Laser-OES und Funken-OES sind bewährte Methoden der optischen Emissionsspektroskopie, unterscheiden sich jedoch in der Art der Probenanregung, der Lichtdetektion und den Einsatzmöglichkeiten. Im Folgenden werden die zentralen Unterschiede und praktischen Anwendungen erläutert.
Funken-OES: Die Anregung erfolgt über einen Funken, der durch eine Elektrode erzeugt wird. Bei der Rückkehr der Atome in niedrigere Energiezustände wird Licht bei charakteristischen Wellenlängen emittiert. Nicht leitfähige Proben können so nur schwer analysiert werden.
Laser-OES: Ein fokussierter Laser erzeugt auf der Probenoberfläche ein Plasma mit angeregten Atomen. Beim Abkühlen emittiert das Plasma spezifisches Licht, das die Elementzusammensetzung bestimmt. Der Laser ermöglicht eine präzise, lokalisierte Analyse ohne Probenvorbereitung und eignet sich für fast alle Elemente und Probenformen.
Um es für den Endnutzer einfach auszudrücken: Laser-OES funktioniert ähnlich wie Funken-OES, der einzige Unterschied liegt in der Anregung – der Laser ersetzt den Funkengenerator und Elektrode. Laser-OES kann nahezu alle Elemente des Periodensystems messen und ist unabhängig von Probenart, Oberfläche oder Form.
Funken-OES: Erfordert oft mehr Vorbereitung, z. B. Schmelzen, Aufschlämmung oder spezielle Probengeometrie.
Laser-OES: Kaum Vorbereitung nötig; die Analyse kann direkt an festen, flüssigen oder gasförmigen Proben erfolgen. Zerstörungsfreie Messungen sind möglich.
Der Argonverbrauch ist bei Laser-OES deutlich geringer: etwa 10 l/h im Vergleich zu 250–300 l/h bei Funken-OES. Manche Laser-OES-Anwendungen kommen sogar ohne Argon aus.
Im Vergleich zur Funken-OES erzeugt der Laser bei der Laser-OES nur eine kleine Plasmafahne und hinterlässt einen winzigen Brandfleck. Dieser hat typischerweise einen Durchmesser von etwa 1 mm, die tatsächlich angeregte Plasmafläche beträgt <0,1 mm. Die Masse des abgetragenen Materials hängt von Faktoren wie Probenart (z. B. Fe, Al, Pb) und Laserpulsparametern ab, liegt aber meist bei rund 0,6 µg.
Die Probenoberfläche wird nur minimal beansprucht, und der Brandfleck lässt sich leicht und spurenlos entfernen. Daher zählt Laser-OES zu den NDT-Verfahren (zerstörungsfreie Prüfungen) – ein entscheidender Vorteil, wenn eine schonende Materialprüfung gefordert ist, etwa nach API-Normen.
Zerstörungsfreie Prüfungen sind in der Industrie essenziell, um Sicherheit, Qualität und Zuverlässigkeit sicherzustellen, Ausfallzeiten zu reduzieren und Kosten zu vermeiden, die durch Schäden oder zerstörende Prüfungen entstehen könnten.
Laser-OES erfordert kaum Routinewartung. Anders als Funken-OES gibt es keine Elektroden, Funkenstände oder Verschleißteile. Bei Geräten wie dem QLX1 überprüft der Servicetechniker lediglich halbjährlich oder jährlich den "Funkenstand" (der ja kein Funken mehr benötigt), Linsen und Fenster.
Präzision: Laser-OES reagiert empfindlicher auf Oberflächenverunreinigungen und Mikrostrukturen, diese Effekte lassen sich jedoch softwareseitig korrigieren.
Genauigkeit: Vergleichbar mit Funken-OES; Korrelationskoeffizienten liegen typischerweise zwischen 0,98 und 1.
Es gibt zwei Hauptgründe, warum Laser-OES bislang nicht universell eingesetzt wird: der höhere Preis des Lasers und der unterschiedliche technologische Ansatz.
Laser sind nach wie vor deutlich teurer als digitale Funkenquellen, was zu höheren Gerätepreisen führt. Zudem ist ein Umstieg auf Laser nur bei neu konstruierten Geräten möglich, da Funkenstand, Optik, Argonblock, Trigger, Auslesung und Software vollständig angepasst werden müssen. Bestehende Funken-OES-Geräte lassen sich nicht einfach umrüsten.
Dies erklärt, warum manche Anwender der Einführung der Technologie zunächst zurückhaltend gegenüberstehen.
Trotz der höheren Anschaffungskosten gleichen sich diese langfristig durch die sehr niedrigen Betriebskosten aus: Laser-OES benötigt weniger Argon, kommt ohne Einwegartikel aus und verursacht nahezu keine Wartungskosten oder Ausfallzeiten.