28.05.2024 • PlasmaLaser

Innovative Tiefsee-Analytik schont Umwelt

Doppelpuls-LIBS-Technologie ersetzt aufwendige Probennahme am Meeresboden.

Am Meeres­grund lagern große Mengen von wert­vollen Mineralien und Metallen, die dringend für moderne Techno­logien wie E-Autos und Wind­räder benötigt werden. Bisher ist die Entdeckung der Vor­kommen aber sehr aufwendig: Tauch­roboter nehmen mit Greif­armen Proben, die dann an Bord eines Forschungs­schiffs untersucht werden. Eine inno­vative Methode eröffnet nun neue Möglich­keiten für die umwelt­freundlichere Erforschung unserer Ozeane.

Abb.: llustration eines Tauchroboters, der mittels Laser-induzierten...
Abb.: llustration eines Tauchroboters, der mittels Laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) die umweltschonende Analyse von Materialien in der Tiefsee ermöglicht.
Quelle: INP

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat mit der Laser-indu­zierten Plasma­spektro­skopie (LIBS) mittels Doppel­puls­laser eine Methode zur umwelt­schonenden Analyse von Mate­rialien in einer Tiefe von 6.000 Metern unter dem Meeres­spiegel entwickelt. Gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Plasma­forschung und Techno­logie (INP) in Greifs­wald wurde das grundlegende Prozess­verhalten im Rahmen eines DFG-Projektes unter­sucht. Die Methode liefert eine präzise Element­analyse in Echt­zeit und ersetzt die aufwendige Proben­nahme am Meeres­boden.

Die Doppel­puls-Technik nutzt zwei Laserpulse: Der erste Puls erzeugt eine Kavität, also eine Art Hohlraum im Wasser an der Material­oberfläche, der zweite Puls verdampft Material von der Ober­fläche und erzeugt ein Plasma, welches die Elemente für die Spek­troskop-Analyse ent­hält. Probleme bereitet dabei der hohe Druck unter Wasser, der es schwierig macht, aus­sagekräftige Spektren für eine präzise Analyse zu erzeugen.

Im Zentrum der aktuellen Forschung steht die Analyse von Materialien bei einem Druck von bis zu 600 bar, wie er in Tiefen von 6.000 Metern unter der Wasser­oberfläche herrscht und die Nutzung von Laser­pulsen mit Energien von bis zu 150 Milli­joule. Durch die Anpassung der Laserparameter konnte das Team die Messungen für den hohen Tiefseedruck optimieren. Kurze Verzögerungen von 0,5 Mikro­sekunden zwischen den Laser­pulsen und die präzise Anpas­sung der Messstartzeitpunkte für das Spektro­meter sind dabei ent­scheidend für die Quali­tät der gewon­nenen Daten.

INP / LK

 

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