Analýza anorganických látek - Optická emisní spektrometrie (OES)

4. OPTICKÁ EMISNÍ SPEKTROMETRIE

Optická emisní spektrometrie na pevných vzorcích. Optická emisní spektrometrie s doutnavým výbojem (GDOES). Spektroskopie laserem buzeného plazmatu – LIBS.

• 4.1 Optická emisní spektrometrie na pevných vzorcích
  • 4.1.1 Úvod
  • 4.1.2 OES z pevného vzorku
• 4.2 Optická emisní spektrometrie s doutnavým výbojem (GDOES)
  • 4.2.1 Úvod
  • 4.2.2 Konstrukce GDOES
  • 4.2.3 Požadavky na vzorek
  • 4.2.4 Etapy GDOES analýzy
  • 4.2.5 Kalibrace GDOES
  • 4.2.6 Profilová analýza
  • 4.2.7 Možné nepřesnosti měření
  • 4.2.8 Výhody a aplikační možnosti GDOES
• 4.3 Spektroskopie laserem buzeného plazmatu – LIBS
  • 4.3.1 Princip metody
  • 4.3.2 Instrumentace
  • 4.3.3 Fyzikální základy metodiky
  • 4.3.4 Dvoupulzní uspořádání
  • 4.3.5 Studium hloubkových profilů
  • 4.3.6 Povrchové mapování
  • 4.3.7 Dálková analýza

💡 Kompletní obsah naleznete v odborné publikaci Analýza anorganických látek, kterou můžete zakoupit přímo u vydavatele 2 THETA, prostřednictvím LabRulez nebo v mnoha knihkupectvích.

Optická emisní spektrometrie na pevných vzorcích

Úvod

OES z pevného vzorku je nejrozšířenější technikou velmi rychlé a přesné analýzy prvků (Li-U) od stopových koncentrací v pevných vodivých vzorcích. Používá se pro analýzu materiálů jako jsou železo, ocel, litina, neželezné a drahé kovy a jejich slitiny. Umožňuje rovněž přímou analýzu drátů, prášků a třísek bez nutnosti jejich rozpouštění.

Rozdělení a princip optické emisní spektrometrie

Atomová emisní spektrometrie je založena na měření a na interpretaci spekter volných atomů. Pro vznik spekter je nutno nejdříve převést vzorek do plazmy, kde dojde k excitaci atomů ze základního stavu. Při následné deexcitaci atomu je emitováno korespondující světelné záření v UV, viditelné a IČ oblasti. Emitované vlnové délky jsou charakteristické pro každý prvek a jejich intenzita je proporcionální ke koncentraci prvku ve vzorku. Intenzita spektrální čáry I je funkcí koncentrace analytu a teploty. Přímá úměrnost platí jen při malých koncentracích. Při samoabsorpci dochází k absorpci záření vycházejícího ze střední části výboje při průchodu okrajovými chladnějšími oblastmi výboje. OES se někdy dělí podle způsobu buzení spekter.

Budící zdroj musí poskytnout dostatečnou energii potřebnou k excitaci stanovovaných analytů. Mezi základní budící zdroje patří:

• a. stejnosměrný a střídavý elektrický oblouk,
• b. jiskra nízkonapěťová (300-500V) a vysokonapěťová (10-20 kV),
• c. doutnavý výboj (GDS) – využívající nízkotlaký, netermický proces, při kterém je materiál vzorku stejnoměrně odprašován proudem argonových iontů,
• d. vysokonapěťový laser, technika LIBS – využívající fokusovaný laserový svazek pevnolátkového pulzního laseru,
• e. induktivně vázaná argonová plazma (ICP),
• f. plamen, technika využívaná v plamenové fotometrii.

OES z pevného vzorku

Princip metody

Při buzení spekter stejnosměrným obloukem se dvě grafitové elektrody, vzorková a protilehlá elektroda, napájí stejnosměrným proudem o napětí 70 – 100 V přes odpor, který určuje proud výboje. Pomocí žlábkových čelistí je možno uchytit protilehlou elektrodu o různých průměrech a velikostech. Rotační protilehlá elektroda umožňuje snadnější instalaci nových vzorkových elektrod. Při analýze sypkých vzorků se do kelímkové, vzorkové grafitové elektrody vkládá vzorek o hmotnosti 20 – 500 mg. Teplota obloukových výbojů je cca 6000 K a je značně závislá na složení plazmy. Vzorková elektroda a protilehlá elektroda se vloží do stativu a zapojí se zdroj stejnosměrného oblouku. Vysokofrekvenční výboj mezi elektrodami zapálí oblouk a ve stejnosměrné plazmě jsou excitovány atomy vzorku, přičemž plazma je udržována průtokem stejnosměrného proudu mezi elektrodami. Prvky se odpařují podle své těkavosti a emitují charakteristické vlnové záření. Emitované záření je detekováno nejčastěji optickým spektrometrem s Echellovou optikou. Spektrometr bývá vybaven velkoplošným programovatelným polovodičovým detektorem L-PAD s vysokou disperzí a rozlišením. Střídavý oblouk vzniká mezi elektrodami, které jsou napájeny střídavým proudem o napětí 220 – 1000 V. Střídavý oblouk je efektivnější než stejnosměrný, i když zhasíná při průchodu napětí nulou. Oblouk pracuje s proudem 1 až 5 A, a napětím 2 – 5 kV. Plazma je nepřetržitě formována, přerušována a znovu reformována. Tím se získává reprodukovatelnější signál, i když někdy na úkor citlivosti.

Aplikace

DC arc analýza nečistot v čisté mědi s hříbkovou vzorkovou elektrodou. Je-li optická dráha záření mezi obloukem a vstupním okénkem spektrometru proplachována dusíkem (průtok 1 l /min) je možno stanovit i velmi nízký obsah S.

Pomocí DC Arc je možno dále analyzovat:

• keramiku a sklo
• oxidy kovů, karbidy (SiC), nitridy, boridy
• vysoce čistý grafit
• vysoce čisté kovy: Cu, Ni, Co, W
• vzácné kovy: Au, Ag. Pt
• geologické materiály
• jaderné materiály (oxidy uranu, plutonia)
• půdy, kaly, popely
• barvy

OES s buzením jiskrou

OES je založena na ablaci materiálu vzorku elektrickou jiskrou do plazmy, v níž je materiál excitován a emituje se odpovídající světelné záření ve VUV-viditelné oblasti. Jiskra je nespojitý typ výboje. Každá jiskra musí být zapálena vysokonapěťovým pulzem o několika kV, čímž se vytvoří téměř konstantní napětí mezi elektrodami. Jiskra pak hoří několik stovek μs. Jiskrová spektrometrie s argonem zabraňuje oxidaci vzorku a rovněž změnám jiskřících podmínek během analýzy. Jiskrový výboj má lepší opakovatelnost než obloukový. Emisní záření je vedeno přímo do optického systému, jehož hlavní součástí je disperzní mřížka, fotony jsou obvykle detekovány fotonásobiči. Rovněž je používána detekce CCD detektory, které mohou detekovat celé spektrum.

Princip metody

Vodivý zkušební vzorek je umístěn na stolek jiskřiště tak, aby byl zcela utěsněný otvor stolku. Do přesně stanovené vzdálenosti od vzorku je nastavena protilehlá elektroda (obvykle wolframová s thoriem) a na zkušební vzorek je přiložena elektroda vzorku, čímž se vzorek stává zápornou elektrodou. Po zapnutí budícího zdroje je generováno jiskření mezi W-protielektrodou a analytickou plochou zkušebního vzorku po přesně stanovenou dobu. Během předjiskření, které předchází analytické fázi, je vzorek homogenizován pomocí vyšší energie (HEPS – High Energy PreSparking). Emitované záření prochází argonem proplachovaným optickým kanálem přes vstupní optiku a primární štěrbinu do vakuovaného spektrometru a dopadá na difrakční mřížku. Analytické spektrální čáry jsou vybrány sekundárními štěrbinami a detekovány fotonásobiči anebo CCD detektory.

Instrumentace

Optický emisní spektrometr se skládá ze:

• Stativu budícího zdroje - optimalizovaný průtok Ar jiskřištěm, vyhřívaná vstupní čočka (vyměnitelné okénko) a systém filtrů pro odfuk.
• Digitálního plazmového zdroje
• Optického systému
• Čtecího systému a. CCD detektory b. Fotonásobiče (PMT)
  • CCD detektory
  • Fotonásobiče (PMT)

2 THETA: Litinový spektrometr

Optická emisní spektrometrie s doutnavým výbojem (GDOES)

Úvod

GDOES je zkratka anglického označení Glow Discharge Optical Emission Spectrometry. Optický emisní spektrometr s doutnavým výbojem je určen ke kvalitativnímu a kvantitativnímu stanovení kovových a nekovových prvků v rovinných vzorcích analýzou objemového složení materiálu (tzv. „BULK“ analýzou) a analýzou hloubkového koncentračního profilu (QDP). V programu „BULK“ analýzy je možno pomocí vypracované metody a po provedení kalibrace kvantitativně stanovit hlavní, vedlejší i stopové prvky v jedné matrici. Při kvalitativní analýze hloubkového profilu je registrován časový průběh intenzity záření vznikajícího kontinuálním odprašováním vzorku během měření. Tato aplikace umožňuje získat základní údaje o povrchových vrstvách. Náročnější je kvantitativní analýza hloubkového profilu, kdy po provedení příslušné kalibrace jsou hodnoty intenzity čar kvantifikovány na hodnoty koncentrací a časová osa je transformována na hloubkovou (v nanometrech, resp. mikrometrech). Prvky periodické soustavy jsou detekovatelné od 0,1 ppm (pro některé prvky) do 100 % ve vrstvách od 10 nm do 100 µm.

Konstrukce GDOES

Stejně jako ostatní optické emisní spektrometry (buzené elektrickým obloukem, jiskrou, v indukčně vázaném plazmatu, laserem apod.) se GDOES skládá ze tří hlavních částí:

• budící zdroj,
• optický systém
• elektronika s výpočetním systémem.

Budící zdroj

Budícím zdrojem doutnavého výboje je Grimmova lampa, která byla zkonstruována v roce 1967. Doutnavý výboj byl však znám již v roce 1850; už tehdy bylo pozorováno tzv. katodické odprašování materiálu. Doutnavý výboj nastává, pokud k elektrickému výboji dochází v plynu o velmi nízkém tlaku. Při nižších tlacích stačí k udržení doutnavého výboje menší hustota proudu, než např. u elektrického oblouku za atmosférického tlaku. Doutnavý výboj zaručuje homogenní odstraňování materiálu z povrchu vzorku pomocí argonových iontů, tzv. odprašování.

Grimmova lampase skládá se ze dvou rotačně symetrických elektrod: katody a duté anody. Anoda je umístěna v otvoru uprostřed katody a je od ní odizolována keramickým válečkem a uvnitř plochou deskou se silikonovým těsněním. Vnitřní prostor lampy po přiložení analyzovaného vzorku těsní pružný silikonový kroužek umístěný okolo keramického válečku na vnější straně katody. Frézka (neboli čistící a přítlačný vrták) má dva úkoly. Čistí anodu po každé analýze zajetím do otvoru anody a po přisátí vzorku na lampu jej pevně přitlačí ke katodě.

2 THETA: Schéma budícího zdroje GDOES

2 THETA: Součásti budícího zdroje a) měděná anoda b) keramický váleček c) silikonové těsnění

Optický systém

Polychromatický paprsek záření, vycházející ze vzorku excitovaném ve zdroji, vstupuje štěrbinou do optické části přístroje a disperzním prvkem je rozložen na monochromatické záření. Štěrbina je tvořena dvěma pohyblivými přesně sbroušenými břity, její šířka se zpravidla pohybuje v tisícinách až setinách mm. Disperzním prvkem je mřížka, která společně se systémem rovinných a dutých zrcadel tvoří vlastní optickou část zařízení. U přístrojů pro optickou emisní spektrometrii je vyžadován disperzní systém s vysokou rozlišovací schopností. Tyto přístroje jsou vybaveny difrakční mřížkou s počtem vrypů/mm v rozmezí 1200 – 4000. Jako detektory se používají emisní fotonásobiče nebo polovodičové detektory. Polovodičové detektory se nejčastěji realizují technologií CCD (charge-coupled devices).

Elektronika a výpočetní systém

Úkolem elektronické části optického emisního spektrometru je provádět řízení budícího zdroje, kontrolu napěťových zdrojů a důležitých parametrů přístroje, provádět řízení optické části, zpracovávat signál z detektorů a přenášet informace a výsledky výpočetního systému. Základem je počítač. Výpočetní systém umožňuje vstup a kontrolu všech uživatelských dat, provádění kalibrace a rekalibrace, přídavné výpočty, uložení a odeslání výsledků a statistické výpočty.

Požadavky na vzorek

Nejpoužívanější průměr anody při GDOES analýze je 4 mm. S tím souvisí také minimální rozměr vzorku. Do vzorku je třeba vepsat kružnici o průměru cca 1 cm. Vzorky zalisované do vodivého materiálu mohou mít průměr minimálně 6 mm. Obecně je lepší analýza většího vzorku z důvodu snadnější manipulace a možnosti opakování analýzy na více místech a tedy lepší reprodukovatelnost výsledků. Maximální velikost vzorku závisí na výrobci a typu přístroje, obvykle se udává 20 cm, ale byly publikovány analýzy brzdových kotoučů o průměru cca 30 cm. Vzorky pro analýzu na GDOES musí mít rovnou, nepórovitou plochu na analyzované straně, aby je bylo možno přiložit na katodu lampy. Maximální tloušťka vzorku je cca 40 mm, minimální tloušťka asi 0,3 mm, záleží na typu analyzovaného vzorku.

Etapy GDOES analýzy

Měření na GDOES probíhá ve třech základních krocích. Nejprve dojde k zapálení výboje, poté k předhoření a následně k vlastnímu měření. Každá etapa analýzy má nastavenou dobu jejího trvání a základní podmínky doutnavého výboje: elektrický proud, napětí a tlak. Volí se vždy dva z těchto parametrů, třetí je automaticky dopočítáván. Podmínky analýzy jednotlivých matric jsou definovány v uložené metodě, která se volí před začátkem analýzy.

Zapálení výboje

Z prostoru duté anody je vyčerpán plyn na nejnižší hodnotu ze všech tří etap měření z důvodu co nejsnadnějšího zapálení doutnavého výboje. Je zapnuto diferenciální čerpání argonu a na anodu a katodu je přivedeno vysoké napětí.

Předhoření

Při předhoření probíhá doutnavý výboj stejně jako při analýze. Vzorek je odprašován, čímž jsou odstraněny nečistoty z povrchu vzorku působením doutnavého výboje a je dosaženo konstantních hodnot signálů všech stanovovaných prvků.

Měření

Doutnavý výboj je stabilizován a intenzity jednotlivých emitovaných spektrálních čar jsou snímány detektory. Po integraci a příslušných korekcích (na temný proud, opravy plynoucí z rekalibrace aj.) jsou z naměřených korigovaných intenzit spektrálních čar softwarem spektrometru vypočteny koncentrace (hmotnostní zlomky) stanovovaných prvků.

Kalibrace GDOES

Optická emisní spektrometrie není absolutní metoda, ale závisí na kalibraci. Je to dáno tím, že primární analytický signál je tvořen nikoliv všemi atomy vzorku, které jsou ze vzorku odprášeny, ale pouze atomy excitovanými. Vyzářená energie se šíří do všech směrů, měřena je však pouze její část. Kromě toho dochází ke ztrátám energie jak v samotném zdroji, tak v průběhu celé optické dráhy. Rovněž fotonásobiče mají určitý stupeň účinnosti (nastavitelný). Tyto skutečnosti vedou k tomu, že optický spektrometr může pracovat jen na základě kalibrace (kalibračních křivek). Průběh kalibračních křivek lze ještě následně ovlivnit korekcemi na meziprvkové ovlivnění, event. i vyloučením odlehlých bodů. Při kalibraci přístroje resp. metody může operátor volit průběh kalibračních křivek, a to buď lineární, nebo kvadratický. Dále operátor při kalibraci volí jeden ze tří druhů kalibrační závislosti: Kalibrace I, II, III.

Spektroskopie laserem buzeného plazmatu - LIBS

Princip metody

Spektroskopie laserem buzeného plazmatu LIBS (akronym z anglického Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) patří mezi moderní metody atomové emisní spektroskopie. Je to analytická technika založená na spektroskopické analýze emise mikroplazmatu, jež je vybuzeno fokusovaným laserovým pulzem. Toto mikroplazma může být generováno jak na povrchu pevných materiálů (nejčastější případ), tak uvnitř nebo na hladině kapalin, v plynech či aerosolech, na hladině tavenin nebo na vzdálených objektech. Tato vlastnost předurčuje tuto techniku jako univerzální metodu pro analýzu či monitoring vzorků v různých skupenstvích, různého původu (anorganického i organického) a v různých prostředích.

Instrumentace

Instrumentace LIBS může být relativně jednoduchá a skládá se z pěti základních částí: pulzní laser, zaostřovací optika, snímací optika, monochromátor a detektor synchronizovaný s laserovým pulzem. V případě povrchového mapování je zařízení dále vybaveno posunem vzorku a mikroskopem či kamerou pro pozorování povrchu. Při použití ochranné atmosféry během měření (argon, helium) je vzorek umístěn v ablační cele. V případě přenosných zařízení je často pro snímání záření či přivedení laserového pulzu na vzorek používána vláknová optika.

2 THETA: Základní uspořádání spektrometrie laserem buzeného plazmatu – LIBS

Lasery

Lasery (LASER - akronym z anglického Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) pracují na principu zesilování světla stimulovanou emisí záření. Na rozdíl od spontánní emise je stimulovaná emise zářivý kvantový přechod podmíněný interakcí s elektromagnetickým polem (fotonem) v době, kdy je atom v excitovaném stavu. Zároveň musí platit, že energie fotonu stimulujícího záření musí být rovna energetickému rozdílu mezi vyšší a nižší hladinou atomu. Pro dosažení zesílení záření v laseru je třeba, aby stimulovaná emise byla větší než absorpce. V tom případě je pak nutnou podmínkou aby obsazení horní hladiny v atomech bylo vyšší než spodní hladiny (n1 > n0) čemuž formálně odpovídá záporná hodnota termodynamické teploty systému, tzv. inverzní populace nebo inverzní stav. Pro získání inverzní populace, tj. porušení termodynamické rovnováhy, je potřebí vnější buzení, označované obvykle jako čerpání. Prostředí s inverzní populací, schopné zesilovat záření, se nazývá laserové aktivní prostředí. Z aktivního prostředí jsou vyzařovány všemi směry fotony spontánního záření. Vrátíme-li část spontánně emitovaných fotonů zpět ve směru podélné osy do aktivního prostředí např. zrcadlem, budou tyto fotony stimulovat emisi dalších fotonů, které již budou mít směr a fázi shodnou s budícími fotony. Pokud podobné zrcadlo umístíme na opačné straně aktivního prostředí a část fotonů bude opět vrácena do aktivního prostředí, celý proces se bude lavinovitě rozvíjet. Takové zařízení je známo z klasické optiky jako Fabryův - Perotův interferometr, v laserech nazývaný jako rezonátor. Jedno ze zrcadel bývá vysoce odrazné (jeho odrazivost se blíží 100%), druhé bývá polopropustné a slouží jako optická vazba k výstupu laserového záření ve formě kolimovaného optického svazku s minimální divergencí.

Spektrometry a detektory

• Pro analýzu záření laserem buzeného plazmatu se používají v zásadě dva typy spektrometrů: monochromátory v uspořádání Czerny Turner a dále pak spektrometry typu Echelle. V minulosti se objevily také práce využívajících polychromátorů Paschen-Runge osazených fotonásobiči. Jejich nespornou výhodou byla vysoká citlivost a rychlost snímání signálu i čtení. Proto tyto přístroje našly uplatnění například při povrchovém mapování vzorků s použitím laserů s vysokou opakovací frekvencí. Dnes se různé typy spektrometrů používají výhradně v kombinaci s polovodičovými detektory, především typu intenzifikovaných CCD detektorů. Důležitým požadavkem na detektor při spektrometrii laserem buzeného plazmatu je možnost rychlého zapnutí/vypnutí, možnost synchronizace s pulzy laseru a dostatečná citlivost.

• Neoddělitelnou součástí detekčního systému bývá vhodný software pro vyhodnocení signálu. Při vyhodnocení spekter je důležitá identifikace čar jednotlivých prvků, je tedy užitečné, aby software obsahoval databázi čar. Zpracování velkého množství spekter také vyžaduje možnost tvorby 3D grafů, různé překládání či odečítání spekter mezi sebou. Samozřejmostí by měl být jednoduchý export dat do různých formátů pro zpracování v dalších programech.

Fyzikální základy metodiky

Jak již bylo řečeno, základem techniky je interakce vysokoenergetického laserového pulzu se vzorkem. V případě pevného materiálu dochází k souhrnu procesů, které se označují jako laserová ablace. Prudký ohřev má za následek odpaření a uvolnění materiálu ve formě aerosolu a par. Při dostatečné energii laserového pulzu dále dochází ke vzniku plazmatického útvaru, který po dobu svého života emituje elektromagnetické záření. Toto záření je využíváno z analytického hlediska, v případě metody LIBS především na základě emise iontových a atomových čar prvků obsažených ve vzorku. Pro buzení plazmatu se v praxi využívá krátkých laserových pulzů, nejčastěji o délce několika nanosekund, které při zaostření na plochu o průměru několik desítek až stovek mikrometrů dosahují hustoty zářivého výkonu v jednotkách až desítkách GW/cm².

Dvoupulzní uspořádání

Metoda LIBS je založena na jednoznačném rozlišení jednotlivých spektrálních čar a přesném měření jejich intenzit. Především pro kvantitativní analýzu je důležitý dostatečný odstup signálu od šumu, což může být problém především u prvků obsažených ve vzorku ve stopových množstvích. Zvýšení citlivosti a snížení detekčních limitů lze dosáhnout několika způsoby – zvýšením teploty plazmatu, prodloužením času trvání plazmatu, zvýšením množství ablatované hmoty nebo případně kombinací uvedených způsobů. Ideálním případem je získání vysokých intenzit při odpaření co nejmenšího množství materiálu a tedy vytvoření co nejmenšího ablačního kráteru. To poté umožňuje analýzu s minimálním narušením vzorku a docílení analýzy s vysokým prostorovým rozlišením (např. při mapování plošného rozložení hledaných prvků ve vzorku). Docílit toho lze např. použitím dvou vzájemně časově posunutých laserových pulzů. Tato dvoupulzní technika (double pulse – DP LIBS) se používá ve dvou základních geometrických konfiguracích – ortogonální a kolineární. V případě ortogonální konfigurace laserové paprsky vzájemně svírají úhel 90°, kdy jeden paprsek dopadá kolmo na vzorek a druhý je veden paralelně s povrchem vzorku (Obr. 4.19.). Při kolineární konfiguraci jsou vedeny oba laserové paprsky ze stejného směru.

2 THETA: Uspořádání pro dvoupulzní techniku LIBS (v ortogonální konfiguraci)

Studium hloubkových profilů

Opakovaným působením laserových pulzů do jednoho místa lze díky prohlubujícímu se ablačnímu kráteru získat informaci o hloubkovém profilu vzorku. Kritickým parametrem při studiu hloubkových profilů vrstevnatých materiálů metodami laserové ablace je tvar kráteru a případná redepozice materiálu na jeho stěnách a okrajích. Na tyto efekty mají vliv nejen vlastnosti laserového pulzu jako vlnová délka, energie, zaostření a délka pulzu, ale i okolní atmosféra a pochopitelně i vlastnosti samotného vzorku (či jednotlivých vrstev).

Povrchové mapování

Instrumentální vybavení LIBS vyžaduje posuvy vzorku v osách x, y. Méně často se využívá pohybu laserového paprsku po povrchu vzorku (např. u dálkových měření). Sama podstata metody předurčuje použití především pro větší plochy povrchů a to pro sledování prvků nejen na samotném povrchu, ale i do určité hloubky (v závislosti na ablační rychlosti a počtu použitých pulzů laseru). S použitím příslušné instrumentace s možností využití vysokých opakovacích frekvencí laseru pak může jít také o techniku velice rychlou. Obecně je rychlost omezena opakovací frekvencí pulzního laseru či možnostmi detektoru. Vlastní provedení mapování povrchu vzorku záleží na požadované informaci a také na použité instrumentaci. Principem mapování je přiřazení měřeného signálu konkrétnímu místu na vzorku. Například v případě mikroanalýzy jde o přiřazení jednoho signálu jednomu konkrétnímu bodu, zatímco v případě laterálního mapování (realizovaném jednou řadou kráterů) lze signál přiřadit poloze na přímce (ose x). Informace poskytovaná tímto typem měření nám ukazuje změny složení vzorku v jedné ose. Informaci o složení ve dvou osách (2D mapování) je několikanásobné laterální mapování v pravidelném odstupu (rastr kráterů) a každý kráter je pak určen souřadnicemi x a y. V podstatě lze provést v každém bodě (kráteru) i hloubkové profilování a obdržet tak prostorovou informaci (3D tomografie) o složení vzorku.

Dálková analýza

Dálkové techniky LIBS, kdy je excitační i emitované záření vedeno vhodnou optickou cestou na větší vzdálenosti, lze rozdělit z hlediska uspořádání do dvou skupin. V prvním případě, nazývaném jako „Remote LIBS“, je laserový paprsek i záření mikroplazmatu vedeno optickými kabely (nebo společným optickým kabelem). Na konci optického kabelu je pak sonda (např. ve tvaru pistole), která se přikládá na povrch vzorku. Spektrometr a laser může být ve vzdálenosti až několika desítek metrů od vzorku a zařízení má především využití v nebezpečných nebo znečištěných prostředích případně při analýze těžko přístupných objektů. Speciálním případem je analýza předmětů pod vodní hladinou, kdy se spektrometr a laser nachází na palubě plavidla a se sondou pod vodou manipuluje potápěč či mechanické rameno ponorky. Technika „Stand-off“ LIBS využívá k přenosu záření laseru i emise mikroplazmatu otevřenou optickou cestu atmosférou a lze tedy analyzovat takové předměty, které jsou v přímém dohledu od aparatury. Zaostření laserového paprsku i sběr emise záření je realizováno různými typy teleobjektivů (např. Galileova typu) s typickým dosahem několika desítek metrů. Zařízení bývá vybaveno jemnými posuny pro přesné zaměření a fokusaci laserového paprsku. Zajímavou možností je kombinace této techniky s dálkovou Ramanovou spektrometrií v jedné instrumentaci.