Faserlaserbasierte Direktanalyse von Metall-Legierungen

Scharun, Michael; Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)

Aachen (2014)
Doktorarbeit

Kurzfassung

In Zeiten knapper werdender Ressourcen spielt die mobile chemische Analyse für das Recycling eine zunehmend wichtigere Rolle. Grenzen bezüglich Sensitivität oder notwendiger Probenpräparation, denen konventionelle Verfahren wie Funkenspektroskopie oder Röntgenfluoreszenzanalyse unterliegen, können mit der Laser-Emissionsspektroskopie - engl. laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) - überwunden werden. Um diese handgeführt realisieren zu können, sollten Laserstrahlquelle und Mess-Sonde mit einem Lichtwellenleiter verbunden werden. Dafür eignen sich Faserlaser, da somit die aufwendige und fehleranfällige Einkopplung des Laserlichts in eine Transportfaser entfällt. Im Rahmen der Dissertation wird ein faserlaserbasiertes LIBS-Verfahren erarbeitet und evaluiert. Experimentell werden Fragestellungen wie Abtrag, Einzelpulsverhalten und Einfluss der Repetitionsrate auf die Analyseergebnisse untersucht. Ein Vergleich der Analysefähigkeit mit kommerziellen handgeführten Analysegeräten für Aluminium und Stahl zeigt ähnliche Werte bei deutlich geringeren Messzeiten von unter 10 s im Vergleich zu ca. 25-150 s. Durch eine Optimierung des optischen Aufbaus sind Messzeiten von unter 1 s erreichbar. Mit dem Verfahren können relative Reststandardabweichungen von 5.6% (Cr) bis 13.7% (Ni) in hochlegiertem Stahl und 7.6% (Si) bis 21.7% (Zn) in Aluminium erzielt werden. Abschließend wird das entwickelte Verfahren in einen Demonstrator überführt und in Feldtests bei Recycling-Unternehmen erprobt.

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