Der Prüfstand für Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) dient der in-situ und nicht-intrusiven Analyse der atomaren Zusammensetzung von Partikeln in reaktiven Strömungen. Die Anregung der elementspezifischen Plasmastrahlung erfolgt durch einen gepulsten ps-Laser. Eine Linse fokussiert die Strahlung. Einzelne definierte Partikel werden mit dem Single Particle Seeder in das Probenvolumen eingebracht. Darauf aufbauend wird das Plasmaspektrum der einzelnen Partikel unter bekannten Bedingungen gemessen, um den Einfluss verschiedener Parameter (Partikelgröße, umgebende Gasphase, ...) auf das Messsignal zu analysieren. Parallel zur LIBS wurde eine weitere Messtechnik, die Diffuse Hintergrundbeleuchtung DBI, integriert. Dies ist entscheidend, um Einzeltreffer des LIBS-Systems zu detektieren, da bei mehreren Partikeln im Probenvolumen überlagerte Plasmastrahlung unterschiedlicher Zustände auftritt, die eine quantitative Auswertung der Probenzusammensetzung verhindert. Mit den gewonnenen Erkenntnissen kann dann über die Messung der atomaren Zusammensetzung der Oxidationsgrad der Partikel in reaktiven Prozessen bestimmt werden. Die Analyse der Plasmastrahlung erfolgt über eine Detektionseinheit bestehend aus einem 1D abbildenden Spektrometer, einem Bildverstärker, der eine präzise zeitaufgelöste Messung ermöglicht, und einer CCD-Kamera. Eine schematische Darstellung des LIBS-Aufbaus ist in der Abbildung dargestellt.
Zur Diagnose der atomaren Zusammensetzung von Einzelpartikeln muss zuerst der Einfluss verschiedener Faktoren auf das Messsignal untersucht werden. Dies geschieht im ODEE-Labor mittels einzelner Partikel unter klar definierten Randbedingungen. Der Single Particle Seeder (siehe schematische Abbildung) erlaubt die Variation der Randbedingungen und ermöglicht die Separation sowie definierte Zuführung einzelner Partikel in das Probevolumen des LIBS-Prüfstands. Die Partikel werden hierbei als Schüttung in die positive Elektrode eingebracht.
Die Aerosolierung der Partikel geschieht mittels einer angelegten Hochspannung zwischen der positiven und der negativen Elektrode. Ein angelegter definierter Volumenstrom über das Plenum in dem sich die beiden Elektroden befinden befördert anschließend einzelne Partikel über ein Kapillarrohr in das Probevolumen. Ummantelt wird dieser Partikel-Jet durch einen Coflow (Mantelstrom). Zur Variation der des Partikels umgebenen Gasphase können beide Volumenströme über Mass-Flow-Controller aus unterschiedlichen Gasen definiert gemischt werden. Weiterhin kann das Plenum vorab mit der definierten Gaszusammensetzung geflutet werden.
