messempfindlichkeit als der Genauigkeit Vorrang zu geben.
Eine geeignete Vorrichtung ist in 1 gezeigt und besteht aus einer Laserstrahlungsquelle 1, einem fokussierenden optischen System 2, einem ersten Spiegel 3, einem ersten Träger 4 für eine Metallegierungsprobe 5, einem zweiten Spiegel 6, einem optischen System 7 zum Empfangen des abgegebenen Signals, einer optischen Faser 8, einem Spektrometer 9, einem Zeittaktsystem 10 zum Unterscheiden der Spektrallinien aus der fortlaufenden Abgabe, einem Computer 11, einem elektronischen Steuer- und Schnittstellensystem 12 und einer Software zur Analyse von Daten.
Kennzeichnende Arbeitsbedingungen für die Analyse von Metallegierungen sind:

– eine Dichte das Laserstrahlungsflusses auf das Ziel von ~10⁸ Wcm^–2
– eine Wiederholungsfrequenz von 10 Hz
– ein Empfang mit einer Quarzoptik (UV-durchlässig)
– eine Verwendung eines Systems zur Bewegung der Probe, um den bestrahlten Fleck zu steuern.

b) Beobachtung von Spurenelementen in der Atmosphäre
Bei der Analyse von Spuren in der Atmosphäre ruht das Interesse auf der Messung von Schadstoffen oder anderen Elementen, die in der Form von Aerosol, submikrometrischen Teilchen oder Dämpfen in Mengen in der Größenordnung von ppm vorhanden sind.
Eine geeignete Vorrichtung ist in 2 gezeigt und besteht aus einer Laserstrahlungsquelle 21, einem fokussierenden optischen System 22 zum Richten der Laserstrahlung in das Gas, einem optischen System 24, einer optischen Faser 25, einem Spektrometer 26, einem Zeittaktsystem 27 zum Unterschieden der Spektrallinien aus der fortlaufenden Abgabe, einem Computer 28, einem elektronischen Steuer- und Schnittstellensystem 29 und einer Software zur Analyse von Daten.
Kennzeichnende Arbeitsbedingungen für die Beobachtung der in der Atmosphäre in Spuren enthaltenen Elemente sind:

– eine Dichte des Laserstrahlungsflusses am Brennfleck von ~5·10⁹ Wcm^–2
– eine Wiederholungsfrequenz von 10 Hz (oder höher)
– ein Empfang mit einer Quarzoptik (UV-durchlässig)

c) Analyse von Böden
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung einer raschen Analyse von Böden vor Ort oder im Labor mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist in 3 gezeigt und umfasst eine Laserstrahlungsquelle 31, einen Spiegel 32 zum Richten der Laserstrahlung auf eine Bodenprobe 33 auf einem Träger 34, eine Fokussierlinse 35, eine Sammeloptik 37, eine optische Faser 38, ein System 39 zur Analyse optischer Signale, einen Computer 40 und eine Software zur Analyse von Daten.
d) Analyse von Kulturerbe
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung der Analyse von Kulturerbe mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist in 4 gezeigt und umfasst eine Laserstrahlungsquelle 41, einen Frequenzvervielfacher 42, eine Gruppe von vier Spiegeln 43 bis 46, um die Laserstrahlung selektiv entweder direkt (LIPS Analyse) oder durch einen Frequenzvervielfacher [für die LIF (laserinduzierte Frequenz-) Analyse] auf ein Ziel 47 zu richten, zwei weitere Spiegel 48 bis 49, um das abgegebene Signal zu einem Sensor 50 zu richten, einen Computer 51 und eine Software zur Analyse von Daten.
e) Atomemissionsspektroskopie
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung der Atomemissionsspektroskopie mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist in 5 gezeigt und umfasst eine Probe 61, auf deren Oberfläche durch eine Laserquelle oder jede beliebige andere Strahlungsquelle wie etwa einen elektrischen Funken, Mikrowellen usw. ein Plasma 62 erzeugt wird. Das abgegebene Signal erreicht ein Streuretikel 63 in einem Gehäuse 64, das mit mehreren Schlitzen 65 versehen ist, die jeweils zu einem jeweiligen Photovervielfacher 66 gerichtet sind. Die Photovervielfacher sammeln die integrale Linienintensität, die spezifischen Emissionslinien der Materialien entsprechen, und diese Daten werden unter Verwendung der hier beschriebenen Vorgangsweise für die Spektralanalyse verarbeitet.

Claims

Verfahren zur quantitativen Messung der Konzentration von atomaren Bestandteilen von festen, flüssigen oder gasförmigen Materialien, umfassend: a) Spektralanalyse der Strahlung, die von einer Probe abgegeben wird, welche eine Vielzahl von Elementen enthält und in einer solchen Weise angeregt und ionisiert wird, dass ein Plasma erzeugt wird; b) qualitative Analyse der abgegebenen Strahlung; c) quantitative Analyse ohne Kalibrierung der abgegebenen Strahlung, wobei die quantitative Analyse beinhaltet: d) Messen der Stärke der Spektrallinien, die von jedem Element abgegeben werden; e) Erhalten der Plasmatemperatur (T) von zumindest einer Art der abgegebenen Strahlung; gekennzeichnet durch f) Bestimmen der um einen Verhältnisfaktor (F) multiplizierten Konzentration (N_a) aller Arten; g) Berechnen der Konzentration jedes Elements als Summe der entsprechenden Artenkonzentrationen; h) Normalisieren jeder Konzentration in Bezug auf die Summe aller Konzentrationen, um den Verhältnisfaktor (F) zu beseitigen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) durch Herstellen eines Durch schnitts zwischen Messungen von mehr als einer Art bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt des Bestimmens des Werts der Elektronendichte (N_e) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Konzentration (FN_a) für nur eine der Arten verfügbar ist, die Konzentration der anderen Arten durch die Saha-Boltzmann-Gleichung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Konzentration (FN_a) für nur eine der Arten verfügbar ist und der Wert der Elektronendichte (Ne) nicht bekannt ist, die Konzentration der anderen Arten als Wert der Konvergenz eines iterativen Algorithmus beruhend auf der Saha-Boltzmann-Gleichung und auf den Konzentrationen der Arten, die individuiert wurden, berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der iterative Algorithmus folgende Schritte umfasst: a) Festlegen eines Ausgangswerts für die Elektronendichte (N_e), b) Berechnen der Konzentration der anderen Arten durch die Saha-Boltzmann-Gleichung, c) Normalisieren jeder Konzentration in Bezug auf die Summe aller Konzentrationen, um den Verhältnisfaktor (F) zu beseitigen, d) Berechnen der Elektronendichte (N_e) als die Summe der Konzentrationen (N_i) der ionisierten Arten, e) Wiedereinbringen des Werts der Elektronendichte (Ne) in die Berechnung an Punkt b) und ein Wiederholen des Ablaufs, bis der Wert der Elektronendichte (Ne) konvergiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: a) Individuierung der Spektrallinien; b) Messung der Wellenlänge an einer mittleren Linie; c) Messung des Linienintegrals.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Identifizierung der Art durch Übereinstimmung zwischen der Wellenlängenmessung an der mittleren Linie und einer passenden Datenbank gemäß dem Höchstwahrscheinlichkeitskriterium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung für die Beschreibung von Metalllegierungen.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Beobachtung von Spurenelementen in der Atmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Analyse von Böden vor Ort oder im Labor.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Analyse von Kulturerbe.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Atomemissionsspektroskopie.
System zur quantitativen Analyse von atomaren Bestandteilen von Materialien, die eine Vielzahl von Elementen enthalten, durch LIBS Spektroskopiemessungen, umfassend: a) eine Laserstrahlungsquelle (1); b) optische Mittel (2, 3) zum Richten der Laserquellenstrahlung zum Material; c) ein optisches System (7) zum Empfangen der Strahlung, die durch das Plasma, das durch das Material erzeugt wurde, abgegeben wird; d) ein System (9) zur Analyse des optischen Signals; e) einen Computer (11), beinhaltend: Mittel zum Messen der Stärke der Spektrallinien, die durch jedes Element abgegeben werden; Mittel zum Erhalten der Plasmaelektronentemperatur (T) von zumindest einer Art der abgegebenen Strahlung; dadurch gekennzeichnet, dass der Computer ferner beinhaltet: Mittel zum Bestimmen der um einen Verhältnisfaktor (F) multiplizierten Konzentration (N_a) aller Arten; Mittel zum Berechnen der Konzentration jedes Elements als Summe der entsprechenden Artenkonzentrationen; Mittel zum Normalisieren jeder Konzentration in Bezug auf die Summe aller Konzentrationen, um den Verhältnisfaktor (F) zu beseitigen.