Chemie vor Ort überall mit Handheld-LIBS

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Russell Harmon: Eine Vision für die Zukunft von LIBS

SciAps hat erst vor wenigen Jahren das erste wirklich tragbare Handheld der Welt auf den Markt gebracht, aber Dr. Russell Harmon, ein Geochemiker, der seit mehr als 20 Jahren mit Labor-LIBS arbeitet, sagt, dass die Echtzeit- und Schnellanalysefunktionen der SciAps Z-Serie einen neuen Standard für die chemische Analyse im Feld setzen. Seine neue Mission ist es, dies bekannt zu machen. Um herauszufinden, wie SciAps zum beliebtesten Handheld der Welt wurde, lesen Sie „Handheld LIBS – die neueste Erfolgsgeschichte bei tragbaren Analysegeräten“.

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Es gibt einen Teil der ...Der Heilige Gral der Geologie

Es gibt einen Teil der ...Russell Harmons Arbeit im Labor LIBS reicht von der Erkennung von Blei in Farbe und Boden bis hin zur Sprengstofferkennung und Analyse von Landminenhüllen im Forschungslabor der US-Armee, bis hin zur Zusammenarbeit mit Partnern wie Dr. Richard Hark bei der Anwendung des Konzepts des „geochemischen Fingerabdrucks“ auf Konfliktmineralien, um festzustellen, wo sie abgebaut wurden.

Zu Beginn seiner Karriere verbrachte er zehn Jahre damit, Vulkane in den Anden zu erforschen. Während dieser Zeit wurden Hunderte von Proben aus Lavaströmen gesammelt und zur Analyse ins Labor zurückgebracht. Dort wurden teure und zeitaufwändige Verfahren angewandt, um die wenigen chemisch unterscheidbaren Proben zu finden, die von Bedeutung waren. „Ein Analysegerät zu haben, das uns das vor Ort sagen könnte, sodass wir nur zehn statt Hunderter Proben mitbringen müssten, wäre wunderbar gewesen“, sagt Harmon.

„Als ich also begann, mit Labor-LIBS zu arbeiten, wusste ich, dass dies der ‚Heilige Gral‘ für die geochemische Analyse im Feld sein könnte, wenn es in ein tragbares Format gebracht würde, wie es kürzlich mit XRF geschehen ist“, sagt Harmon.

Es gibt einen Teil der ...Geochemischer Fingerabdruck in Sekunden

Es gibt einen Teil der ...Mitte der 2010er Jahre, als ein wirklich tragbares LIBS in Sicht war, begann Dr. Harmon mit der Verwendung von Labor-LIBS, um der geologischen Gemeinschaft das Potenzial des Fingerabdrucks zu veranschaulichen.

„Ich sah, dass tragbare XRF-Geräte gerade erst auf den Markt kamen und wusste, dass die tragbare LIBS-Technologie früher oder später für die Geologie reif sein musste“, sagt Harmon.

Bis 2010 wuchs das Interesse an der Miniaturisierung der LIBS-Komponenten, was zur Entwicklung von OES und „LIBS in a Box“ führte – im Grunde ein Koffer voller Instrumente, der ins Feld mitgenommen wurde – bis SciAps 2015 das erste tragbare LIBS entwickelte, das Z-500. Plötzlich und schlüssig konnten er und seine Kollegen die Anwendung tragbarer LIBS vor Ort demonstrieren. Harmon hat die SciAps-Technologie für einen Großteil seiner Forschung eingesetzt, beispielsweise für die Authentifizierung von Mineralien in Museumssammlungen – zum Beispiel locker mehr als 200 Granatanalysen an einem Tag.

„Stellen Sie sich vor, diese erstklassigen Institutionen hätten ein LIBS zur Hand, um eingehende Proben und Artefakte zu testen, ihre Klassifizierung zu bestätigen oder zwischen Fälschungen und Originalen zu unterscheiden“, sagt Harmon.

„LIBS könnten auch für Museumsvorführungen verwendet werden, um Besucher einzubeziehen. Oder Besucher könnten mithilfe eines LIBS eine Reihe von Proben in einer Ausstellung abfragen, um herauszufinden, worum es sich handelt.“

Es gibt einen Teil der ...Open-Source-Verstärker

Es gibt einen Teil der ...Obwohl er über seine Forschung geschrieben und viele Artikel in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht hat, gibt sich Dr. Harmon nicht damit zufrieden, dass LIBS-Forscher nur in spektroskopischen Zeitschriften veröffentlichen. Seine Mission ist es, Geologen und Archäologen durch Veröffentlichungen in den Zeitschriften dieser Disziplinen auf die Vorteile der LIBS-Analyse aufmerksam zu machen.

„Es ist frustrierend, dass die Wissenschaftler der LIBS-Analyse-Community in ihren Fachzeitschriften allerlei interessante Anwendungen über geologische und archäologische LIBS-Anwendungen veröffentlichen. Informationen über mögliche Anwendungen erreichen daher tendenziell nicht die potenzielle Benutzergemeinschaft, die Menschen, die von einer schnellen Echtzeitanalyse profitieren könnten, sei es im Labor oder im Feld. Die Mehrheit der Wissenschaftler in diesen Communities ist mit den neuesten Analysetechniken nicht vertraut und hinkt daher in diesem Zusammenhang im Allgemeinen hinterher“, sagt Harmon.

Er ist der Ansicht, dass die analytische Community die Verantwortung hat, die Benutzergemeinschaft zu erreichen. „Aber das gelingt ihr oft nicht sehr gut. Deshalb möchte ich genau das tun.“ Mit diesem Ziel vor Augen schreibt Dr. Harmon weiterhin Artikel über tragbare LIBS.

Es gibt einen Teil der ...Messe-Guru

Es gibt einen Teil der ...Harmon ist dafür bekannt, dass er SciAps bei geowissenschaftlichen Konferenzen und Messen begleitet, um die Vorzüge der tragbaren LIBS- und XRF-Analysatoren von SciAps anzupreisen.

„Die Feldarbeit mit tragbaren Analysegeräten wird die detaillierte Laborarbeit nicht ersetzen, aber sie wird uns helfen, Proben besser zu sammeln und zu verstehen, was wir im Feld sehen. Dafür gibt es keinen Ersatz“, sagt Harmon.

Bei den vier oder fünf Malen, die er SciAps mit einem Stand geholfen hat, herrschte an allen Tagen des Treffens ununterbrochener Verkehr. In vielen Fällen warteten die Leute oder kamen später zurück, um sich diese bahnbrechende Technologie aus der Nähe anzusehen und eine benutzergerechte Demonstration zu erhalten. „Es hat mich nicht überrascht, denn dies sind neue Werkzeuge und selbst Leute, die hauptsächlich Geochemiker sind, wissen nicht unbedingt davon“, sagt Harmon. Je mehr Leute er erreichen kann, desto besser, sagt er.

Es gibt einen Teil der ...EPA, können Sie mich hören?

Es gibt einen Teil der ...Harmon hofft, auch in der Umweltgemeinschaft Fuß fassen zu können. Antworten in Echtzeit vor Ort zu erhalten, könnte die Art und Weise verändern, wie die Reinigung und Sanierung kontaminierter Böden überwacht wird. Harmon weiß, dass der Einsatz von LIBS und XRF (da man mit beiden Analysatoren sowohl leichte als auch schwere Elemente effektiv analysieren kann) als Instrumente zur Bodenüberwachung den Zeit- und Kostenaufwand für die Analyse kontaminierter Böden und die Validierungsüberwachung nach der Reinigung erheblich senken könnte. Das Problem ist die Zurückhaltung der Regulierungsgemeinschaft, neue Techniken zu akzeptieren. „Es besteht ein so großes Interesse daran, die Standardprotokolle nicht zu ändern, obwohl wir jetzt schnellere, bessere und billigere Werkzeuge haben. Manchmal ist es deprimierend, das Potenzial dieser riesigen Anwendung zu sehen, aber wir können nicht darin vordringen, weil die EPA-Vorschriften die Verwendung spezifischer Probenentnahmemethoden vor Ort und anschließender Analyseprotokolle im Labor vorschreiben“, sagt Harmon.

„Warum sollten wir diese zeitaufwändigen und teuren Protokolle pflegen, wenn wir einfach mit einem tragbaren Analysegerät durch den Bereich gehen und sofort die Antwort erhalten könnten?“

Es gibt einen Teil der ...Mit dem tragbaren LIBS für immer wie ein Kind im Süßwarenladen

Es gibt einen Teil der ...Obwohl Harmon seit über fünf Jahren mit SciAps LIBS in Laboren und Museen arbeitet, konnte er erst im vergangenen Juni mit einem tragbaren LIBS-Analysator ins Feld gehen, der von Professor Lewis Owen Vorsitzender der Abteilung für Meeres-, Erd- und Atmosphärenwissenschaften an der North Carolina State University, für die Analyse von Gesteinslack in der Mojave-Wüste.

„Ich war wie ein Kind im Süßwarenladen“, beschreibt Harmon die Feldarbeit in Kalifornien.

In diesem Herbst hofft Harmon, mit Owen zu reisen, Richard Harkund Michael Wise vom Smithsonian Institution National Museum of Natural History in die Berge von North Carolina mit LIBS in der Hand.

„Wir hoffen, in diesen Bergen nach rohen Lithium-Edelsteinmineralien suchen zu können. Das wird spannend“, sagt Harmon.

Harmon und Hark werden auch ihre Arbeit an kalifornischem Obsidian und Obsidianartefakten fortsetzen.

„Es handelt sich um ein Projekt zur Unterscheidung von Obsidianquellen und zur Rückverfolgung von Artefakten zu ihrer Quelle. Auf diese Weise will man Handelsrouten verstehen und herausfinden, wie die Ureinwohner im Westen der USA Waren gehandelt haben“, sagt Harmon.

Vor zwanzig Jahren hatte Dr. Harmon eine Vision für die Zukunft von LIBS und diese Zukunft ist da. „Vielen Dank an SciAps für die Entwicklung des tragbaren LIBS. Ich habe lange darauf gewartet“, sagt Harmon. Jetzt tut er sein Bestes, um den Rest der wissenschaftlichen Welt mit ihm ins 21. Jahrhundert zu führen.

Die Wissenschafts- und Forschungsgemeinschaft hat tragbare LIBS als Forschungs- und Ermittlungsinstrument angenommen. Weiterlesen...

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