Published September 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Laser-Induced breakdown spectroscopy and Energy-Dispersive X-ray analyses for green mineral fluorite (CaF2)

Creators

  • 1. Abdus Salam Centre for Physics
  • 2. Quaid-i-Azam University
  • 3. University of Arizona
  • 4. Princess Nourah bint Abdulrahman University

Description

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) technique was utilized to study the green mineral fluorite (CaF2) samples. The LIBS experiment was performed using Nd: YAG Laser system and a linear array CCD detector coupled with an Avantes spectrometer in an air atmosphere. The optical emission spectra of ten different fluorite samples were studied. The molecular bands correspond to the green B2Σ+-X2Σ+ and orange A2Π-X2Σ systems of the diatomic CaF-molecule, specifically at Δν = -1, 0, +1 sequences and the CaO diatomic molecule between 618 nm and 630 nm were detected. It was observed that the CaF-diatomic molecular emission bands exhibited stronger optical emission compared to the fluorine (F) atomic lines. Chemical composition (wt.%) analysis was acquired using CF-LIBS methodology under optically thin and local thermodynamic equilibrium (LTE) conditions. Our CF-LIBS studies revealed that Ca (50-60%) and F (30-40%) were the major elements, while C (3-5%) and O (2-5%) were minor elements present in all samples. For comparison, we employed energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy to study the elemental composition (wt.%). The results obtained from CF-LIBS were in good agreement with those obtained from the EDX technique. To validate CF-LIBS results, the calibration curve method was employed using the validated samples (S3, S5, and S7). Furthermore, we utilized principal component analysis (PCA) on the LIBS spectral data to classify the fluorite samples.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم استخدام تقنية التحليل الطيفي للانهيار المستحث بالليزر (LIBS) لدراسة عينات الفلوريت المعدني الأخضر (CaF2). تم إجراء تجربة LIBS باستخدام نظام ليزر Nd: YAG وكاشف CCD صفيف خطي مقترن بمطياف Avantes في جو هوائي. تمت دراسة أطياف الانبعاث البصري لعشر عينات مختلفة من الفلوريت. تتوافق النطاقات الجزيئية مع أنظمة B2Σ + - X2Σ + الخضراء و A2Π - X2Σ البرتقالية لجزيء CaF ثنائي الذرة، وتحديداً عند Δν = -1، 0، +1 وتم اكتشاف تسلسل CaO ثنائي الذرة بين 618 نانومتر و 630 نانومتر. ولوحظ أن نطاقات الانبعاث الجزيئي CaF - diatomic أظهرت انبعاثًا بصريًا أقوى مقارنة بالخطوط الذرية للفلور (F). تم الحصول على تحليل التركيب الكيميائي (بالوزن ٪) باستخدام منهجية CF - LIBS في ظل ظروف التوازن الديناميكي الحراري الرقيقة والمحلية (LTE). كشفت دراسات CF - LIBS أن Ca (50-60 ٪) و F (30-40 ٪) كانت العناصر الرئيسية، في حين أن C (3-5 ٪) و O (2-5 ٪) كانت عناصر ثانوية موجودة في جميع العينات. على سبيل المقارنة، استخدمنا مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) لدراسة التركيب العنصري (بالوزن ٪). كانت النتائج التي تم الحصول عليها من CF - LIBS متوافقة بشكل جيد مع تلك التي تم الحصول عليها من تقنية EDX. للتحقق من صحة نتائج CF - LIBS، تم استخدام طريقة منحنى المعايرة باستخدام العينات التي تم التحقق منها (S3 و S5 و S7). علاوة على ذلك، استخدمنا تحليل المكونات الرئيسية (PCA) على البيانات الطيفية لـ LIBS لتصنيف عينات الفلوريت.

Translated Description (French)

La technique de spectroscopie de dégradation induite par laser (LIBS) a été utilisée pour étudier les échantillons de fluorite minérale verte (CaF2). L'expérience LIBS a été réalisée en utilisant le système laser Nd : YAG et un détecteur CCD à réseau linéaire couplé à un spectromètre Avantes dans une atmosphère d'air. Les spectres d'émission optique de dix échantillons de fluorite différents ont été étudiés. Les bandes moléculaires correspondent aux systèmes vert B2Σ+-X2Σ+ et orange A2Π-X2Σ de la molécule CaF diatomique, spécifiquement à Δν = -1, 0, +1 séquences et la molécule diatomique CaO entre 618 nm et 630 nm a été détectée. Il a été observé que les bandes d'émission moléculaire CaF-diatomique présentaient une émission optique plus forte par rapport aux lignes atomiques de fluor (F). L'analyse de la composition chimique (% en poids) a été acquise en utilisant la méthodologie CF-LIBS dans des conditions d'équilibre thermodynamique (LTE) optiquement fines et locales. Nos études CF-LIBS ont révélé que Ca (50-60%) et F (30-40%) étaient les éléments majeurs, tandis que C (3-5%) et O (2-5%) étaient des éléments mineurs présents dans tous les échantillons. À des fins de comparaison, nous avons utilisé la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX) pour étudier la composition élémentaire (% en poids). Les résultats obtenus à partir de CF-LIBS étaient en bon accord avec ceux obtenus à partir de la technique EDX. Pour valider les résultats CF-LIBS, la méthode de la courbe d'étalonnage a été utilisée en utilisant les échantillons validés (S3, S5 et S7). En outre, nous avons utilisé l'analyse en composantes principales (ACP) sur les données spectrales LIBS pour classer les échantillons de fluorite.

Translated Description (Spanish)

Se utilizó la técnica de espectroscopia de ruptura inducida por láser (libs) para estudiar las muestras de fluorita mineral verde (CaF2). El experimento libs se realizó utilizando el sistema láser Nd: YAG y un detector CCD de matriz lineal acoplado con un espectrómetro Avantes en una atmósfera de aire. Se estudiaron los espectros de emisión óptica de diez muestras diferentes de fluorita. Las bandas moleculares corresponden a los sistemas verdesB2Σ+-X2Σ + y naranja A2Π-X2Σ de la molécula diatómica CaF, específicamente en secuencias Δν = -1, 0, +1 y se detectó la molécula diatómica CaO entre 618 nm y 630 nm. Se observó que las bandas de emisión molecular de CaF-diatómico exhibían una emisión óptica más fuerte en comparación con las líneas atómicas de flúor (F). El análisis de la composición química (% en peso) se adquirió utilizando la metodología CF-LIBS en condiciones de equilibrio termodinámico (LTE) ópticamente delgadas y locales. Nuestros estudios CF-LIBS revelaron que Ca (50-60%) y F (30-40%) fueron los elementos principales, mientras que C (3-5%) y O (2-5%) fueron elementos menores presentes en todas las muestras. A modo de comparación, empleamos espectroscopia de rayos X dispersivos de energía (edX) para estudiar la composición elemental (% en peso). Los resultados obtenidos de CF-LIBS concordaron con los obtenidos de la técnica edX. Para validar los resultados de CF-LIBS, se empleó el método de la curva de calibración utilizando las muestras validadas (S3, S5 y S7). Además, utilizamos el análisis de componentes principales (PCA) en los datos espectrales libs para clasificar las muestras de fluorita.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مطيافية الانهيار المستحثة بالليزر وتحليلات الأشعة السينية المشتتة للطاقة للفلوريت المعدني الأخضر (CaF2)
Translated title (French)
Spectroscopie de dégradation induite par laser et analyses par rayons X à dispersion d'énergie pour la fluorite minérale verte (CaF2)
Translated title (Spanish)
Espectroscopia de ruptura inducida por láser y análisis de rayos X dispersivos de energía para fluorita mineral verde (CaF2)

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386013273
DOI
10.1016/j.rinp.2023.106850

Is supplement to
https://openalex.org/W4249752281 (Other)
https://openalex.org/W2496818546 (Other)
https://openalex.org/W2392083667 (Other)
https://openalex.org/W2374354396 (Other)
https://openalex.org/W2373075048 (Other)
https://openalex.org/W2365772002 (Other)
https://openalex.org/W2355328415 (Other)
https://openalex.org/W2352481938 (Other)
https://openalex.org/W2015533237 (Other)
https://openalex.org/W1974199511 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1963661301
  • https://openalex.org/W1966612788
  • https://openalex.org/W1967412123
  • https://openalex.org/W1971133158
  • https://openalex.org/W1972346108
  • https://openalex.org/W1981793894
  • https://openalex.org/W1997926507
  • https://openalex.org/W2002792536
  • https://openalex.org/W2017780813
  • https://openalex.org/W2030082368
  • https://openalex.org/W2042510322
  • https://openalex.org/W2046634223
  • https://openalex.org/W2050270436
  • https://openalex.org/W2060501867
  • https://openalex.org/W2065183931
  • https://openalex.org/W2081211054
  • https://openalex.org/W2087979211
  • https://openalex.org/W2120620624
  • https://openalex.org/W2127767995
  • https://openalex.org/W2132355204
  • https://openalex.org/W2133293870
  • https://openalex.org/W2164329276
  • https://openalex.org/W2302753989
  • https://openalex.org/W2308628536
  • https://openalex.org/W2922084749
  • https://openalex.org/W2945041793
  • https://openalex.org/W2980729615
  • https://openalex.org/W3091014162
  • https://openalex.org/W4235520736
  • https://openalex.org/W4290759909
  • https://openalex.org/W4308030660
  • https://openalex.org/W4380090207
  • https://openalex.org/W784254862