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Dr. Margret Fuchs
Division of Exploration

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Laserinduzierte Fluoreszenz

Bei der Laserinduzierten Fluoreszenz-Spektroskopie (LIF) entsteht durch Anregung einer Probenberfläche mit einem Laser ein spezifisches Leuchten. Das auf diesem physikalischen Phänomen basierende spektroskopische Messerverfahren wird dazu genutzt, um Materialien beziehungsweise deren Bestandteile zu identifizieren. Das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie nutzt die LIF-Methodik als eine effiziente, nicht-destruktive Technologie, um Rohstoffe in natürlichen Gesteinen zu erkunden. Der Fokus liegt dabei auf den wirtschaftlich kritischen Metallen wie den Seltenen Erden, Vanadium, Chrom, Wolfram und Molybdän.


Laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie
Im optischen Charakterisierungslabor der TU Bergakademie Freiberg forschen Wissenschaftler vom Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie an einer neuen, laserbasierten Rohstofftechnologie.
Foto: HZDR/ Detlev Müller

Ziele

  • Erweiterung des Methodenspektrums in der Erkundung
  • Entwicklung einer optischen Charakterisierungsmethode für natürliche Materialien basierend auf ihren Lumineszenzeigenschaften

  • Einsatz der LIF-Methodik für die Erkundung, aber auch für andere Bereiche der Wertschöpfungskette, wie zum Beispiel bei der Prozesskontrolle in der Gewinnung, Aufbereitung oder dem Recycling

  • Zweidimensionale Kartierung von Proben, wie zum Beispiel Bohrkerne oder Handstücke
  • Entwicklung robuster Routinen zur Messung und Datenverarbeitung von Lumineszenzspektren sowie einer gerätetechnischen Umsetzung

Forschungsschwerpunkte

  • Messung von Standards aus verschiedenen Seltenerd-Verbindungen (Phosphate, Borate, Fluoride) zum Nachweis beziehungsweise zum Aufbau eines Katalogs der spezifischen Lumineszenzeigenschaften

  • Anwendung auf “natürliche” Proben wie Handstücke und Bohrkerne, die unterschiedliche Gehalte und Zusammensetzungen der Zielrohstoffe besitzen


Technologieentwicklung mit der TU Bergakademie Freiberg

Die Abteilung Erkundung am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie entwickelt die LIF-Methodik als Rohstofftechnologie in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik (IAP) an der TU Bergakademie Freiberg (TUBAF).

  • Abteilung Erkundung:
    • Bildgebung und -verarbeitung sowie Entwicklung von Signal-Auswerteroutinen zur Rohstoffidentifikation
    • Integration in die Palette spektroskopischer Methoden (Absorptionsspektroskopie, hyperspektrale Bildgebung in den Bereichen VNIR-SWIR-MWIR-LWIR)
  • Institut für Angewandte Physik:
    • Messungen der charakteristischen Lumineszenzen (z.B. Spektren, Abklingverhalten) im optischen Charakterisierungs-Labor am Institut für Angewandte Physik an der TUBAF
    • Bestimmung der physikalischen und technischen Parameter in Zusammenarbeit mit der IAP-Arbeitsgruppe für Lumineszenzspektroskopie


Fluoreszierendes Mineral unter dem Laser
Fluoreszierendes Mineral unter dem Laser
Foto: HZDR/ Detlev Müller

Funktionsweise

Für die LIF-Methode nutzt man das Licht (Photonen) bestimmter Wellenlängen, um die Oberfläche einer Probe zum Leuchten anzuregen. Als Anregungsquellen dienen Laser mit Wellenlängen im UV-Bereich (325 nm - 337 nm) und im Bereich des grünen Lichts (532 nm) sowie ein kontinuierlich durchstimmbarer Laser (< 500 - 2400 nm). Das charakteristische Lumineszenzpektrum, das dabei entsteht, wird mit CCD-Kameras (350 - 1700 nm) oder Photomultipliern detektiert.