LIBS é um acrônimo para Espectroscopia de quebra induzida por laser (Laser induced breakdown spectroscopy).
Trata-se de uma técnica espectroscópica atômica/molecular que usa pulsos de luz a laser intenso para vaporizar uma pequena quantidade de amostra de um alvo.
a princípio o funcionamento do LIBS é bastante simples. Um pulso de laser intenso e altamente focado é disparado em uma amostra, assim criando uma pequena pluma de plasma que consiste em átomos e íons excitados eletronicamente. Ou seja, à medida que esses átomos decaem de volta aos seus estados fundamentais, eles emitem comprimentos de onda característicos de luz.
*Um plasma é formado por átomos e íons excitados eletronicamente
A análise espectral de linhas de emissão características de átomos e íons é a base desse método.. A radiação laser de pulso curto, que é focada na superfície de uma amostra, causa um aquecimento local de cerca de 10.000 °C e leva à geração de um plasma emissor de luz – consistindo em átomos e íons do material ablacionado. Logo após sua ignição, o plasma em expansão emite radiação de frenagem inespecífico e radiação de recombinação (espectro contínuo). Dessa forma, após cerca de 100 ns, átomos e íons se recombinam, emitindo um espectro de emissão característico – como uma impressão digital. A análise espectral por meio de um espectrômetro de alta resolução permite a determinação da composição atômica da amostra. (LTB, 2023)
Créditos da Imagem: NASA.
Os lasers mais utilizados são os excímeros e lasers Nd:YAG pulsados. O pulso do laser usado para criar o plasma, normalmente, é muito curto: ente 5 a 20 nanossegundos de duração. Alguns equipamentos LIBS incluem filtros para remover o comprimento de onda do laser incidente da luz recebida. Imediatamente após o pulso do laser, a luz recebida pelo espectrômetro é branca, já que a bolha de plasma é pequena e muito quente. As condições do plasma quebram a grande maioria das ligações químicas, deixando os elementos constituintes como átomos livres, muitas vezes ionizados. À medida que o plasma se expande e esfria, os íons e átomos relaxam de seus estados excitados e as linhas espectrais úteis são emitidas, dessa forma, elas podem ser detectadas em torno de 1 µs após o pulso inicial do laser. Para garantir a leitura mais clara possível, geralmente desliga-se o detector até esse ponto.
A LIBS fornece análise multielementar com a vantagem de determinar rapidamente a composição atômica de uma amostra desconhecida com apenas uma única medição. O espectro LIBS detectado é caracterizado com a ajuda de bases de dados atômicas e é atribuído qualitativamente aos elementos correspondentes. Contudo, a análise quantitativa baseia-se na construção da curva analítica com materiais de referência, que contêm diferentes concentrações de analito. Portanto, dependendo da matriz do analito, podemos medir as concentrações de elementos na faixa de baixos ppm..
Características
- Aplicável para amostras sólidas, líquidas, gasosas e pastosas
- Sem contato e quase não destrutivo
- Nenhuma ou pouca preparação de amostra é necessária
- Possível análise com resolução espacial e de profundidade
- Sensoriamento remoto até vários metros
Curiosidade
Um espectrômetro de quebra induzida por laser desempenha um papel crucial como parte da instrumentação “ChemCam” no Mars Rover “Curiosity”. O título oficial do rover é “Mars Science Laboratory” – sua principal missão é analisar os solos e rochas de Marte em busca de sinais de organismos que podem ter habitado o planeta há milhões de anos.
Referências:
- www.azooptics.com/
- www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0584854702000526
- www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=305
Por Pedro Alexandre
