En este proyecto se hará uso de la técnica de Espectroscopía de Plasmas Inducidos por Láser (LIBS) para su aplicación en el estudio del medio ambiente. La técnica se basa en utilizar un láser pulsado de alta potencia para producir la ruptura de un medio, produciendo ablación de una muestra lo que genera un plasma. Luego la luz emitida es analizada espectroscópicamente para determinar la composición del blanco de estudio. La técnica mencionada tiene muy poco desarrollo en el país, pero posee varias ventajas respecto a otras más establecidas utilizadas en el laboratorio, como la de Plasma Inductivamente Acoplado con detección óptica o por espectroscopía de masas (ICP-OES o ICP-MS). LIBS permite realizar análisis elemental de todo tipo de muestras en sitio, sin necesidad de preparación de las mismas, brindando resultados a tiempo real; además, permite detectar elementos livianos y tiene una alta resolución espacial (del orden del µm lateralmente y de nm en profundidad). Una limitación de LIBS es su sensibilidad en la detección de trazas, que puede llegar a las partes por millón dependiendo del elemento, pero que es menor a la de otras técnicas como la de ICP. Así, se pretende inicialmente investigar cuales son los límites de detección de elementos tóxicos que puedan encontrarse en los suelos, de micronutrientes y del carbono presente. Estos límites dependen fuertemente del material investigado, del equipo experimental y la instrumentación implementada. Luego se verá la forma de aumentar la sensibilidad de detección de los elementos tóxicos, pero manteniendo la portabilidad del sistema. Para esto se emplearán estrategias que incluyen el uso de dos láseres sincronizados o una descarga de alta tensión o el calentamiento de las muestras. Se pretende, además de cuantificar el incremento en la sensibilidad obtenida, realizar un estudio sistemático de la física de la interacción de los plasmas producidos, que dan lugar al incremento en las líneas de emisión. Este estudio se enfocará principalmente al análisis de suelos y fertilizantes, pero podrá extenderse al estudio del agua y diferentes tejidos vegetales desde raíces a troncos, hojas o frutos.
La técnica de ablación con láser, por otro lado, se utilizará para el crecimiento de películas delgadas de CdTe para su uso en aplicaciones fotovoltaicas. Luego las películas crecidas se las analizará con LIBS, además de otras técnicas convencionales, a fin de estudiar la calidad de las películas crecidas y la uniformidad en el espesor conseguido. Esto último, aprovechando que LIBS permite realizar estudios estratigráficos con alta resolución espacial.
En este proyecto se pretende investigar el uso de la técnica de LIBS para el estudio del medio ambiente. En particular se trabajará en la detección de contaminantes, que afectan a los suelos debido a la actividad humana. Así la técnica puede ser utilizada para el seguimiento de procesos de remediación de suelos con varios métodos contribuyendo a la mejora del medio ambiente.
Debido a que los límites permitidos para la mayoría de los metales pesados que se pueden encontrar en los suelos, se encuentran muy cerca o por debajo de los límites de detección de la técnica de LIBS, se empleará una segunda fuente de excitación para aumentar la sensibilidad de detección de trazas. Así se investigará el uso de dos láseres (incidiendo forma colineal y perpendicular a la muestra) o una descarga eléctrica; también se analizarán diferentes longitudes de onda, de acuerdo con los resultados obtenidos. Se planea reducir aún más los límites de detección de trazas presentes, calentando la muestra. Además, se estudiarán con las técnicas ópticas mencionadas en los antecendentes, la dinámica y características de los plasmas a fin de entender los procesos involucrados que dan lugar a los procesos de re-excitación que se observen. Con esto se espera tener resultados publicables tanto de la parte de instrumentación como en la parte de la física.
Se planea también analizar los micronutrientes que se encuentran en el suelo, como el contenido de carbono que es proporcional a la materia orgánica presente que es fundamental en la fertilidad de estos. De ser posible, también se estudiarán estos elementos en los distintos tejidos vegetales, como así también los posibles contaminantes acumulados en los mismos. Finalmente se analizarán los efectos de matriz en la señal obtenida de LIBS. Esta depende fuertemente del tipo de suelo, por lo que el uso de un estandar interno (que no varíe en diferentes muestras) o un método multivariacional como análisis de componentes principales es necesario.
Por otro lado, se crecerán películas delgadas con aplicaciones fotovoltaicas de CdTe a fin de estudiar la composición relativa de estos elementos por medio de LIBS. Además se investigará el espesor de las películas por medio de ablación láser y detección espectroscópica a fin de ver un posible cambio en el espesor debido a distribución de emisión de los plasmas producidos. Se espera poder publicar un artículo con los resultados obtenidos.
De ser posible, se continuará con el estudio del análisis de líquidos por medio de LIBS. En este caso se espera poder aumentar los límites de detección por debajo de las partes por millón ahora usando un levitador acústico. Se estudiará la mejor forma de mantener la portabilidad del sistema para poder realizar análisis en sitio.