Charakterisierung und Kompensation geometrischer Einflüsse auf die Laser-Emissionsspektroskopie bei der Inline-Werkstoffanalyse

Brunk, Markus; Poprawe, Reinhart (Thesis advisor); Schmitt, Robert (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2016)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Im Bereich des Metallrecyclings kann es von Interesse sein vor dem Schmelzprozess eine Sortierung des Ausgangsmaterials nach den Legierungsbestandteilen vorzunehmen. Die Verwendung der Laser-Emissionsspektroskopie (engl. laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)) zur Sortierung von Einzelteilen auf einem Förderband hat gegenüber konventioneller Verfahren einige Vorteile in Bezug auf Probenvorbereitung, Selektivität und Durchsatz. Werden Sortieranlagen mit LIBS-Sensoren eingesetzt, um Einzelobjekte auf einem Förderband zu untersuchen, ergibt sich aus der Geometrie zwischen einfallendem Laserstrahl und Probenoberfläche eine Abhängigkeit zu den gemessenen spektroskopischen Größen. In dieser Dissertation werden diese geometrischen Abhängigkeiten experimentell untersucht. Dabei wird neben der Untersuchung der Plasmaparameter der wesentliche Fokus auf Auswahlkriterien geeigneter Linienverhältnisse sowie die Ermittlung optimierter Kalibriermethoden gelegt. Die Messreihen zeigen, dass für steigende Winkel und steigende Abweichung vom Fokus neben dem generellen Abfall der Intensität auch eine Verringerung der Plasmatemperatur und der Elektronendichte festzustellen ist. Einige der durchgeführten Kalibrierungen weisen eine lineare Abhängigkeit vom Winkel auf. Wird für diese Linienpaare der Winkel in Form einer Kalibrierfläche berücksichtigt, kann die Winkelabhängigkeit um ca. Faktor 10 reduziert werden. Die Verfahrensstandartabweichung verschlechtert sich allerdings um ca. Faktor 2. Andere durchgeführte Kalibrierungen haben gezeigt, dass einige der Linienpaare eine Winkelabhängigkeit aufweisen, die Faktor 10 kleiner als die Verfahrensstandartabweichung ist und somit vernachlässigt werden kann. Für diese Linienpaare wurden verschiedene Parameter untersucht, die einen Hinweis auf die Winkelunabhängigkeit der Linienpaare liefern. Als einziger Parameter konnte hier die Wellenlänge gefunden werden. Linienpaare geringer Winkelabhängigkeit liegen innerhalb eines keinen Wellenlängenintervalls. Ein geringer Abstand zwischen Analyte- und Referenzlinie führt allerdings nicht zwangsläufig zu einer geringen Winkelabhängigkeit.Durch die Verwendung optimaler Linienverhältnisse kann der Winkeleinfluss reduziert und damit die Messgenauigkeit erhöht werden. Dies erlaubt ein Recycling ohne Downcycling und damit eine bessere Nutzung der Ressourcen.

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