Mikroplasmen auf einem Chip: eine Herausforderung für die Atomspektrometrie

Für die Überwachung von Stoffströmen in der Prozesstechnik und für die Substanzdetektion nach Abtrennung im Labor sind on-line messende Verfahren sehr gefragt. Im Falle von allen Flüssen, bei denen Substanzmengen sich in der Gas- oder Flüssigphase befinden oder auf repräsentativer Weise in die Gas- oder Flüssigphase gebracht werden können und Elementmengenflüsse ermittelt werden sollen, ist die Atomspektrometrie sehr wichtig. Hier wird die Probensubstanz in einem sogenannten Plasma getrocknet und verdampft, und die chemischen Verbindungen werden bei genügend hoher Temperatur (oft über mehrere 1000 K) und Aufenthaltsdauer (> als ms) u.U. bis auf die Atome zerlegt. Molekül-, Radikal- und Atomspezies können angeregt und ionisiert werden. Beim Rückfall der angeregten Spezies in den Grundzustand wird Strahlung emittiert, die in einem Spektrometer spektral zerlegt wird. Dann sind die Intensitätssignale der erhaltenen Linien den Konzentrationen der Spezies im Plasma und somit auch in den dort hineingeführten Proben proportional. Bei Ionen kann unter Zuhilfenahme eines Massenspektrometers und Einleitung der Ionen ins Vakuum des Massenspektrometers über ein Interface, das es gestattet die Druckunterschiede zwischen der Umgebung und im Massenspektrometer zu überbrücken, ähnlich vorgegangen werden. Die Atomspektrometrie gestattet es, Multikomponentbestimmungen bis in den Spurenbereich herunter durchzuführen.

In Plasmen wie das induktiv gekoppelte Plasma (ICP), welche im kW Bereich und mit hohen Durchflüssen an Argon betrieben werden, können Aerosole, die durch die Zerstäubung von flüssigen Proben oder Lösungen von Feststoffen erhalten wurden, direkt eingeleitet werden. Diese Quellen sind für die Prozesskontrolle bei Flüssigkeiten in der Industrie im Einsatz und werden für die Laboranalytik für Multielementbestimmungen routinemäßig eingesetzt. Diese Quellen gestatten es aber nicht, luftgetragene Stoffgemische ohne weiteres aufzunehmen und sind besonders für den Einsatz vor Ort sehr voluminös und in der Beschaffung und Betrieb sehr teuer. Daher besteht besonders für Prozessanalytik und für die elementspezifische Detektion im Labor eine starke Nachfrage nach Niedrigleistungsplasmen, die instrumentell inklusive des Spektrometers kompakt sind und mit niedrigem Energie- und Gasverbrauch betrieben werden können. Für die Überwachung von Prozessflüssen, bei denen gasgetragene Stoffe zu dosieren sind oder die zu bestimmenden Substanzen auf repräsentativer Weise in die Gasphase eingetragen werden können, sind Mikroplasmen mit induktiver Einkopplung der Mikrowellenleistung als Quelle für die optische Emissionsspektrometrie sehr aussichtsreich.

Quelle: Aktuelle Wochenschau