Espectroscopía de descomposición inducida por láser (LIBS) para análisis elemental rápido en campo

Fundamento

Un pulso láser de nanosegundos, focalizado sobre la muestra, entrega tal densidad de energía en un punto de decenas de micrones que vaporiza una cantidad ínfima de material y forma un plasma de miles de kelvin. Al enfriarse, los átomos e iones de ese plasma emiten líneas espectrales características de cada elemento, que un espectrómetro con detector de arreglo registra en una ventana temporal ajustada para dejar pasar el continuo inicial y capturar las líneas atómicas. El espectro resultante identifica los elementos presentes; la cuantificación se hace con curvas de calibración construidas con patrones de la misma matriz, porque la cantidad de material ablacionado depende mucho de la dureza, la reflectividad y el estado de la superficie, o con métodos sin calibración basados en modelos del plasma. Repitiendo los disparos en el mismo punto se obtiene un perfil en profundidad que atraviesa capas de pintura o de recubrimiento, y moviendo la muestra bajo el láser se hace un mapa de composición. Los equipos portátiles llevan el láser, la óptica, el espectrómetro y una biblioteca de aleaciones en un instrumento de mano, y dan la identificación en uno o dos segundos.

Analito (qué se mide)

Composición elemental cualitativa y semicuantitativa in situ, incluidos elementos livianos

Matriz (en qué muestra)

Metales y chatarra; minerales y testigos de perforación; suelos; aleaciones en servicio; pinturas y recubrimientos; residuos; obras de arte y patrimonio

Equipamiento necesario¿Dónde lo compro?

Sistema LIBS con láser pulsado, óptica de enfoque y recolección, espectrómetro de banda ancha con detector de arreglo y control de retardo temporal; equipo portátil de mano con biblioteca de aleaciones; platina motorizada para mapeos; campana de extracción para el aerosol generado.

Reactivos¿Dónde lo compro?

Argón o helio como gas de arrastre en algunas configuraciones; patrones certificados de la matriz de interés para la calibración.

Material de laboratorio¿Dónde lo compro?

Portamuestras; papel abrasivo para preparar la superficie; patrones de verificación; anteojos de protección láser.

Consumibles¿Dónde lo compro?

Lámparas o diodos del láser; gases; patrones.

Unidad

kg/kg · % en masa · mg/kg · identificación de grado de aleación

Rango de referencia

Límites de detección de 10 a 500 mg/kg según el elemento y la matriz; la clasificación de aleaciones es inmediata y la cuantificación tiene exactitudes del 5 al 20 % relativo salvo con calibración matricial dedicada

Norma que lo exige

Las especificaciones de verificación positiva de materiales que exigen los códigos de recipientes a presión y de cañerías (ASME y API) en montaje y mantenimiento; las normas de clasificación de chatarra y las especificaciones de compra de aleaciones; Código de Minería para los informes de exploración; las normas de plomo en pinturas y en productos infantilesnorma internacional

Norma que describe la técnica

ASTM E2857 para la verificación de análisis elemental portátil; las guías de la comunidad LIBS sobre calibración y matrices; ASTM E1476 como marco general de análisis de metales; ISO 20140 no se cita; los manuales de los fabricantes para las bibliotecas de aleacionesnorma internacional

Edición y vigencia de la norma

ASTM E2857-11 (reaprobada 2017)

Volumen de muestra

Prácticamente no destructivo: cada disparo consume nanogramos y deja una marca de decenas de micrones; se hacen de 10 a 100 disparos por punto y varios puntos por muestra

Conservación y transporte

La superficie manda: óxido, pintura, grasa o rugosidad cambian la cantidad de material ablacionado y por lo tanto la señal, así que se limpia o se hacen disparos de limpieza previos y se descartan. La calibración es matricial, y una curva hecha con aceros no sirve para aluminios ni para rocas. El aerosol que genera la ablación es respirable y se extrae, sobre todo con muestras que contienen plomo, berilio o cadmio. El operador usa protección ocular de la clase del láser y el equipo portátil tiene enclavamientos de seguridad.

Límite de detección típico

10 a 100 mg/kg para elementos mayoritarios y de transición; 1 a 10 mg/kg para alcalinos como el litio y el sodio

Incertidumbre típica

±5 a 10 % relativo con calibración matricial dedicada; ±20 a 30 % en modo semicuantitativo o sin calibración

Área

Química analítica; Metalurgia; Geología y minería

Fecha de última actualización: 9/9/2026