|
|
Comparison of quantitative LIBS analysis of steel standards utilizing single-pulse and double-pulse LIBS
Pořízka, Pavel ; Hrdlička, Aleš (referee) ; Kaiser, Jozef (advisor)
In this diploma thesis the differences between single pulse and double pulse laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) methods are discussed. The time evolution of laser induced plasma (LIP) parameters, such electron density, plasma temperature, density of ions and atoms is shown. Selected methods for evaluation of plasma parameters (Boltzmann equation, Saha-Boltzmann equation etc.) are also stated. The theoretical bases of local thermodynamic equilibrium (LTE), which is necessary condition for using of previously stated methods for computation of plasma parameters, are discussed. Diploma thesis also contains the description of each component of our LIBS experimental set up and the way of their optimization. Presented theoretical advantages of DP LIBS method are demonstrated on results of experimental measurements of steel standards.
|
|
|
Impact of the atmosphere on laser ablation of matters
Černá, Svatava ; Hrdlička, Aleš (referee) ; Pořízka, Pavel (advisor)
This thesis deals with a general overview of laser-induced breakdown spectroscopy - ablation of material and plasma formation when a change of the surrounding environment occurs. The aim is to establish ideal conditions for improving detection, which is difficult for some elements when the measurement takes place in the ambient atmosphere. This is the reason why we change the ambient conditions, the gas (air, helium, argon) and its pressure. Buffer gases (helium, argon) influence the development of the material ablation and quality of generated plasma. That is why we inspect the changes in the signal according to particular atmospheres (signal change in buffer gases compared to the ambient atmosphere). The first part of the thesis presents the principle and physical nature of laser ablation with a brief search of experiments performed so far for similar purposes. Based on this search we determine conclusions about the influence of buffer gasses and pressure on the detection used gasses. In the second part of the work, the controlled experiment is presented, which consisted of the detection of spectral lines of fluorine and potassium, see chapter 5.6 and molecular transitions of calcium fluoride, see chapter 5.10. In a controlled experiment, we established two assumptions. The first assumption is the influence of the inert gas atmosphere, which should significantly improve the detection of fluorine and potassium compared to the air atmosphere. We confirmed this finding only for the argon atmosphere. In contrast, in the helium atmosphere, the detection of none of the elements improved. The second assumption is the effect of reducing the ambient pressure, which in combination with an inert gas should allow the detection of fluorine even at low concentrations in the sample. We consider the measured glass disk in chapter 5.7 to be such a sample. This assumption is not confirmed, as the increased intensity of the fluorine spectral line does not manifest itself in any way when the pressure in the vacuum chamber decreases. Finally, in chapter 7 from the results of individual parts of the experiment, the most suitable conditions for the future detection of the measured substances were proposed: fluorine, potassium and calcium fluoride molecules.
|
|
|
Multi-element analysis of soft tissues in paraffin by laser induced breakdown spectroscopy
Kopřivová, Hana ; Samek, Ota (referee) ; Pořízka, Pavel (advisor)
This thesis deals with the analysis of paraffin-embedded soft tissues using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and the complementary technique of laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). Specifically, the work focuses on optimizing soft tissue LIBS measurement parameters for femtosecond and nanosecond pulsed laser ablation at different wavelengths on mouse kidneys as a soft tissue model matrix. In addition, elemental analyses were performed on several samples of the most commonly occurring human skin cancers (malignant melanoma, basal cell carcinoma, and squamous cell carcinoma) using the above-mentioned analytical methods. Maps of the spatial distributions of biogenic elements were obtained. Aim of this work is to show a potential of new analytical methods that are not intended to replace the classical histological examination completely. However, these techniques could be used for preliminary screening of tumor tissue or purely as a complementary technique for histologists to diagnose cancers. Both methods could offer a completely new perspective on soft tissue cancer diagnosis in the future.
|
|
|
A new concept of a light guide – 2K system
Filip, Vojtěch ; Pořízka, Pavel (referee) ; Novotný, Jan (advisor)
The paper target is design of a conceptual solution of a two-component light-guide with the use of available materials, commonly used for the production of headlamp components, emphasizing the simplicity of the whole solution. The result will be in production of a prototype and the subsequent testing of its functional parameters using standard equipment for the measurement of photometric quantities.
|
|
|
Detection of heavy metals in hard tissues by laser-induced breakdown spectroscopy
Konečná, Anna ; Novotný, Karel (referee) ; Pořízka, Pavel (advisor)
This master thesis deals with the detection of heavy metals bioaccumulated in hard tissues by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). As model samples, murine mandibles and femurs of animals exposed to lead oxide or cadmium oxide nanoparticles were used. The exposure of animals lasted for 6 or 7 weeks. Control group of animals was exposed only to air for a reference. The distribution of biogenic elements and contaminants was determined by mapping the samples' surface using LIBS with a spatial resolution of 30 and 100 µm. The second part of the work focused on the possibility of using the method LIBS for quantitative analysis. Samples of hydroxyapatite standards were prepared as reference material. By their analysis a calibration curve was constructed, and the limits of detection and quantification were determined. Furthermore, a model for prediction of heavy metal concentration by calculation from the calibration curve was presented.
|
|
|
Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) for Material Analysis
Pořízka, Pavel ; Hrdlička, Aleš (referee) ; Pína,, Ladislav (referee) ; Kaiser, Jozef (advisor)
Tato doktorská práce je zaměřena na vývoj algoritmu ke zpracování dat naměřených zařízením pro spektrometrii laserem indukovaného plazmatu (angl. LIBS). Zařízení LIBS s tímto algoritmem by mělo být následně schopno provést třídění vzorků a kvantitativní analýzu analytu in-situ a v reálném čase. Celá experimentální část této práce byla provedena ve Spolkovém institutu pro materiálový výzku a testování (něm. BAM) v Berlíně, SRN, kde byl sestaven elementární LIBS systém. Souběžně s experimentílní prací byl vytvořen přehled literárních zdrojů s cílem podat ucelený pohled na problematiku chemometrických metod používaných k analýze LIBS měření. Použití chemometrických metod pro analýzu dat získaných pomocí LIBS měření je obecně doporučováno především tehdy, jsou-li analyzovány vzorky s komplexní matricí. Vývoj algoritmu byl zaměřen na kvantitativní analýzu a třídění vyvřelých hornin na základě měření pomocí LIBS aparatury. Sada vzorků naměřených použitím metody LIBS sestávala z certifikovaných referenčních materiálů a vzorků hornin shromážděných přímo na nalezištích mědi v Íránu. Vzorky z Íránu byly následně na místě roztříděny zkušeným geologem a množství mědi v daných vzorcích bylo změřeno na Univerzitě v Clausthalu, SRN. Výsledné kalibrační křivky byly silně nelineární, přestože byly sestaveny i z měření referenčních vzorků. Kalibrační křivku bylo možné rozložit na několik dílčích tak, že závislost intenzity měděné čáry na množství mědi se nacházela v jiném trendu pro jednotlivé druhy hornin. Rozdělení kalibrační křivky je zpravidla přisuzováno tzv. matričnímu jevu, který silně ovlivňuje měření metodou LIBS. Jinými slovy, pokud určujeme množství analytu ve vzorcích s různou matricí, je výsledná kalibrační křivka sestavená pouze z jedné proměnné (intenzity zvolené spektrální čáry analytu) nepřesná. Navíc, normalizace takto vytvořených kalibračních křivek k intenzitě spektrální čáry matrčního prvku nevedla k výraznému zlepšení linearity. Je obecně nemožné vybrat spektrální čáru jednoho matričního prvku pokud jsou analyzovány prvky s komplexním složením matric. Chemometrické metody, jmenovitě regrese hlavních komponent (angl. PCR) a regrese metodou nejmenších čtverců (angl. PLSR), byly použity v multivariační kvantitatvní analýze, tj. za použití více proměnných/spektrálních čar analytu a matričních prvků. Je potřeba brát v potaz, že PCR a PLSR mohou vyvážit matriční jev pouze do určité míry. Dále byly vzorky úspěšně roztříděny pomocí analýzy hlavních komponent (angl. PCA) a Kohonenových map na základě složení matričních prvků (v anglické literatuře se objevuje termín ‚spectral fingerprint‘) Na základě teorie a experimentálních měření byl navržen algoritmus pro spolehlivé třídění a kvantifikaci neznámých vzorků. Tato studie by měla přispět ke zpracování dat naměřených in-situ přístrojem pro dálkovou LIBS analýzu. Tento přístroj je v současnosti vyvíjen v Brně na Vysokém učení technickém. Toto zařízení bude nenahraditelné při kvantifikaci a klasifikaci vzorků pouze tehdy, pokud bude použito zároveň s chemometrickými metodami a knihovnami dat. Pro tyto účely byla již naměřena a testována část knihoven dat v zaměření na aplikaci metody LIBS do těžebního průmyslu.
|
|
|
Processing of tomographic data by principal component analysis method for archaeological applications
Prokop, David ; Žídek, Jan (referee) ; Pořízka, Pavel (advisor)
Rentgenová počítačová tomografie je metoda sloužící ke 3D zobrazování vnitřní struktury objektů. Mikrostruktura objektů ukrývá důležité informace, které mohou být použity k jejich charakterizaci. Tato práce podává spojení mezi datasety získanými pomocí rentgenové počítačové mikrotomografie a oblastí statistického zpracování dat. Výstupem metody, pak bude klasifikace vzorků na základě informací o jejich mikrostruktuře. Z výsledků klasifikace vzorků, pak můžeme vyvodit různé hypotézy týkající se původu vzorků. Tato práce by mimo jiné mohla sloužit jako takový nový vhled do problematiky kombinace dat různého původu, pomocí metod statistické analýzy.
|
|
|
Design of the telescope spectrograph for distant object analysis
Drobil, Tomáš ; Pořízka, Pavel (referee) ; Novotný, Jan (advisor)
Meteor spectra obtained from orbit include many spectral lines in the ultraviolet region, which is mostly absorbed by the atmosphere and thus cannot be observed from ground stations. This bachelor thesis focuses on the design of a spectrograph, placed in a 2U CubeSat, suitable for meteor observation and its spectral analysis in the range from the ultraviolet to near-infrared region. The design includes choice of a suitable camera. Based on the required parameters, several designs have been created, and the process is summarized in the last chapter. The research study of telescopes combined with spectrometers used for meteor observations is also included.
|
|
|
Design of an optomechanical module for laser-induced plasma imaging
Buday, Jakub ; Hrdlička, Aleš (referee) ; Pořízka, Pavel (advisor)
Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) is a method of analytical chemistry that provides a qualitative and quantitative analysis of a sample. The ablation process of a sample is fast and dynamic and the change of plasma in time and space is a question of a few microseconds. An examination that provides a good time and space resolution is necessary to understand better the physical processes. For this reason, the goal of this thesis is to design a basic optomechanic construction for this type of experiment. Furthermore, it is important to check the functionality of this design and to use it for a basic comparison between the spectroscopic and imaging data. Also, the time development of plasma will be observed under different experimental conditions. The goal of this thesis, in general, is to prove that the morphology of plasma is as it is described in available related literature.
|
|
| |
guest ::
