Plasmaspektroskopie

Plasmaspektroskopie ist ein analytisches Verfahren, das ein Plasma als Anregungsquelle verwendet, um Proben atomisch zu zerlegen und die emitierte oder absorbierte Strahlung zu analysieren. Ziel ist die Bestimmung der Elementzusammensetzung und deren Konzentrationen. Zu den wichtigsten Formen gehören die optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) sowie die Laser-induzierte Plasmaspektroskopie (LIBS); beide verwenden ein Plasma als Energiequelle, um Atome zu angeregten Zuständen zu bringen und charakteristische spektrale Linien zu erzeugen.

Prinzip: Probenmaterial wird in das Plasma eingeführt, wo hohe Temperaturen und Elektronendichte Atome emittieren oder in Ionen umwandeln. Die Emissionslinien werden über ein Spektrometer in Wellenlängen aufgelöst und mit Detektoren wie Photomultipliern oder CCDs gemessen. Die Intensität einer Linie korreliert in der Regel mit der Elementkonzentration, sofern Kalibrierung, Temperatur und Matrix angemessen berücksichtigt werden. ICP arbeitet typischerweise bei hohen Temperaturen (≥ 6000–8000 K) und Elektronendichten (10^9–10^12 cm^-3). LIBS erzeugt lokal ein Mikroplasma unmittelbar auf dem Probenträger, wodurch schnelle, mehrelementige, nahezu zerstörungsfreie Analysen möglich sind.

Die Datenanalyse erfolgt durch Kalibrierung gegen Standards, interne Standards zur Korrektur von Matrixeffekten und ggf. Korrektur von Sättigung, Selbstabsorption und spektralen Interferenzen. Typische Leistungskennzahlen sind Nachweisgrenze, Linearität und Präzision.

Anwendungsbereiche umfassen Umweltüberwachung, Metall- und Legierungsanalysen, Halbleiterfertigung, Umwelt-, Forensik- und Archäologie. Vorteile sind Mehrelementanalyse, geringe Probenvorbereitung (insbesondere LIBS) und schnelle Ergebnisse; Einschränkungen ergeben sich durch Matrixinterferenzen, spektrale Überlappungen und Schwierigkeiten bei exakten Quantifizierungen in komplexen Proben.