La spettroscopia di emissione indotta da laser (LIBS) è la tecnologia principale dietro il rivoluzionario analizzatore FOSS Micral™. Tuttavia, anche se Micral è la prima soluzione completamente automatizzata per misurare gli elementi in una vasta gamma di campioni agricoli come mangimi e foraggi, il metodo non è del tutto nuovo.
Abbiamo parlato con il dottor Jens Frydenvang, scienziato dell'Università di Copenhagen. Con una formazione in fisica e un dottorato in chimica analitica incentrato su LIBS, e un'ampia esperienza nell'uso di LIBS per osservazioni geochimiche sul pianeta Marte in collaborazione con la NASA, Jens Frydenvang è considerato un vero esperto in LIBS. Lo abbiamo contattato per discutere le sfide e il potenziale futuro della tecnologia LIBS sul nostro pianeta e spiegare perché la precisione non è sempre il parametro più importante nella scelta di un metodo per l'analisi degli elementi.
Su Marte, sia lo strumento LIBS Chemcam che Supercam sparano laser sulla superficie marziana entro un raggio di 5-6 metri dal rover su cui sono montati. Ma quando si tratta di usare LIBS in un ambiente popolato sulla Terra, non è così semplice. Il principale svantaggio dell'uso di un percorso laser aperto sulla Terra, come su Marte, riguarda le preoccupazioni per la sicurezza degli occhi.
"Quindi, questo è ovviamente un problema per i casi d'uso di LIBS sulla Terra. O tutti intorno devono indossare occhiali protettivi, o il percorso del laser deve essere completamente incassato nell'hardware stesso. Ma in sostanza, non ci sono problemi reali nell'usare LIBS sulla Terra, analogamente a quanto facciamo su Marte," afferma Jens Frydenvang.
Oltre alle preoccupazioni per la sicurezza, il potenziale dell'uso di LIBS sulla Terra dipende dal caso d'uso, spiega. "LIBS ha una forza unica perché può fornire misurazioni rapide, e questa forza deriva dal fatto che la scintilla è prodotta dal riscaldamento rapido del campione." Tuttavia, ottenere un risultato stabile con LIBS è impegnativo. Ad esempio, il modo in cui i campioni sono gestiti e la qualità delle tarature sono una parte essenziale per ottenere risultati accurati e stabili.
"Per molto tempo si è dubitato davvero che si potesse arrivare a qualcosa di sufficientemente accurato da essere utile per molti casi. Ma quello che abbiamo visto, soprattutto su Marte, è che se hai una taratura abbastanza buona, allora puoi passare da un uso puramente qualitativo a un ambito quantitativo dell'uso di LIBS," spiega Jens Frydenvang.
"Se possibile, una qualche forma di preparazione del campione è vantaggiosa per superare alcune delle limitazioni che derivano dalle misurazioni LIBS molto rapide, ma è necessario essere in grado di farlo in modo abbastanza consistente - e ovviamente in un modo che non comprometta i punti di forza che LIBS offre rispetto ad altre tecniche," aggiunge.
Per avere successo con LIBS, è necessario un controllo completo della preparazione del campione, servono i laser giusti e il giusto spettrometro, e da quel momento in poi, è davvero la taratura a fare la differenza.
"Non arriverai mai a un livello di ICP-MS, ma puoi arrivare a un livello dove hai informazioni sufficienti per raggiungere l'obiettivo dell'analisi. Ciò che è raggiungibile dipende dall'elemento di interesse. Se stai cercando il litio, per esempio, allora XRF non ti aiuterà. Ma LIBS è molto sensibile agli elementi leggeri a causa della natura fisica di questi. In generale, la domanda è se puoi creare uno strumento che abbia una precisione e accuratezza sufficienti per quello di cui hai bisogno, e secondo, se hai un caso d'uso dove hai bisogno della forza unica che LIBS può fornire, ad esempio, un alto rendimento, perché riduce i costi o perché hai un processo veloce che deve essere analizzato continuamente? Allora hai davvero un caso fantastico per usare LIBS."
Accuratezza sufficiente
Una misurazione LIBS potrebbe non avere la stessa accuratezza di ICP-MS o XRF, quindi quando Jens Frydenvang parla di accuratezza sufficiente, cosa significa realmente?
"Anche se parli di ICP-MS, c'è un'enorme variazione in termini di accuratezza che diversi laboratori possono fornire. Spesso accade che ICP-MS (o spettroscopia di emissione ottica) sia diventato lo standard di riferimento. Tuttavia, non appena inizi a guardare l'accuratezza effettiva di diversi laboratori, allora realizzi che non sono affatto accurati al 100%. Ecco perché è una domanda difficile a cui rispondere. Potresti vederla così: hai bisogno di quattro cifre decimali per questi risultati? O forse non hai bisogno di nessuna cifra decimale per prendere una decisione? Quindi, è questo il tipo di domanda che ci poniamo qui," spiega Jens Frydenvang.
Perciò, piuttosto che concentrarsi sul raggiungere il livello più alto di accuratezza, a volte è più importante arrivare a un livello dove sei in grado di prendere le decisioni giuste senza ritardi.
"Se non hai bisogno di quattro cifre decimali allora ICP-MS potrebbe essere eccessivo e allora puoi farlo molto più velocemente con LIBS perché non devi dissolvere il campione. Quindi, se non hai bisogno di quattro cifre decimali ma vuoi qualcosa di veloce, allora LIBS sarebbe un'opzione ideale," continua Jens Frydenvang.
Un altro aspetto da considerare è il fatto che risultati più rapidi e un maggiore rendimento possono fornire più informazioni.
"Se un metodo significa che puoi ottenere informazioni da 1000 punti invece di 100 punti su un'area, allora anche se ogni punto ha una minore accuratezza, il fatto che puoi ottenere informazioni da un'area più ampia potrebbe essere ancora più importante," conclude.
Casi d'uso futuri
Guardando al futuro, ciò che saremo in grado di rilevare con la tecnologia LIBS è in costante evoluzione. Jens Frydenvang parla della possibilità di misurare elementi anche minori, come il fluoro.
