Caracterización óptica de la interacción de plasmas producidos por láser con descargas eléctricas unipolares

Abstract

LIBS is a very applied technique of atomic emission spectroscopy, it has a lot of advantages like real time analysis, analysis far from the target, it is possible to obtain results in different ambient conditions, the technique do not need sample preparation and it is easy manipulation. However, this technique has important disadvantage, which one is low level of trace elements detection. Using of a second re-exciting source coupled with the laser is a useful option to obtain better sensibility. Those sources can be microwave, glow discharge and a second laser pulse. Reexcitation of the plasma represent a grow of its life time what causes spectroscopic lines with bigger intensity, which one is translated in improve the signal to noise relation and to obtain bigger sensibility. A low cost option is to use of sinusoidal electric discharge, in this case exist moments where electric current is equal to 0, for that reason was proposed to employ a single pole electric discharge, with square profile and duration less than microsecond. This research was focused to study the interaction mechanisms between ablation plasma and electric discharge. Four diagnostic techniques of plasma were applied: fast photography, shadowgraph, two color interferometry and Saha-Boltzmann plot. With the two first a qualitative analysis was made, these were used to describe the temporal evolution of dynamic of plasmas and its component species.

LIBS es una técnica de espectroscopía de emisión atómica muy aplicada en la actualidad por su variedad de ventajas, entre las que se pueden mencionar: análisis en tiempo real, a distancia, bajo cualquier condición ambiental, sin necesidad de preparación de la muestra y la fácil manipulación de la técnica. Uno de los inconvenientes que presenta la técnica LIBS es su baja capacidad detección de especies minoritarias. Se han propuesto varias configuraciones en las que se utiliza una fuente energética que re-excite el plasma, por ejemplo: microondas, descarga luminiscente y un segundo pulso de láser. Que el plasma se re-excite representa un aumento de su tiempo de vida, lo que se traduce en un aumento de la intensidad de las líneas espectroscópicas. Logrando lo anterior, es posible mejorar la relación señal ruido del espectro y obtener una disminución en los límites de detección. Una alternativa de bajo costo lo representa el uso de una descarga eléctrica sinusoidal. En este caso existen instantes de tiempo donde la descarga eléctrica no interactúa con el plasma de ablación porque la corriente se hace cero. Por esa razón se ha propuesto el empleo de una descarga eléctrica unipolar, con perfil cuadrado y duración menor al microsegundo. Con el objetivo de estudiar los mecanismos mediante los que la descarga eléctrica unipolar interactúa sobre el plasma de ablación, se ha desarrollado la investigación que se muestra a continuación. En este caso se aplican cuatro técnicas de diagnóstico de plasmas: fotografía de sombras, fotografía rápida, interferometría de dos colores y gráficas de Saha-Boltzmann. Aplicando las dos primeras técnicas mencionadas se realiza un estudio cualitativo, con el que se obtiene información respecto a la evolución temporal de la dinámica de los plasmas y la distribución espacial de sus especies componentes.