Bohrkernscanner und Mikroskop auf der Basis der „Laser Induced Breakdown Spectroscopy“ (LIBS)

LIBS Scanner Quelle: BGR

Ein LIBS-Bohrkernscanner und ein LIBS-Mikroskop ("Laser Induced Breakdown Spectroscopy") stehen für eine ortsaufgelöste Übersichtsanalyse („1D/2D-Screening“) von Bohrkernen, Handstücken und Schliffen auf Haupt-, Neben- und ggf. Spurenelemente zur Verfügung.

LIBS ist ein Verfahren der Atomemissionsspektroskopie. Mit einem Laserstrahl wird auf der Probenoberfläche lokal ein Plasma erzeugt. Dabei wird ein wenig Material (üblicherweise im Submikrogramm Bereich) abgetragen, das in Atome und Ionen dissoziiert und angeregt wird. Mit Hilfe eines Spektrometers wird das emittierte Licht anschließend analysiert. Die Messungen können als Einzelmessungen, im Profil (1D) oder im Raster (2D) erfolgen. Die Auswertung der Rohdaten erfolgt über selbstentwickelte Software sowie über statistische und Hyperspektralbildverarbeitungssoftware.

LIBS Mikroskop Quelle: BGR

Die LIBS-Technologie hat einige Vorteile: sie liefert simultan Ergebnisse für (theoretisch) fast alle Elemente, inklusive der leichten Elemente (z.B. Li) und Seltenen Erden; sie benötigt kaum Probenaufbereitung (es genügt eine raue Probenoberfläche), sie arbeitet minimalinvasiv und ist schnell. Der Nachteil ist die relativ starke Beeinträchtigung des LIBS-Signals durch Plasmavariationen (u.a. durch Matrixeffekte). In der Praxis und insbesondere in der Anwendung auf heterogenes geologisches Probenmaterial stellt die Kalibrierung daher die größte Herausforderung dar.

Gerätespezifikationen:

• Laser: Nd:YAG 1064 nm, max. 50 mJ Energieleistung
• Laserbrennfleckgröße: ~200 µm (Bohrkernscanner) oder ~60 µm (Mikroskop)
• Detektorsystem: Hochauflösender Breitband Echelle Spektrograph mit CCD Detektor
• Motorisierter Tisch: XY-Tisch 1000 x 25 mm (Bohrkernscanner) oder XYZ-Tisch 100 x 100 mm (Mikroskop)

Kupfer und Kobalt Konzentrationen in Haldensediment als Funktion der Bohrkerntiefe. Linien: LIBS-Bohrkernscanner. Kreis: RFA an Probenabschnitten Quelle: BGR

LIBS-Mikroskop. RGB-Darstellung von Cer, Thorium und Yttrium in Alkaligranitgestein Quelle: BGR

Aktuelle Anwendungsbeispiele:

• Quantitative Bohrkernanalyse von Wertstoffen in Bergbaureststoffen mittels multivariater Kalibriermethoden;
• Darstellung von Anreicherungszonen verschiedenster Wertstoff-, Haupt- und Nebenkomponenten in Erz- und Haldenproben;
• Relative Änderungen im Verhältnis Kalk/Ton in Ophiolith-Bohrkernen;
• Aufzeichnung von mineralogischen und paragenetischen Zusatzinformationen für Bohrkerne

• Charakterisierung von leichten Elementen (Li) und Seltenen Erden in Gesteins- und Erzproben