レーザー誘起分解分光法と誘導結合プラズマ/光発光分光法を用いたフラーの土の定量分析

Quantitative analysis of Fuller's earth using laser-induced breakdown spectroscopy and inductively coupled plasma/optical emission spectroscopy.

• I Rehan
• M Z Khan
• K Rehan
• S Sultana
• M U Rehman
• R Muhammad
• M Ikram
• H Anwar

抄録

フラーの土は、その様々な利用法の中で最も一般的にウルドゥー語でMultani Matti（粘土）として知られており、伝統的にスキンケア化粧品、特に黒ずみを除去し、脂性肌を治療するために使用されています。また、皮膚の顔色を改善するために使用されます。本論文では、レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)を効果的に用いて、その特殊な用途のための様々な粘土サンプルの定量的な調査を行った。LIBSスペクトルを最適なS/N比で得られるように、また、より堅牢で正確な分析を行うために、実際の試料での実験に先立ち、異なる実験パラメータ(レーザーエネルギー,ゲート遅延時間,ターゲットと集光レンズ間の距離)を最適化した。発光スペクトルを解析した結果、Al, Ca, Fe, Mg, Mn, Na, K, Li, S, Si, Znを含む多くの異なる元素が存在することが明らかになった。電子数密度とプラズマ温度は、それぞれスターク拡幅線プロファイル法とボルツマンプロット法を用いて決定した。観測された元素の相対濃度を決定するために、積分強度比法、全元素からの全線積分強度、キャリブレーションフリー(CF)-LIBSを用いた。実験実行中の局所的な熱力学的平衡状態の優勢を複数の基準で検証した。また、CF-LIBSで使用されているスペクトル線について、自己吸収現象の影響を調べたが、その影響は軽微であることがわかった。その結果、誘導結合プラズマ・光学発光分光法の結果とよく一致し、高い統計的相関係数が得られたことから、粘土試料の元素分析のための安全で信頼性の高いツールとしてのLIBSの意義が明らかになった。

Fuller's earth, most commonly known as Multani Matti (clay) in Urdu, among its various utilizations is traditionally used in skin care cosmetics, particularly for removing blackheads and to treat oily skin. It is also used for improving skin complexion. In this paper, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) was effectively employed for the quantitative investigation of various clay samples for their special uses. To get the LIBS spectra with an optimal signal-to-noise as well as for a more robust and accurate analytical investigation, different experimental parameters (laser energy, gate delay time, and the distance between target and focusing lens) were optimized before the experiments on actual samples. The analysis of emission spectra revealed the presence of many different elements, including Al, Ca, Fe, Mg, Mn, Na, K, Li, S, Si, and Zn. The electron number density and plasma temperatures were determined using the Stark broadened line profile and Boltzmann plot method, respectively. To determine the relative concentration of observed elements, we used an integrated intensity ratio method, integrated intensity of every line from all elements, and calibration free (CF)-LIBS. The prevailing condition of local thermodynamic equilibrium during the experimental executions was verified with multiple criteria. The spectral lines used in CF-LIBS were characterized for the influence from the self-absorption phenomenon, but the same was found insignificant. The findings of our LIBS system were found to agree excellently with the outcomes of the inductively coupled plasma/optical emission spectroscopy, thereby yielding a high statistical correlation factor and hence enlighten the significance of LIBS as a safe and reliable tool for elemental analysis of clay samples.