Optiline lähenemine pakub kiiremaid, odavamaid meetodeid süsiniku saamiseks

Optiline Enterprises - Commercial Expertise, Strong Family Values (Mai 2019).

Anonim

Itaalia Istituto Nazionale di Ottica (INO) teadlased Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) näitasid uut kompaktset spektroskoopilist vahendit, mis pakub ülitundlikku optilist meetodit radioaktiivse süsinikdioksiidi kontsentratsiooni kindlakstegemiseks, mida saab kasutada süsiniku kuupäeva fossiilide ja arheoloogiliste esemeid.

Mõõteriist, mis kasutab uut lähenemist nn küllastunud neeldumissüvendi süvendit (SCAR), kirjeldatakse optiliste ülikoolide ajakirjas Impact Impact Research, optica. SCAR pakub märkimisväärset aja- ja kulude kokkuhoidu võrreldes süsinikdioksiidi kogumise tavapärase lähenemisviisiga ja võib olla kasulik paljude muude rakenduste jaoks, nagu näiteks fossiilkütuste heidete mõõtmine või biokütuste biogeense sisalduse suuruse kinnitamine.

Kiirem, odavam süsiniku tutvustus

Praegused süsinikuahenduste protsessid nõuavad teadlastel proovide saatmist suurele rajatisele koos kiirendus mass-spektromeetriga ja seejärel oodata mitut nädalat tulemuste saamiseks tagasi. Kiirendaja massispektromeetria abil mõõdetakse proovis sisalduva süsiniku-14 või radiokarbonaadi kogust, mida saab selle vanuse arvutamiseks kasutada. Maailmas on selle seadme jaoks vaid umbes 100 rajatist.

"Kiirendaja massispektroskoopiat saab kasutada süsiniku kuupäevaks luude, puidu, riide või muu bioloogilise päritolu kohta, täpsustades selle vanust kuni 50 000 aastat tagasi, " ütles uurimismeeskonna liige Iacopo Galli. "Uue tehnika abil saame teha midagi sarnast, kuid odavamalt ja kiiremini, et tulemusi saada."

Teadlased teatavad, et nende SCAR-i vahend saab tuvastada radioaktiivse süsinikdioksiidi kontsentratsiooni täpsusega 0, 4 protsenti, mis on ligikaudu 0, 2 protsendi täpsus parimad kiirendaja mass-spektromeetrid. Uus tehnoloogia võib anda tulemusi vaid kahe tunni jooksul, kusjuures iga katse maksab umbes poole võrra, kui seda tehakse kiirendaja mass-spektromeetri abil.

Teadlaste hinnangul on SCAR-i vahend umbes 100 korda väiksem ja 10 korda odavam kui kiirendusmassi spektromeetria jaoks vajalik instrumentatsioon. Selle mõõtmed ja maksumus võivad veelgi väheneda, kui instrument teisendatakse praegusest tabelist versioonilt rohkem kaasaskantavale kommertsprototüübile.

"Kaasaskantava instrumendiga võib otsesed mõõtmised viia läbi kohapeal, tulemused tagastatakse väga lühikese aja jooksul, " ütles Galli. "See võib muuta pöördumatu lähenemisviisi, mida arheoloogid süsiniku saamiseks kasutavad, kuna nad ei peaks lastele tundlikke näiteid saatma ja ootama nädalaid tulemuseks."

Keskkonna parandamine

Uurimisrühm uurib ka mitut keskkonnaga seotud rakendust. Näiteks võib süsinikdioksiidi kontsentratsiooni mõõtmisi kasutada süsinikdioksiidi eristamiseks fossiilkütuste põletamisel teistest süsinikdioksiidi allikatest atmosfääris.

"SCAR-i instrumente võib paigaldada kohalikesse rajatistesse kogu piirkonna ulatuses, et samal ajal võtta mõõtmisi erinevates kohtades, et määrata kõige olulisemad saasteallikad, " ütles teadlaskonna liikmeks olev Davide Mazzotti. Hiljuti teatati detsembris 2015 Ühinenud Rahvaste Organisatsiooni kliimamuutuste konverentsil süsinikdioksiidi hinnakujundust toetava algatuse kohta, mis viitab sellele, et nõudlus täpse kohaliku saaste jälgimise tehnoloogia järele võib tulevikus suureneda. Selline seade võib pakkuda võimalust seostada rahalisi kulusid või maksu reostusega.

"Oleme välja töötanud väga üldise spektroskoopilise tehnika ja näitasime, et seda saab kasutada radiokarbonaadi dioksiidi tuvastamiseks, " ütles teadlaskonna liige Giovanni Giusfredi. "Põhimõtteliselt võime kasutada meie seadet mitmete teiste molekulide nagu metaani, lämmastikoksiidi ja muude kasvuhoonegaaside või riikliku julgeoleku või kohtuekspertiisi jaoks huvipakkuvate kemikaalide avastamiseks."

Kuidas see töötab

SCAR-seade tuvastab radioaktiivsete süsivesinike tasemed, mõõtes, kuidas laserkiir interakteerub süsinikdioksiidiga, mis tekib konkreetse proovi põletamisel. Analüüsiks pannakse põletatud proovi süsinikdioksiid instrumendi vaakumõõtmiskambrisse. Seal on 4.5-mikronise kvantekaaslaadiga kiirgatud valguskiirus - ideaalne lainepikkus tundliku gaaside tuvastamiseks -, mis interakteerub süsinikdioksiidiga 1-meetrilise pikkusega optilises õõnes, mille peal on igat otsa peegeldav peegel.

Kuna valgus peegelpeade vahel korduvalt põrkub, õõnsuses olevad radioaktiivsed süsiniku molekulid absorbeerivad mõnda valgust. Algse intensiivsusega lagunemise vältimiseks kulunud aja pikkust kasutatakse raputusrassi kontsentratsiooni arvutamiseks õõnsuses olevasse gaasisegusse. Väga peegeldavad peeglid loovad efektiivse tee, mis on pikem kui 5 kilomeetrit valguse ja gaasi proovi vastastikmõjude jaoks. Isegi kui ühekordse imendumisega on väike, tagavad tuhanded läbikäigud küllaldase imendumise, et avastada isegi radiokarbonaadi jälgi.

"Kuigi see instrument on suhteliselt lihtne, on meie süsteemis saavutatud tulemuslikkus paljude aastate jooksul erinevate optiliste komponentide füüsika õppimise tulemusena, " ütles Giusfredi. "Meie fraktsioon tegi koostööd teiste Ameerika Ühendriikide, Jaapani ja Šveitsi uurimisrühmadega teoreetilise analüüsi ja kvantkaaskaadlaadrite uurimiseks."

Teadlased jätkavad oma instrumendi täiustamist ja uute rakenduste uurimist. Üks järgmistest sammudest on erinevate valdkondade, näiteks arheoloogiliste artefaktide ja biokütuste jaoks oluliste näidiste SCAR-analüüsi läbiviimine ja otseselt võrrelda neid mõõtmisi samade proovide kiirendaja massispektromeetriaga.

menu
menu