Laserablation ist eine weit verbreitete, hochmoderne Technologie zur mikrodestruktiven Materialprobennahme, insbesondere wenn sie in Verbindung mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS) zur chemischen Materialanalyse eingesetzt wird. Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert jetzt ein Projekt zur Weiterentwicklung dieser Methode am Alfred-Wegener-Institut für die nächsten 1,5 Jahre mit 150.000 Euro.
Das ERC „Proof of Concept“ Projekt BEAST (Breaking sample size limitations for laser ablation through novel large cell technology) nutzt einen technologischen Durchbruch, den Prof. Dr. Pascal Bohleber vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Rahmen eines ERC Consolidator Grants „AiCE“ erzielte: Die Beschränkung von Probenkammern auf etwa 10 cm Länge stellte über Jahrzehnte eine Barriere in der chemischen Analytik mittels LA-ICP-MS dar. Bisher konnten in größeren Volumina die für hochauflösendes 2D-Mapping erforderliche schnelle Aerosolübertragung und 2D Verfahrensgenauigkeit nicht erzielt werden. AiCE hat hier entscheidende Fortschritte geleistet mit dem weltweit ersten Prototyp einer kryogenen Großprobenkammer, entwickelt in Partnerschaft mit Teledyne Photon Machines. Diese Innovation ermöglicht die Analyse von Proben mit einer Länge von über 30 cm bei einer Präzision und Geschwindigkeit, die bisher nur mit kleinen kommerziellen Hochleistungszellen erreichbar war. Dies bildet den Grundstein für einen hohen Probendurchsatz, der für die laufenden chemischen Analysen mit LA-ICP-MS am „ältesten Eis“ der Antarktis im Rahmen des europäischen Flaggschiffprojekts „Beyond EPICA: Oldest Ice Core“ zwingend erforderlich ist.
„Ein entscheidender Zusatznutzen der neuen Kammergröße ist ihre Flexibilität und Multimodalität: Sie bietet ausreichend Platz, um über ein integriertes Fenster externe Sensoren wie Raman-Spektroskopie oder optische Profilometer direkt anzukoppeln“, erklärt Pascal Bohleber. „Dies erlaubt es uns, verschiedene chemische und physikalische Informationen zeitgleich in einem einzigen Workflow zu erfassen, ohne die Probe zwischen Geräten bewegen zu müssen. Diese massive Zeitersparnis ist nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für industrielle Anwendungen hochattraktiv.“ Für die Industrie bedeutet dies eine Effizienzsteigerung: Statt mühsamer Einzelwechsel können hunderte Proben in einem einzigen Durchgang analysiert werden. Wertvolle Großproben in der Wissenschaft, wie Stalagmiten oder archäologische Artefakte müssen jetzt nicht mehr zerstört oder zerschnitten werden.
Pascal Bohleber entwickelt die Methode im Projekt BEAST in enger Partnerschaft mit Teledyne Photon Machines, einem Marktführer für Laserablationssysteme, weiter. Das Projekt zielt darauf ab, die Technologie durch Designoptimierung und ein neues Demonstrationslabor am AWI für den breiten Einsatz zugänglich zu machen. BEAST schafft somit ein neues Standardwerkzeug für die LA-ICP-MS-Analytik und fungiert als Katalysator für zukünftige hybride Analyse-Systeme, die nachhaltigere Qualitätskontrollen in Schlüsselindustrien wie der Stahl- oder Halbleiterproduktion ermöglichen.
