DE102010034438A1

DE102010034438A1 - Method for carrying out laser spectroscopy, device for carrying out the method and sorting system comprising the device

Info

Publication number: DE102010034438A1
Application number: DE102010034438A
Authority: DE
Inventors: A. Univ. Prof. Dr. Pedarnig Johannes D.; Dr. Huber Norbert; A. Univ. Prof. Dr. Heitz Johannes
Original assignee: AVE OESTERRREICH GmbH; Ave Osterrreich GmbH; Voestalpine Stahl GmbH
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-02-16
Also published as: WO2012021912A1; EP2580577A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung einer Laserspektroskopie gezeigt, bei dem mindestens ein gepulster Laser (2) über wenigstens ein optisches Element (4) auf mindestens einen Ablationsbereich (5) einer Probe (6) zur Erzeugung eines Plasmas (7) fokussiert, die Strahlung (8) des Plasmas (7) detektiert und anhand des Strahlungsspektrums der detektierten Strahlung (8) eine Elementanalyse durchgeführt wird. Um vorteilhafte Verfahrensbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der Laser (2) über ein als Axikon (11) ausgebildetes optisches Element (4) auf wenigstens zwei im Fokusbereich (12) des Axikons (11) liegende Ablationsbereiche (5', 5'', 5''') der Probe (6) fokussierend, Plasma (7, 7', 7'' bzw. 7''') erzeugt.A device and a method for carrying out a laser spectroscopy are shown, in which at least one pulsed laser (2) focuses on at least one ablation area (5) of a sample (6) for generating a plasma (7) via at least one optical element (4) , the radiation (8) of the plasma (7) is detected and an element analysis is carried out on the basis of the radiation spectrum of the detected radiation (8). In order to create advantageous process conditions, it is proposed that the laser (2), via an optical element (4) designed as an axicon (11), on at least two ablation areas (5 ', 5' 'located in the focus area (12) of the axicon (11). , 5 '' ') of the sample (6) focusing, plasma (7, 7', 7 '' or 7 '' ') generated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Laserspektroskopie, bei dem mindestens ein gepulster Laser über wenigstens ein optisches Element auf mindestens einen Ablationsbereich einer Probe zur Erzeugung eines Plasmas fokussiert, die Strahlung des Plasmas detektiert und anhand des Strahlungsspektrums der detektierten Strahlung eine Elementanalyse durchgeführt wird.The invention relates to a method for carrying out laser spectroscopy, in which at least one pulsed laser focuses on at least one ablation region of a sample to generate a plasma via at least one optical element, detects the radiation of the plasma and performs elemental analysis based on the radiation spectrum of the detected radiation.

Um für eine Laser-Emissionsspektrometrie ein Plasma erzeugen zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt ( DE10229498A1 , US2006092415A1 ), auf eine Probe einen Laser mit Hilfe einer „Autofokus-Optik” zu fokussieren, um damit einen punktförmigen Ablationsbereich zu schaffen. Zu diesem Zweck weist die Autofokus-Optik eine konkave und eine konvexe Linse als optische Elemente auf. Neben einem erheblichen mechatronischen Aufwand für solch eine „Autofokus-Optik” hat sich als weiterer Nachteil herausgestellt, dass Fokussierungsfehler beträchtlichen Einfluss auf die Parameter des laserinduzierten Plasmas nehmen können, so dass eine wiederholbare Laserspektroskopie nur schwer gewährleistet werden kann. Insbesondere kann mit derartigen Fokussierungsfehlern gerechnet werden, wenn die „Autofokus-Optik” vergleichsweise träge reagiert.In order to be able to generate a plasma for laser emission spectrometry, it is known from the prior art ( DE10229498A1 . US2006092415A1 ) to focus on a sample a laser using an "autofocus optics" to create a punctiform Ablationsbereich. For this purpose, the autofocus optic has a concave and a convex lens as optical elements. In addition to a considerable mechatronic effort for such an "autofocus optics" has proven to be a further disadvantage that focusing errors can significantly affect the parameters of the laser-induced plasma, so that a repeatable laser spectroscopy is difficult to ensure. In particular, such focussing errors can be expected if the "autofocus optics" react comparatively sluggishly.

Verbesserungen an der Dynamik der „Autofokus-Optik” führten jedoch nachteilig zu Optimierungsgrenzen, wobei sich eine vergleichsweise schnelle „Autofokus-Optik” als kostenintensiv herausgestellt hat. Des Weiteren konnte festgestellt werden, dass es je nach Kontur der Probenoberfläche zu vergleichsweise kleinen Plasmaentwicklungen kommen kann. Untersuchungen zeigten, dass bei nicht planen Ablationsbereichen womöglich auch hier Fokussierungsfehler für eine verminderte Plasmaerzeugung verantwortlich sein können.Improvements in the dynamics of the "autofocus optics", however, led adversely to optimization limits, with a comparatively fast "autofocus optics" has proven to be costly. Furthermore, it was found that, depending on the contour of the sample surface, comparatively small plasma developments can occur. Investigations showed that in non-planned ablation areas, focusing errors may also be responsible for reduced plasma production.

Des weiteren ist es bei einer Laserspektroskopie bekannt, auf eine Probe einen Laser derart zu fokussieren, dass ein kreisringförmiger Ablationsbereich entstehen kann ( Journal of Analytical Atomic Spectrometry 2004, 19, 445–450, ISSN 0267-9477 ). Zu diesem Zweck wird der Strahlengang des Lasers unter anderem durch ein Axikon und anschließend von einer außerhalb des Fokusbereichs des Axikons liegenden Sammellinse auf die Probe fokussiert. Auch hier ergeben sich die bereits aus der DE10229498A1 bekannten Probleme hinsichtlich einer exakten Fokussierung des Lasers, so dass mit denselben Nachteilen zu rechnen ist.Furthermore, in laser spectroscopy, it is known to focus a laser on a sample in such a way that an annular ablation region can arise ( Journal of Analytical Atomic Spectrometry 2004, 19, 445-450, ISSN 0267-9477 ). For this purpose, the beam path of the laser is focused on the sample, inter alia, by an axicon and then by a focusing lens located outside the focal region of the axicon. Here, too, arise already from the DE10229498A1 known problems with regard to an exact focusing of the laser, so that is to be expected with the same disadvantages.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art derart auf einfache Weise zu verbessern, dass damit wiederholbar eine äußerst genaue Elementanalyse auf Grundlage eines laserinduzierten Plasmas sichergestellt werden kann. Außerdem soll das Verfahren universal anwendbar und einfach handhabbar sein.The invention is therefore based on the object to improve a method of the type described in such a simple manner that repeatable extremely accurate elemental analysis based on a laser-induced plasma can be ensured. In addition, the method should be universally applicable and easy to handle.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Laser über ein als Axikon ausgebildetes optisches Element auf wenigstens zwei im Fokusbereich des Axikons liegende Ablationsbereiche der Probe fokussierend Plasma erzeugt.The invention achieves this object by virtue of the fact that the laser, via an optical element designed as an axicon, generates focusing plasma on at least two ablation regions of the sample lying in the focal region of the axicon.

Erzeugt der Laser über ein als Axikon ausgebildetes optisches Element auf wenigstens zwei im Fokusbereich des Axikons liegende Ablationsbereiche der Probe fokussierend Plasma, dann kann auf einfache Weise ein besonders universelles Verfahren ermöglicht werden. Es kann nämlich auf Grundlage von wenigstens zwei Ablationsbereichen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit mit einer Erzeugung eines ausreichend strahlungsintensiven Plasmas gerechnet werden, so dass verschiedenste Probenformen standfest einer Elementanalyse unterzogen werden können. Außerdem kann die vergleichsweise langen Fokustiefe genützt werden, für eine konstante Ablation und damit für eine reproduzierbare Plasmaerzeugung auch bei unterschiedlichen Probenanordnungen gegenüber der Laseroptik sorgen. Unterschiedliche Probenoberflächen fallen daher im Gegensatz zum Stand der Technik mit einer Fokuseinrichtung nicht ins Gewicht, weil in diesem Fokusbereich ein Fokussierungsfehler von vornherein ausgeschlossen werden kann. Das Verfahren kann sich daher gegenüber dem Stand der Technik nicht nur durch seine universale und einfache Verwendbarkeit auf Grundlage einer vergleichsweise hohen Toleranz in der Probeanordnung und/oder -größe sondern auch durch eine hohe Standfestigkeit auszeichnen. Hinzu kommt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht werden kann, das eine Elementanalyse vergleichsweise resistent gegenüber Störeinflüssen, insbesondere gegenüber Staubteilchen, im Strahlengang des Lasers wird. Es kann nämlich die Selbstrekonstruktion des Bessel-Strahls genützt werden, Störungen bei der Bestrahlung der Ablationsbereiche auszuschließen, so dass ein reproduzierbares Plasma auch bei unterschiedlichen Umgebungsparametern sichergestellt werden kann. Als besonders vorteilhaft zur Plasmaerzeugung hat sich herausgestellt, wenn ein kreisförmiger und wenigstens ein ringkreisförmiger Ablationsbereich auf die Probe fokussiert wird. Im Allgemeinen ist vorstellbar, Festkörper, Flüssigkeiten und/oder Aerosole als Probe zu verwenden. Insbesondere kann durch den Bessel-Strahl des Axikons neben einer erhöhten Fokuslänge bzw. Fokustiefe auch eine erhöhte Fokusbreite zur Verfügung gestellt werden, insbesondere wenn Aerosole einer Elementanalyse zugeführt werden sollen. Selbst feinste Teilchen des Aerosols können so vom Verfahren erfasst werden.If the laser generates focusing plasma on at least two ablation regions of the specimen that are formed in the focal region of the axicon via an optical element formed as an axicon, then a particularly universal method can be made possible in a simple manner. Namely, on the basis of at least two ablation regions, a generation of a sufficiently radiation-intensive plasma can be expected with a high probability, so that a very wide variety of sample shapes can be steadily subjected to elemental analysis. In addition, the comparatively long depth of focus can be utilized, ensuring a constant ablation and thus reproducible plasma generation even with different sample arrangements in relation to the laser optics. Different sample surfaces are therefore not significant in contrast to the prior art with a focus device, because in this focus area a focusing error can be ruled out from the outset. The method can therefore be distinguished from the prior art not only by its universal and simple usability based on a comparatively high tolerance in the sample arrangement and / or size but also by a high stability. In addition, it can be made possible by the method according to the invention that an element analysis becomes comparatively resistant to disturbing influences, in particular to dust particles, in the beam path of the laser. Namely, the self-reconstruction of the Bessel beam can be used to eliminate disturbances in the irradiation of the ablation areas, so that a reproducible plasma can be ensured even with different environmental parameters. It has turned out to be particularly advantageous for plasma generation when a circular and at least one ring-shaped ablation region is focused on the sample. In general, it is conceivable to use solids, liquids and / or aerosols as a sample. In particular, by the Bessel beam of the axicon in addition to an increased focal length or depth of focus also an increased focus width can be made available, especially when aerosols are to be supplied to an elemental analysis. Even the finest particles of the aerosol can be detected by the process.

Im Allgemeinen wird noch erwähnt, dass der Fokusbereich eines Axikons sich durch seine Fokustiefe und Fokusbreite definieren kann. In diesem Fokusbereich können sich vertikal und/oder lateral ein oder mehrere Maxima (kreisförmige bzw. ringkreisförmige) ausbilden. Die Umhüllende aller Bereiche kann nun als Fokusbereich definiert werden. Im Figurenschnitt kann dieser Fokusbereich als Raute dargestellt werden. In general, it is mentioned that the focus area of an axicon can be defined by its depth of focus and focus width. In this focus area, one or more maxima (circular or ring-shaped) can form vertically and / or laterally. The envelope of all areas can now be defined as a focus area. In the figure section, this focus area can be displayed as a rhombus.

Um die Robustheit des Verfahrens gegenüber Variationen in den Probenabmessungen zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass zu wenigstens zwei voneinander beabstandeten Ablationsbereichen je ein laserinduziertes Plasma erzeugt wird. Außerdem kann damit die Intensität des Plasmas erhöht werden, was für eine verbesserte Elementanalyse sorgen kann.In order to improve the robustness of the method with respect to variations in the sample dimensions, it can be provided that at least two ablation regions spaced apart from each other a laser-induced plasma is generated. In addition, it can increase the intensity of the plasma, which can provide for improved elemental analysis.

Werden wenigstens zwei Ablationsbereiche derart zueinander auf der Probe angeordnet, dass sich deren laserinduziertes Plasma vermischen kann, so kann sich damit ein besonders genaues und standfestes Verfahren ergeben. Eine derartige Plasmamischung kann nämlich für ein homogeneres Plasma und damit für eine verbesserte und standfeste Elementanalyse sorgen. Außerdem kann auch eine gegenüber Verschmutzung der Probenoberfläche autarke Elementanalyse geschaffen werden. Eventuell vergleichsweise stark von Verschmutzung kontaminiertes Plasma kann sich nämlich mit unbeeinträchtigtem Plasma von anderen Ablationsbereichen vermengen und so eine geringere Auswirkung auf das Strahlungsspektrum der detektierten Strahlung ausüben.If at least two ablation regions are arranged on the sample in such a way that their laser-induced plasma can mix, this can result in a particularly accurate and stable method. Namely, such a plasma mixture can provide a more homogeneous plasma and thus an improved and stable elemental analysis. In addition, it is also possible to create an element analysis which is self-sufficient in relation to contamination of the sample surface. Possibly relatively contaminated by contamination plasma can namely mix with unimpaired plasma of other ablation areas and exert a smaller impact on the radiation spectrum of the detected radiation.

Die Genauigkeit des Verfahrens kann auch selbst bei verschmutzen Proben vergleichsweise hoch gehalten werden.The accuracy of the method can be kept comparatively high even with dirty samples.

Besondere Bedingungen für das Verfahren und für die Vorrichtung können sich einstellen, wenn ein als Axikon ausgebildetes optisches Element zum Fokussieren eines gepulsten Laserstrahls auf wenigstens zwei Ablationsbereiche einer im Fokusbereich des Axikons wenigstens teilweise liegende Probe zur Durchführung einer Laserspektroskopie verwendet wird.Special conditions for the method and for the device can be established if an optical element designed as an axicon for focusing a pulsed laser beam on at least two ablation regions of a sample at least partially lying in the focal region of the axicon is used to perform laser spectroscopy.

Die Erfindung hat sich außerdem die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Durchführung einer Laserspektrometrie der eingangs geschilderten Art derart zu verbessern, dass gegenüber geometrischen Variationen an einer Probe äußerst standfest eine reproduzierbare Elementanalyse sichergestellt werden kann. Außerdem soll die Erfindung konstruktiv einfach sein.The invention has also set itself the task of improving an apparatus for performing a laser spectrometry of the type described in such a way that against geometrical variations of a sample extremely stable a reproducible element analysis can be ensured. In addition, the invention should be structurally simple.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass im Strahlengang des Lasers ein als Axikon ausgebildetes optisches Element zum Fokussieren des Strahlengangs auf wenigstens zwei im Fokusbereich des Axikons liegende Ablationsbereiche der Probe vorgesehen ist.The invention achieves this object by providing an optical element designed as an axicon for focusing the beam path on at least two ablation regions of the specimen located in the focal region of the axon in the beam path of the laser.

Ist im Strahlengang des Lasers ein als Axikon ausgebildetes optisches Element vorgesehen, dann kann auf einfache Weise der Strahlengang auf wenigstens zwei Ablationsbereiche fokussiert werden, wenn die Probe bzw. dessen Ablationsbereiche im Fokusbereich des Axikons liegt bzw. liegen. Es kann daher im Gegensatz zum Stand der Technik nicht nur auf eine konstruktiv aufwendige „Autofokus-Optik” verzichtet werden, weil vorteilhaft der Fokusbereich des Axikons bzw. dessen vergleichsweise lange Fokustiefe genützt werden kann, sondern es eröffnet sich auch erfindungsgemäß die Möglichkeit, anhand von wenigstens zwei Ablationsbereichen mindestens ein Plasma erzeugen zu können, das über eine ausreichend intensive Strahlung für eine äußerst standfeste und reproduzierbare Elementanalyse verfügt. Erfindungsgemäß kann daher der Einfluss von unterschiedlichen geometrischen Abmessungen von zu untersuchenden Proben und/oder unterschiedlichen Lagen der Proben gegenüber der Laseroptik auf die Elementanalyse vergleichsweise klein gehalten werden, so dass auf konstruktiv einfache Weise eine besonders standfeste Vorrichtung geschaffen werden kann.If an optical element designed as an axicon is provided in the beam path of the laser, then the beam path can be focused in a simple manner on at least two ablation regions if the sample or its ablation regions lies or lie in the focal region of the axicon. Therefore, in contrast to the prior art, it is not only possible to dispense with a structurally complex "autofocus optic", because advantageously the focal region of the axicon or its comparatively long focal depth can be utilized, but the possibility also opens up according to the invention At least two Ablationsbereichen to be able to produce at least one plasma, which has a sufficiently intense radiation for extremely stable and reproducible elemental analysis. According to the invention, therefore, the influence of different geometric dimensions of samples to be examined and / or different layers of the samples compared to the laser optics can be kept comparatively small on the element analysis, so that a particularly stable device can be created in a structurally simple manner.

Ein besonderes Plasma zur Elementanalyse kann geschaffen werden, wenn zwei Plasmen der jeweiligen Ablationsbereiche mindestens teilweise überlappen. Mit solch einer Mischung verschiedenster Plasmateile kann nämlich die Homogenität des Plasmas verbessert werden. Vorstellbar ist weiter, dass damit eine gegenüber Verunreinigungen resistentere Strahlungserzeugung geschaffen werden kann, was zu verbesserten Ergebnissen in der Elementanalyse führen kann.A special plasma for elemental analysis can be created when two plasmas of the respective ablation regions at least partially overlap. Namely, homogeneity of the plasma can be improved with such a mixture of various plasma parts. It is also conceivable that it can be used to create a more resistant to contamination radiation generation, which can lead to improved results in elemental analysis.

Weist die Probe einen kreisförmigen Ablationsbereich und wenigstens einen ringkreisförmigen Ablationsbereich auf, der den kreisförmigen Ablationsbereich umschließt, dann kann ein vergleichsweise großes Plasma mit einer hohen Intensität geschaffen werden. Insbesondere aber kann durch das Umschließen des kreisförmigen Ablationsbereichs eine vergleichsweise große Überlappung der Plasmen für eine besondere Homogenität ermöglicht werden, was zu verbesserten Ergebnissen in der Elementanalyse führen kann.If the sample has a circular ablation area and at least one ring-shaped ablation area surrounding the circular ablation area, then a comparatively large plasma with a high intensity can be created. In particular, however, by enclosing the circular ablation region a comparatively large overlap of the plasmas for a particular homogeneity can be made possible, which can lead to improved results in the elemental analysis.

Besondere Voraussetzungen zur Schaffung einer standfesten Sortieranlage können ermöglicht werden, wenn die Vorrichtung zur Durchführung einer Laserspektroskopie einer jeweiligen Probe bei einer Sortieranlage zum Sortieren von Proben verwendet wird.Special preconditions for creating a stable sorting system can be made possible if the device is used for performing laser spectroscopy of a respective sample in a sorting system for sorting samples.

In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen: In the figures, for example, the subject invention is illustrated using an exemplary embodiment. Show it:

1: eine schematische Ansicht auf die Vorrichtung zur Durchführung einer Laserspektroskopie, 1 FIG. 2 is a schematic view of the apparatus for performing laser spectroscopy. FIG.

2: eine vergrößerte Ansicht auf Ablationsbereiche, 2 : an enlarged view of ablation areas,

3: eine Seitenansicht auf die Plasmen der Ablationsbereiche nach 2 und 3 : A side view of the plasmas of the ablation areas 2 and

4: eine schematische Ansicht auf eine Sortieranlage mit der Vorrichtung nach 1. 4 : A schematic view of a sorting system with the device according to 1 ,

Die beispielsweise nach 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist einen Laser 2 auf, der Laserimpulse erzeugt. Im Strahlengang 3 des Lasers 2 ist ein optisches Element 4 vorgesehen, das den Strahlengang 3 auf wenigstens einen Ablationsbereich 5 der Probe 6 fokussiert. Auf dem Ablationsbereich 5 der Probe 6 entsteht so ein laserinduziertes Plasma 7, das eine Emission bzw. Strahlung 8 hervorruft. Die Strahlung 8 wird von einem Detektor 9 (z. B.: einem Spektrometer) aufgenommen, wobei eine damit verbundene Analyseeinrichtung 10 anhand des Strahlungsspektrums der detektierten Strahlung 8 auf die chemische Zusammensetzung der Probe 6 rückschließen kann. Um eine besonders kostengünstige und standfeste Vorrichtung 1 zur Durchführung einer Laserspektroskopie schaffen zu können, ist im Strahlengang 3 des Lasers 2 ein als Axikon 11 ausgebildetes optisches Element 4 vorgesehen, das den Strahlengang 3 auf drei Ablationsbereiche 5, 5'' und 5''' der Probe 6 fokussiert, was der 2 besser entnommen werden kann. Zu diesem Zweck befindet sich die Probe 6 im Fokusbereich 12 des Axikons 11. Aufgrund der Vielzahl an Ablationsbereichen 5', 5'' und 5''' kann wenigstens ein Plasma 7', 7'' und/oder 7''' mit einer ausreichenden Strahlungsintensität für den optischen Detektor 9 gewährleistet werden, so dass das Verfahren zur Durchführung einer Laserspektrometrie von der Form und/oder Lage der Probe 6 im Strahlengang 3 des Lasers 2 unabhängiger wird. Als besonders vorteilhaft zur Plasmaerzeugung hat sich herausgestellt, wenn ein kreisförmiger Ablationsbereich 5' und wenigstens ein ringkreisförmiger Ablationsbereich 5'' auf die Probe fokussiert wird. Außerdem kann die vergleichsweise lange Fokustiefe 12' des Axikons 11 genützt werden, auf eine mechatronisch aufwendige „Autofokus-Optik” zu verzichten. Die Vorrichtung 1 kann daher ohne besondere Maßnahmen stets eine exakte Fokussierung auf die jeweiligen Ablationsbereiche 5', 5'' und 5''' gewährleisten, was im Gegensatz zum Stand der Technik stets eine reproduzierbare Plasmaerzeugung gewährleisten kann. Außerdem ist mit einem Verzicht auf eine „Autofokus-Optik” eine vergleichsweise konstruktiv einfache und standfeste Vorrichtung 1 geschaffen.For example, after 1 illustrated device 1 has a laser 2 which generates laser pulses. In the beam path 3 the laser 2 is an optical element 4 provided that the beam path 3 to at least one ablation area 5 the sample 6 focused. On the ablation area 5 the sample 6 This creates a laser-induced plasma 7 , which is an emission or radiation 8th causes. The radiation 8th is from a detector 9 (eg: a spectrometer), with an associated analyzer 10 on the basis of the radiation spectrum of the detected radiation 8th on the chemical composition of the sample 6 can conclude. To a particularly inexpensive and stable device 1 to create a laser spectroscopy is in the beam path 3 the laser 2 as an axicon 11 formed optical element 4 provided that the beam path 3 on three ablation areas 5 . 5 '' and 5 ''' the sample 6 focused, what the 2 can be better taken. For this purpose, there is the sample 6 in the focus area 12 of the axicon 11 , Due to the large number of ablation areas 5 ' . 5 '' and 5 ''' can at least one plasma 7 ' . 7 '' and or 7 ''' with a sufficient radiation intensity for the optical detector 9 be ensured, so that the method of performing a laser spectrometry of the shape and / or position of the sample 6 in the beam path 3 the laser 2 becomes more independent. It has proven particularly advantageous for plasma generation when a circular ablation region 5 ' and at least one ring-shaped ablation region 5 '' focused on the sample. In addition, the comparatively long focus depth 12 ' of the axicon 11 be used to dispense with a mechatronically complex "autofocus optics". The device 1 Therefore, without special measures always an exact focus on the respective Ablationsbereiche 5 ' . 5 '' and 5 ''' ensure what can always ensure a reproducible plasma generation in contrast to the prior art. In addition, with a waiver of an "autofocus optics" is a comparatively simple design and stable device 1 created.

Wie insbesondere der 3 entnommen werden kann, wird bei den Ablationsbereichen 5', 5'' und 5''' der Probe 6 ein Plasma 7', 7'' und 7''' erzeugt. Durch diese Ablation kann sich ein Ablationskrater 13, wie in 3 strich-punktiert angedeutet, ausformen.How the particular 3 can be taken, is in the ablation areas 5 ' . 5 '' and 5 ''' the sample 6 a plasma 7 ' . 7 '' and 7 ''' generated. This ablation can cause an ablation crater 13 , as in 3 dash-dotted implied, molding.

Wie in 3 weiter zu erkennen, überlappen die Plasmen 7', 7'' und formen einen Mischbereichen 14 aus, um für eine vorteilhafte Abstrahlung 8 sorgen zu können. Zu diesem Zweck werden die Ablationsbereiche 5' und 5'' derart zueinander auf der Probe 6 angeordnet, dass sich die laserinduzierten Plasmen 7' und 7'' vermischen können. Diese Anordnung kann beispielsweise durch die optischen Kenngrößen des Axikons 11 und/oder der Laserwellenlänge bestimmt werden. Außerdem kann vorzugsweise über die Laserleistung die Stärke der Ablation eingestellt werden. Vorteilhaft kann nun zwischen den Plasmen 7' und 7'' eine Wechselwirkung (z. B.: Durchmischung, Homogenisierung, Energieaustausch, etc.) stattfinden, so dass Plasmaveränderungen beispielsweise aufgrund von Verunreinigungen 15 verminderten Einfluss auf das Strahlungsspektrum der detektierten Strahlung 8 nehmen können. Das Verfahren kann dadurch vergleichsweise standfest werden.As in 3 to further recognize the plasmas overlap 7 ' . 7 '' and form a mixed areas 14 out, in order for a beneficial radiation 8th to be able to care. For this purpose, the ablation areas 5 ' and 5 '' such to each other on the sample 6 arranged that the laser-induced plasmas 7 ' and 7 '' can mix. This arrangement can be achieved, for example, by the optical characteristics of the axicon 11 and / or the laser wavelength can be determined. In addition, the intensity of the ablation can preferably be set via the laser power. Advantageously can now between the plasmas 7 ' and 7 '' an interaction (eg., mixing, homogenization, energy exchange, etc.) take place, so that plasma changes, for example due to impurities 15 reduced influence on the radiation spectrum of the detected radiation 8th can take. The process can thereby be relatively stable.

Wie ebenso in der 3 zu erkennen ist, besteht zwischen dem Plasma 7''' des Ablationsbereichs 5''' und dem Plasma 7'' des Ablationsbereichs 5'' kein Mischbereich 14. Vorzugsweise erfolgt jedoch eine Vermischung der Plasmen 7', 7'' und 7''' zu einem Plasma 7 bzw. Gesamtplasma 7, um so ein besonders homogenes Plasma 7 mit gleichmäßiger Abstrahlung und hoher Intensität zu erreichen, was in der 3 andeutungsweise als die Plasmen 7', 7'' und 7''' aufnehmendes Plasma 7 dargestellt worden ist.Likewise in the 3 it can be seen, exists between the plasma 7 ''' of the ablation area 5 ''' and the plasma 7 '' of the ablation area 5 '' no mixing area 14 , Preferably, however, there is a mixing of the plasmas 7 ' . 7 '' and 7 ''' to a plasma 7 or total plasma 7 so a particularly homogeneous plasma 7 with uniform radiation and high intensity to achieve something in the 3 suggestively as the plasmas 7 ' . 7 '' and 7 ''' receiving plasma 7 has been shown.

Gemäß 4 wird eine Sortieranlage 16 mit der Vorrichtung 1 nach 1 schematisch dargestellt. Die Sortieranlage 16 weist verschieden geformte Proben 6, 6', 6'' und 6''' auf, die auf einem Förderband 17 einer Fördereinrichtung 18 zur Vorrichtung 1 transportiert werden. Die Probe 6 wird von der Vorrichtung 1 einer Laserspektroskopie unterworfen, bei der ein Plasma 7 für eine Analyse der Probe 6 erzeugt wird, wie dies bereits in den vorhergehenden 1 bis 3 näher erläutert worden ist. Von der Fördereinrichtung 18 werden die Proben 6, 6', 6'' und 6''' nun in den Fokusbereich 12 des Axikons 11 bewegt – der Fokusbereich 12 wurde bereits in 1 näher dargestellt. Vorteilhaft ist eine derartige Bewegung vergleichsweise konstruktiv einfach durchzuführen, weil die vergleichsweise lange Fokustiefe 12' des Axikons 11 eine präzise Führung der Proben 6, 6', 6'' und 6''' nicht erfordert. So kann auch bei ungenauer Positionierung stets mit einer exakten Fokussierung im Fokusbereich 12 gerechnet werden. Die Sortieranlage 16 ist daher vergleichsweise konstruktiv einfach. Entsprechend dem Ergebnis der Elementanalyse des Strahlungsspektrums der detektierten Strahlung 8 wird nun von eine Sortiereinrichtung 19 ein von der chemischen Zusammensetzung abhängiges Sortieren der beförderten Proben 6, 6', 6'' und 6''' durchgeführt, wie dies schemenhaft in der 4 dargestellt worden ist. So wurde zur Probe 6'' eine andere chemische Zusammensetzung festgestellt, als dies zur Probe 6''' der Fall war, so dass diese Probe 6'' auf einem anderen Transportzweig 20 der Fördereinrichtung 18 weitertransportiert wird. Hingegen wird die Probe 6''' auf dem Transportzweig 21 der Fördereinrichtung 18 weiter befördert.According to 4 becomes a sorting plant 16 with the device 1 to 1 shown schematically. The sorting system 16 has differently shaped samples 6 . 6 ' . 6 '' and 6 ''' on that on a conveyor belt 17 a conveyor 18 to the device 1 be transported. The sample 6 is from the device 1 subjected to laser spectroscopy, in which a plasma 7 for an analysis of the sample 6 is generated, as already in the preceding 1 to 3 has been explained in detail. From the conveyor 18 become the samples 6 . 6 ' . 6 '' and 6 ''' now in the focus area 12 of the axicon 11 moved - the focus area 12 was already in 1 shown in more detail. Advantageously, such a movement comparatively simple to carry out, because the comparatively long focus depth 12 ' of the axicon 11 a precise guidance of the samples 6 . 6 ' . 6 '' and 6 ''' not required. So even with inaccurate positioning always with an exact focus in the focus area 12 be counted. The sorting system 16 is therefore comparatively constructively simple. According to the result of elemental analysis of the radiation spectrum of the detected radiation 8th is now a sorting device 19 a chemical composition dependent sorting of the transported samples 6 . 6 ' . 6 '' and 6 ''' performed as schematically in the 4 has been shown. So it became a rehearsal 6 '' found a different chemical composition than to the sample 6 ''' the case was, so this sample 6 '' on another transport branch 20 the conveyor 18 is transported further. On the other hand, the sample becomes 6 ''' on the transport branch 21 the conveyor 18 further promoted.

Mit der Sortieranlage 16, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Durchführung einer Laserspektroskopie verwendet wird, können so bis in den Partikelbereich Proben sortiert werden. Außerdem ist die Sortieranlage 16 vergleichsweise standfest, weil ohne einer „Autofokus-Optik” eine sichere Fokussierung und damit Sortierung von Proben gewährleistet werden kann. Des Weiteren kann die Vorrichtung 1 auch ein besonders homogenes Plasma 7 erzeugen, was Sortierungsfehler besonders gut ausschließen kann. Hinzu kommt, dass im Fokusbereich nach 1 und 3 der Vorteil der Selbstrekonstruktion des dort vorherrschenden Bessel-Strahls genützt werden kann, um optische Hindernisse 22 von einer Beschattung der Ablationsbereiche 5', 5'' und 5''' abzuhalten. Störungen in der Plasmaerzeugung können daher selbst in vergleichsweise stark partikelbelasteten Fokusbereichen 12 gering gehalten werden, was die Vorrichtung 1 besonders standfest macht – und solch eine Vorrichtung 1 bei Sortieranlagen 16 mit vergleichsweise hohen Staubbelastungen besondere eignet.With the sorting system 16 in which the device according to the invention 1 is used to perform a laser spectroscopy, so can be sorted into the particle area samples. In addition, the sorting system 16 relatively stable, because without an "autofocus optics" safe focusing and thus sorting of samples can be guaranteed. Furthermore, the device 1 also a particularly homogeneous plasma 7 generate, which can exclude sorting errors particularly well. In addition, in the focus area after 1 and 3 the advantage of self-reconstruction of the prevailing Bessel beam can be exploited to visual obstacles 22 from shading the ablation areas 5 ' . 5 '' and 5 ''' hold. Disturbances in the plasma generation can therefore even in comparatively strong particle-loaded focus areas 12 be kept low, what the device 1 particularly stable - and such a device 1 at sorting plants 16 is particularly suitable with comparatively high dust loads.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10229498 A1 [0002, 0004]
US 2006092415 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Journal of Analytical Atomic Spectrometry 2004, 19, 445-450, ISSN 0267-9477 [0004]

Claims

Method for carrying out laser spectroscopy, in which at least one pulsed laser ( 2 ) via at least one optical element ( 4 ) to at least one ablation area ( 5 ) of a sample ( 6 ) for generating a plasma ( 7 ), the radiation ( 8th ) of the plasma ( 7 ) and based on the radiation spectrum of the detected radiation ( 8th ) an element analysis is carried out, characterized in that the laser ( 2 ) as an axicon ( 11 ) formed optical element ( 4 ) to at least two in the focus area ( 12 ) of the axicon ( 11 ) lying ablation areas ( 5 ' . 5 '' . 5 ''' ) of the sample ( 6 ) focusing plasma ( 7 . 7 ' . 7 '' respectively. 7 ''' ) generated.

Method according to claim 1, characterized in that at least two ablation regions ( 5 ' . 5 '' . 5 ''' ) one laser-induced plasma each ( 7 ' . 7 '' respectively. 7 ''' ) is produced.

Method according to claim 2, characterized in that at least two ablation regions ( 5 ' . 5 '' . 5 ''' ) to each other on the sample ( 6 ) are arranged so that their laser-induced plasma ( 7 ' . 7 '' respectively. 7 ''' ) can mix.

Using an axicon ( 11 ) formed optical element ( 4 ) for focusing a pulsed laser beam ( 3 ) to at least two ablation areas ( 5 ' . 5 '' . 5 ''' ) one in the focus area ( 12 ) of the axicon ( 11 ) at least partially lying sample ( 6 ) for performing laser spectroscopy.

Device for carrying out laser spectroscopy with a laser pulse generating laser ( 2 ), with at least one at least partially in the beam path ( 3 ) of the laser ( 2 ) provided optical element ( 4 ) for focusing the beam path ( 3 ) to at least one ablation area ( 5 ) of a sample ( 6 ), with a detector ( 9 ) for detecting radiation ( 8th ) one at least in the region of the ablation region ( 5 ) laser-induced plasma ( 7 ) for performing an elemental analysis on the basis of the radiation spectrum of the detected radiation ( 8th ), characterized in that in the beam path ( 3 ) of the laser ( 2 ) as an axicon ( 11 ) formed optical element ( 4 ) for focusing the beam path ( 3 ) to at least two in the focus area ( 12 ) of the axicon ( 11 ) lying ablation areas ( 5 ' . 5 '' . 5 ''' ) of the sample ( 6 ) is provided.

Device according to claim 5, characterized in that at least two plasmas ( 7 ' . 7 '' respectively. 7 ''' ) of the respective ablation areas ( 5 ' . 5 '' . 5 ''' ) overlap at least partially.

Device according to claim 5 or 6, characterized in that the sample ( 6 ) a circular ablation region ( 5 ' ) and at least one ring-shaped ablation region ( 5 '' . 5 ''' ) having the circular Ablationsbereich ( 5 ' ) encloses.

Sorting plant ( 16 ) for sorting samples ( 6 . 6 ' . 6 '' . 6 ''' ), with a device ( 1 ) according to one of the preceding claims 5 to 7 for determining the chemical composition of the respective sample ( 6 . 6 ' . 6 '' . 6 ''' ), with one the samples ( 6 . 6 ' . 6 '' . 6 ''' ) receiving conveyor ( 18 ) for at least partially moving the samples ( 6 . 6 ' . 6 '' . 6 ''' ) in the focus area ( 12 ) of the axicon ( 11 ) of the device ( 1 ) and with a sorting device ( 19 ) for sorting the transported samples ( 6 . 6 ' . 6 '' . 6 ''' ) depending on the device ( 1 ) recognized chemical composition of the respective sample ( 6 . 6 ' . 6 '' . 6 ''' ).