Vea la estructura con microscopía: conozca la composición con espectroscopía láser -

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Análisis rápido y completo de materiales con una solución de 2 métodos en 1

En este informe se describen las ventajas de una solución de análisis de materiales 2 en 1 que combina la microscopía óptica y la espectroscopía de descomposición inducida por láser (LIBS) para la inspección visual y química simultánea. Los principios básicos de la solución 2 en 1 y su comparación con otros métodos de análisis de materiales comunes, tales como la microscopía electrónica de barrido (SEM), se explican para demostrar cómo se logra un flujo de trabajo rápido y eficiente. Una solución de análisis 2 en 1 puede reducir significativamente el costo y el tiempo para obtener datos de imágenes y composiciones de materiales. Dichos datos son fundamentales para garantizar la calidad y la confiabilidad para tomar decisiones confiables rápidamente durante la producción, el control de calidad, el análisis de fallas y la investigación y el desarrollo en industrias y campos, como la automoción y la metalurgia.

Introducción
Una gran cantidad de productos y aplicaciones requieren análisis de materiales. Se encuentran ejemplos en las industrias de aleaciones metálicas, automotriz, aeroespacial y electrónica, así como en los campos de metalurgia / metalografía, ciencias de la tierra y ciencia de los materiales [1]. Encontrar un equilibrio entre la necesidad de garantizar la calidad del producto o la confiabilidad de los resultados de la investigación y el costo del análisis se convierte en una seria preocupación.

Se gasta mucho tiempo y dinero usando múltiples técnicas, como la microscopía óptica y de barrido electrónico (SEM) junto con la espectroscopía de energía dispersiva (EDS). Se utilizan para inspeccionar visualmente (generación de imágenes microscópicas con alta resolución y contraste nítido) un material e identificar su composición local (análisis cualitativo químico / espectroscópico elemental). Los métodos como SEM / EDS requieren una preparación de muestra especial y la transferencia de la muestra al vacío, lo cual lleva mucho tiempo, para la observación y el análisis. En la mayoría de los casos, los datos confiables para la morfología y composición local de un material son vitales para determinar un curso de acción adicional para la aplicación específica, especialmente si se deben tomar decisiones confiables a pesar de las limitaciones de tiempo y presupuesto.

Una solución que ofrece análisis visual y químico precisos y confiables en un instrumento, requiere poca o ninguna preparación de muestras, y opera con la muestra en condiciones ambientales que aumentaría en gran medida la eficiencia del flujo de trabajo. Tal dispositivo permitiría ahorrar tiempo y dinero al hacer análisis de materiales.

Un ejemplo de tal solución se describe en este informe, el sistema de análisis de materiales DM6 M LIBS de Leica Microsystems (consulte la figura 1). Combina microscopía óptica (análisis visual) con espectroscopía de descomposición inducida por láser o LIBS (análisis químico). Se discuten los principios básicos de funcionamiento y las ventajas del flujo de trabajo de una solución 2 en 1.

Figura 1: La solución de análisis de materiales DM6 M LIBS 2-en-1 de Leica Microsystems.

Principios básicos de LIBS
¿Qué es la espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS) y cómo hace posible el análisis cualitativo elemental / químico?

El mecanismo de LIBS, que permite el análisis de la composición del material, se produce en varios pasos básicos (consulte la figura 2 a continuación) [2]:

Un pulso de láser de alta energía golpea un área específica de la superficie del material analizado (figura 2A);
La energía del láser se absorbe causando la ablación del área local y la formación de cráteres (figura 2B);
Se induce un plasma (átomos libres y electrones) con emisión simultánea de luz (espectro continuo);
La descomposición del plasma (relajación) sigue inmediatamente con la emisión de espectros de líneas elementales;
Los espectros de línea se detectan y los elementos correspondientes se identifican (figura 2C).

Figura 2: mecanismo LIBS para la detección química / elemental: A) el pulso láser golpea un área del material, la energía se absorbe, el material local se ablaciona y se forma un cráter; B) se induce un plasma, seguido de su degradación con emisión de luz; y C) los espectros de líneas elementales son detectados y los elementos identificados .

Flujo de trabajo eficiente para análisis de materiales

Una solución 2-en-1 que combina microscopía óptica (OM) con LIBS reduce significativamente la cantidad de esfuerzo requerido para realizar el flujo de trabajo de análisis. ¿Por qué el análisis con una solución 2-en-1 OM + LIBS es más eficiente que la microscopía óptica y electrónica de barrido más la espectroscopía de energía dispersiva (OM + SEM / EDS)? Simplemente porque se eliminan los pasos de trabajo que consumen más tiempo. La solución 2-en-1 OM + LIBS requiere, tanto antes como después de la inspección inicial del material:

Sin preparación de muestra antes de hacer el análisis
No hay transferencia de muestra desde un microscopio óptico a un microscopio electrónico;
No reubicar la región de interés (después de la transferencia de la muestra); y
Sin ajuste del sistema (después de la transferencia de la muestra).

Todos estos pasos generalmente se realizan para el análisis con OM + SEM / EDS [3-5]. La Figura 3 a continuación muestra gráficamente las diferencias entre los flujos de trabajo.

Los pasos de trabajo adicionales enumerados anteriormente requeridos para el análisis químico cuando se utiliza un dispositivo, como un SEM, a menudo se omiten durante la inspección de materiales, debido a su complejidad y restricciones típicas de dinero y tiempo. Aún así, existe un riesgo cuando los datos de composición de materiales locales no están disponibles: sin toda la información relevante, puede no quedar claro cuál sería la decisión correcta para el siguiente paso o acción. Entonces existe un mayor riesgo de no alcanzar la calidad del producto objetivo.

Figura 3: Comparación de flujos de trabajo para una solución 2-en-1 OM + LIBS (microscopía óptica y espectroscopía láser) y un enfoque típico de OM + SEM / EDS (microscopía óptica y electrónica) para el análisis de materiales. Observe que los pasos de preparación y transferencia en el flujo de trabajo OM + SEM / EDS se eliminan con la solución 2-en-1 OM + LIBS. La reducción de los pasos de trabajo que consumen mucho tiempo deja en claro por qué la solución 2 en 1 es más eficiente, lo que da como resultado tiempos de procesamiento y de plomo más cortos y una mejor calidad.

Resumen
En este informe, se presentaron los principios operativos básicos y las ventajas de una solución de análisis de materiales 2 en 1 para un flujo de trabajo de análisis eficiente. Una solución 2 en 1 logra estos beneficios mediante la combinación de microscopía óptica y espectroscopía de descomposición inducida por láser (LIBS) para la inspección visual y química simultánea de materiales.

El análisis de materiales es importante para muchos tipos de desarrollo de productos, control de calidad, análisis de fallas y aplicaciones técnicas, y se usa de manera rutinaria en múltiples industrias y campos, como transporte, electrónica, metalografía / metalurgia y ciencia de materiales. A menudo, el tiempo y los gastos asignados para dicho análisis son limitados, pero obtener resultados confiables y lograr la calidad deseada del producto siempre sigue siendo una prioridad.

Un ejemplo de una solución 2 en 1 es la solución de análisis de materiales DM6 M LIBS de Leica Microsystems. Ofrece un análisis visual y químico preciso y rápido en un instrumento, elimina la preparación y transferencia de la muestra y no requiere que la muestra esté en el vacío. Se pueden analizar muestras secas o húmedas en el aire. Estas ventajas permiten a los usuarios realizar análisis de materiales rápidos, precisos y económicos.