Antecedentes experimentais

Os meteoritos, que são rochas alienígenas que pousam na superfície da Terra e não meteoritos que queimam antes de chegarem à Terra, desempenharam um papel importante na evolução histórica da Terra. Existem muitas hipóteses sobre meteoritos, e alguns acreditam que a Lua foi formada por resíduos de um grande meteorito que colidiu com a Terra. Outros acreditam que a água que cobre a Terra foi trazida por meteoritos. Uma das alegações mais conhecidas é que o impacto de meteoritos causou a extinção do Cretácio-Paleoceno.

Há muitos mistérios nos meteoritos, e seus espécimes também são naturalmente procurados por historiadores, geólogos e amantes das coisas extraterrestres. No entanto, é difícil determinar se uma rocha é um meteorito real. Em geral, os indicadores básicos para identificar a categoria de rocha são: densidade, magnética e composição. No entanto, por exemplo, as rochas amorfosas em rochas terrestres, compostas principalmente de ferro, também são aproximadamente semelhantes aos meteoritos em aparência e composição. Portanto, precisamos de uma abordagem mais direcionada para identificar as categorias de rochas, a mais eficaz das quais é a utilização de espectroscopia de ruptura induzida por laser (LIBS).

A espectroscopia de ruptura induzida por laser (LIBS) é um espectro de emissão atômica que usa um laser de pulso como fonte de excitação. O pulso do laser se concentra na superfície do objeto medido, aumentando a densidade de potência do laser na superfície do material medido até um certo ponto. Com uma densidade de potência laser tão alta, alguns microgramas de substância são injetados na superfície do material medido, ao mesmo tempo que a superfície do material produz um plasma de curta vida útil, mas brilhante, com uma temperatura instantânea de até 10.000 graus Celsius. Durante o resfriamento, os átomos e íons em estado excitado retornam do estado de alta energia para o estado de baixa energia.Neste momento, os diferentes elementos emitem luz de seu comprimento de onda específico.O espectro é monitorado pelo espectrómetro e os picos representando os comprimentos de onda dos elementos podem ser observados diretamente no espectrograma.Assim, o LIBS tornou-se uma técnica espectral para identificar diferentes tipos de metais e componentes minerais.

Métodos experimentais

O objetivo deste experimento é identificar meteoritos e rochas terrestres em quatro amostras de rochas usando o LIBS.

O experimento contou com quatro amostras, duas das quais eram amostras de meteorito, um meteorito condrial comum H5 e um meteorito de níquel-ferro. As outras duas amostras são o óxido de ferro (FeO2) e o dióxido de titânio (TiO2).

No experimento, adotamos o padrão de fundo escuro de dedução de dados brutos da AvaSoft, o padrão Sd. O uso deste modo pode reduzir o ruído e melhor isolar e identificar picos de plasma. Definimos o tempo de integração para 10ms e o número médio de vezes para 1.

Configuração experimental

Este experimento (Figura 2) usou um novo Ava.SO mini espectrómetro pec-PCT4096CL é compacto, mais fácil de integrar em dispositivos de mesa e dispositivos portáteis e mais adequado para usuários OEM. Este espectrômetro tem uma configuração de 4096 imagens.Detectores CMOS primários com resolução de até 0,09 nm e níveis de luz dispersa de até 0,1%.

Outros acessórios usados ​​experimentalmente são os seguintes: DPSS duplo pulso Nd: YAG laser da Lumibird,Caixa de controle Quantel para fibra óptica curta personalizada, que sincroniza medições com laser e espectrómetro, modelo FX002725.

Resultados do experimento

A imagem abaixo mostra o espectro LIBS de cada amostra no modo Sd.

Figura 3: Espectro LIBS de amostras de meteorito condrial comum H5

Figura 4: Espectro LIBS de amostras de meteoritos de níquel e ferro

Figura 5: Espectro LIBS de amostras de óxido de ferro

Figura 6: Espectro LIBS de amostras de dióxido de titânio

Figura 7: Comparação espectral LIBS de amostras de meteorito de níquel-ferro (laranja) e óxido de ferro (vermelho)

Análise de resultados

Primeiro, vejamos três dessas amostras: o meteorito condrial comum H5, o meteorito de níquel-ferro e o óxido de ferro, que mostram um grupo de picos perto da faixa de comprimentos de onda de 230-265 nm (Figuras 3-5), indicando que contêm elementos de ferro.

As amostras de meteoritos de condritos ordinários H5 apresentaram picos perto de 280 nm e perto de 288 nm que o resto da amostra não tinha, ambos indicando que contém magnésio e silício, respectivamente, e as medições correspondem à composição do meteorito de condritos ordinários H5.

Em comparação com as amostras de meteoritos de níquel-ferro e óxido de ferro, as diferenças são pequenas (Figura 7). Mas um pico ligeiramente mais alto, cerca de 221 nm, pode ser observado em amostras de meteoritos de níquel-ferro, indicando que ele contém níquel.

As amostras de dióxido de titânio (Figura 6) tiveram picos menores na faixa de comprimentos de onda de 230-265 nm, indicando um menor teor de ferro. Seu pico principal está na faixa de comprimentos de onda de 300-340 nm, indicando que contém titânio.

Conclusões experimentais

Ao observar picos específicos de comprimento de onda de cada amostra no espectrograma usando a tecnologia LIBS, a composição elementar da amostra pode ser facilmente e intuitivamente determinada. O novo mini espectrómetro PACTO utilizado neste experimento é adaptado a uma ampla variedade de aplicações, é compacto, suporta vários protocolos de comunicação e é fácil de integrar em produtos e sistemas.