Espectroscopía de Plasmas Inducidos por Láser (LIBS) aplicada a la caracterización de piezas únicas y productos de interés industrial

Abstract

La Espectroscopia de Plasmas Inducidos por Láser (LIBS) es una técnica espectroscópica que se basa en la generación de plasmas por ablación láser. En esta tesis se desarrolló e implementó la técnica LIBS para la determinación de la composición de superficies y sustratos de productos industriales y piezas únicas de interés patrimonial. Se aplicó la técnica desarrollada para la caracterización de la composición de piezas sometidas a tratamientos superficiales, para la determinación de elementos trazas en dientes y huesos y para la realización de mapas de composición superficial, en la escala micrométrica. Con el objetivo de optimizar las condiciones de detección de la técnica, se estudió la evolución espacio temporal de plasmas de femto y nanosegundo. Los resultados obtenidos muestran que si se emplean láseres de nanosegundos, la detección puede hacerse seleccionando una parte del plasma para su análisis, utilizando discriminación temporal o espacial. En cambio en el caso de ablación con láseres de femtosegundos, es conveniente en lo posible evitar seleccionar partes del plasma, tanto temporal como espacialmente. La técnica desarrollada fue aplicada para la caracterización de la composición en profundidad de tratamientos superficiales de cojinetes de autos, mostrando una calidad equivalente a la de las técnicas estándar utilizadas en la industria, con la ventaja de que permite su implementación directamente en la línea de producción. Por otro lado se exploró la performance de LIBS para determinar la presencia de capas sub micrométricas de Cr en hojalata y chapas con distintos tipos de galvanizados. Los resultados obtenidos muestran que el nivel de sensibilidad de LIBS para detectar Cr es similar al de técnicas mas sofisticadas, complejas y costosas como XPS y mejor que el de otras técnicas como EDXS. Asimismo se aplicó la técnica LIBS para la determinación de trazas de Mg y Sr en dientes de homo Sapiens modernos, de la edad media y del neolítico, obteniéndose significativas diferencias, que muestran diferentes hábitos alimentarios. La técnica desarrollada permitió por primera vez realizar mapas de distribución de estos elementos en distintas partes del diente y monitorear la distribución de Sr a lo largo de las líneas de crecimiento en dientes modernos, proporcionando una nueva herramienta para el estudio de hábitos alimentarios de individuos y poblaciones.