Kosmos, seriale i analiza składu pierwiastkowego
2016-07-29 Dr Patryk Bielecki
Zjawisko miniaturyzacji i „odchudzania” sprzętu elektronicznego przy jednoczesnym wzroście jego wydajności i funkcjonalności, nie dotyczy wyłącznie telefonów komórkowych i innej domowej elektroniki. Bardzo podobny proces zachodzi w przypadku laboratoryjnej aparatury pomiarowej. W dużej mierze wpływ na ten rozwój miał (i ma) podbój kosmosu. Na przykład dzięki niewielkiej, lekkiej i energooszczędnej aparaturze możemy badać skład pyłu kosmicznego bez potrzeby oczekiwania na powrót sondy z próbkami.
Analiza odbywa się zdalnie, a wyniki trafiają na ziemię za pośrednictwem fal radiowych. Bez tego postępu poznanie składu powierzchni planet Układu Słonecznego oraz ich księżyców byłoby zupełnie niemożliwe. Ponadto dużo taniej jest przygotować sondę do podróży w jedną stronę niż wyposażać ją w paliwo i silniki konieczne do powrotu (w tym uniesienia wielu kilogramów próbek).
Pierwsze, komercyjnie dostępne urządzenie służące do badania składu chemicznego ciał stałych w sposób nieniszczący (mam tutaj na myśli spektrometr fluorescencji rentgenowskiej – XRF) zostało wyprodukowane w latach 50-tych ubiegłego wieku i miało rozmiar sporej szafy. Dzisiejsze spektrometry działające na podobnej zasadzie mieszczą się w dłoni i ważą razem z baterią poniżej 2 kg. Urządzenia tego typu zostały zaprojektowane do wykonania szybkiej analizy składu chemicznego (pierwiastki od magnezu do uranu) dowolnych ciał stałych, w tym stopów metali i materiałów geologicznych. Przenośne spektrometry XRF są używane w przemyśle do kontroli jakości surowców, produktów, a także części zamiennych. Wielokrotnie w swojej pracy spotkałem się z sytuacją, kiedy przyczyną szybszego zużywania się części zamiennych były zafałszowania składu chemicznego stopu. Oczywiście wszelkie rozbieżności dało się szybko i łatwo wykryć przy pomocy przenośnego spektrometru XRF.
Konstruktorzy spektrometrów zadbali również o to aby proces pomiaru odbywał się praktycznie bez udziału użytkownika. Wystarczy przyłożyć urządzenie do badanej powierzchni i nacisnąć przycisk, a wynik pomiaru zostaje po kilkudziesięciu sekundach zaprezentowany na ekranie w postaci tabeli zawierającej określony pierwiastek i jego stężenie. Dzięki temu badanie składu chemicznego może przypominać sceny z serialu „CSI: Kryminalne Zagadki Las Vegas”, gdzie wiele analiz chemicznych polega na umieszczeniu próbki w komorze i wciśnięciu jednego przycisku. W rzeczywistości sam pomiar może wydawać się prosty, jednak ciągłe uzyskiwanie prawidłowych wyników i utrzymanie aparatu w pełnej sprawności wymaga wielu zabiegów, zaczynając od okresowych kontroli wskazań za pomocą certyfikowanych materiałów odniesienia, poprzez prawidłowy wybór metod i aplikacji, kończąc na odpowiednim przygotowaniu próbki do badań oraz obróbce surowych danych pomiarowych. Większość z tych procesów wymaga od użytkownika znajomości zasad analizy chemicznej oraz doświadczenia w pracy z techniką XRF.
Nowoczesne, przenośne spektrometry fluorescencji rentgenowskiej są doskonałym narzędziem do badania składu chemicznego stopów metali, odpadów, próbek pochodzenia geologicznego oraz wielu innych materiałów, jednak tylko w rękach doświadczonego analityka.
