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The application of a LIBS system is presented. A diode-pumped low energy laser (3 mJ, 1.5 ns, 100 Hz) and a compact NIR spectrometer are used. A scanner allows the two-dimensional element mapping. For the quantitative analysis calibration of the system is carried out with reference samples in a concentration range of chlorine of 0.05 wt.% to 2.5 wt.%. To determine the 2D distribution of harmful elements (Cl, C), concrete cores were drilled, split and analyzed directly. By comparing the chloride ingress and the carbonation, the interaction of both processes can be visualized in one measurement that takes less than 10 minutes with a drill core of 50 mm x 100 mm. Results obtained were compared and verified with standard measurements.
Es wird ein alternatives Verfahren zur schnellen zweidimensionalen Analyse der chemischen Zusammensetzung von Baustoffen vorgestellt. Dieses beruht auf der Kombination des Abtrags einer geringen Materialmenge durch einen gepulsten Laser, der Plasmaerzeugung und der Analyse der Lichtemission des Plasmas mittels optischer Spektroskopie. Es können prinzipiell alle Elemente gleichzeitig nachgewiesen werden. Damit ist es möglich einerseits Informationen über den Baustoff an sich als auch über den Eintrag potentiell schädigender Elemente (z. B. Cl, C, Na, K, S) zu gewinnen. Das Verfahren kann automatisiert im Labor oder als mobile Version direkt vor Ort eingesetzt werden. Es liefert zweidimensionale Bilder der Elementverteilung in Echtzeit. Es kann ohne große Probenvorbereitung z. B. direkt an der Querschnittsfläche eines Bohrkernes gemessen werden. Die Messung dauert nur wenige Minuten. Das Prinzip der Messung, die Vor- und die Nachteile, sowie die verfügbare Gerätetechnik für den Einsatz im Labor oder direkt am Bauwerk werden vorgestellt. Abschließend werden praktische Beispiele für die Anwendung des LIBS-Verfahrens zur Erfassung des Chlorid-Eintrages, der Karbonatisierung und der Verteilung von Schwefel präsentiert.
Es wird ein alternatives Verfahren zur schnellen zweidimensionalen Analyse der chemischen Zusammensetzung von Baustoffen vorgestellt. Dieses beruht auf der Kombination des Abtrags einer geringen Materialmenge durch einen gepulsten Laser, der Plasmaerzeugung und der Analyse der Lichtemission des Plasmas mittels optischer Spektroskopie. Es können prinzipiell alle Elemente gleichzeitig nachgewiesen werden. Damit ist es möglich einerseits Informationen über den Baustoff an sich als auch über den Eintrag potentiell schädigender Elemente (z. B. Cl, C, Na, K, S) zu gewinnen. Das Verfahren kann automatisiert im Labor oder als mobile Version direkt vor Ort eingesetzt werden. Es liefert zweidimensionale Bilder der Elementverteilung in Echtzeit. Es kann ohne große Probenvorbereitung z. B. direkt an der Querschnittsfläche eines Bohrkernes gemessen werden. Die Messung dauert nur wenige Minuten. Das Prinzip der Messung, die Vor- und die Nachteile, sowie die verfügbare Gerätetechnik für den Einsatz im Labor oder direkt am Bauwerk werden vorgestellt. Abschließend werden praktische Beispiele für die Anwendung des LIBS-Verfahrens zur Erfassung des Chlorid-Eintrages, der Karbonatisierung und der Verteilung von Schwefel präsentiert.
Es geht auch einfacher
(2019)
Mit laserbasiertem Verfahren Zustand von Betonbauwerken erfassen: Die Laserinduzierte Breakdown Spektroskopie (LIBS) stellt eine Alternative zur nasschemischen Analyse dar, um den Zustand von Betonbauwerken zu erfassen. Bei diesem Verfahren laufen der Analysevorgang und die Auswertung automatisiert ab. Ein Prototyp für die mobile Anwendung auf der Baustelle steht zur Verfügung. So kann auf Knopfdruck ein schriftlicher Bericht erstellt werden, der einen genauen Wert für die Eindringtiefe eines relevanten Elements wie Chlorid ausgibt.
Society for Applied Spectroscopy (SAS) Atomic Section Student Award.
Magnesium is a major element in the hydrosphere and biosphere and plays important roles in (bio-) geochemical and physiological cycles. Mg has three stable isotopes, 24Mg, 25Mg and 26Mg. It is due to their relatively large mass difference (~8% between) that isotope fractionation leads to slight variations of isotope amount ratios in biological, environmental and geological samples. Traditionally, isotope ratios are measured by mass spectrometric methods. Their drawbacks include the high costs for instruments and their operation, experienced operators and elaborate time-consuming chromatographic sample preparation.
Recently, optical spectrometric methods have been proposed as faster and low-cost alternative for the analysis of isotope ratios of selected elements by means of high-resolution continuum source molecular absorption spectrometry (HR-CS-MAS), and laser ablation molecular isotopic spectrometry (LAMIS).
For the determination of Mg isotope ratios in selected rock reference materials, the molecular spectrum of the in-situ generated MgF and MgO molecules were studied and their results compared with MC-ICP-MS. By HR-CS-MAS, samples were dissolved by acid digestion and Mg isotopes analyzed with and without matrix. The absorption spectrum was recorded for MgF for the electronic transitions X 2Σ → A 2 Πi, and X 2Σ → B 2Σ+. In the case of LAMIS, we investigated the MgF molecule for the electronic transition A 2Πi → X 2Σ, as well as direct analysis by the MgO molecule for the electronic transition A 1Π+ → X 1Σ. The MgF and MgO spectra are described as the linear combination of their isotopic components or isotopologues: 24MgF, 25MgF, and 26MgF for the MgF and 24MgO, 25MgO, and 26MgO for the MgO. The isotope analysis was done by deconvolution of the MgF spectrum by partial least square regression (PLS) calibrated with enriched isotope spikes. Results were accurate with precisions ranging between 0.2 ‰ and 0.8 ‰ (2 SD, n= 10) for HR-CS-GFMAS. No statistically significant differences were observed for samples w/o matrix extraction. On the other hand, LAMIS allows the direct analysis of solid samples with the extended possibility of direct analysis, however the precision is lower due the lack of solid isotopic calibration standards.
Magnesium (Mg) is a major element in a range of silicate and carbonate minerals, the hydrosphere and biosphere and plays important roles in (bio-) geochemical and physiological cycles. Mg has three stable isotopes, 24Mg, 25Mg and 26Mg with natural abundances of 79 %, 10 %, and 11 %, respectively. It is due to their relatively large mass difference (~8% between 24Mg and 26Mg) that isotope fractionation leads to slight variations of isotope amount ratios n(26Mg)/n(24Mg) in biological, environmental and geological samples. Traditionally, isotope ratios are measured by mass spectrometric methods and isotope ratios are expressed as deviation from an internationally agreed upon material, i.e. the zero-point of the δ-value scale. Drawbacks of this method include the high costs for instruments and their operation, experienced operators and elaborate, time-consuming chromatographic sample preparation.
Recently, optical spectrometric methods have been proposed as faster and low-cost alternative for the analysis of isotope ratios of selected elements by means of high- resolution continuum source graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR- CS-GFMAS) and laser ablation molecular isotopic spectrometry (LAMIS).
For the determination of Mg isotope amount ratios, the molecular spectrum of the in-situ generated MgF and MgO molecules were studied. In the case of HR-CS-GFMAS, the absorption spectrum was recorded for MgF for the electronic transitions X2Σ → A2Πi and X 2Σ → B2Σ+ around wavelengths 358 nm and 268 nm, respectively. In the case of LAMIS, we investigated the MgF molecule for the electronic transition A2Πi → X2Σ as well as the MgO molecule for the electronic transition A1Π+ → X1Σ around 500 nm. The MgF and MgO spectra are described by the linear combination of their isotopic components or isotopologues: 24MgF, 25MgF, and 26MgF for the MgF and 24MgO, 25MgO, and 26MgO for the MgO (F is monoisotopic, and the isotope composition of O is assumed as constant). By HR-CS-GFMAS the analysis of Mg was done by deconvolution of the MgF spectrum by partial least square regression (PLS) calibrated with enriched isotope spikes. Isotope amount ratios in rock samples with and without matrix separation were analyzed. Calculated δ-values were accurate and obtained with precisions ranging between 0.2 ‰ and 0.5 ‰ (1 SD, n = 10). On the other hand, LAMIS allows the direct analysis of solid samples with the extended possibility of in-situ analysis. Main advantages, limitations, and scopes of both optical techniques are going to be discussed and compared to MC-ICP-MS.