Mineraalien jäljitettävyystutkimus laajenee uuden, tarkemman analysointilaitteen avulla
Geologian tutkimuskeskus (GTK) on hankkinut uuden multikollektori-massaspektrometrin Espoon laboratorioonsa. Laitteella on mahdollista tutkia tarkemmin erilaisten materiaalien, kuten akkumineraalien jäljitettävyyttä, isotooppisuhteita analysoimalla. GTK:n tutkimuslaboratoriot vastaavat monipuolisesti malminetsinnän, mineraali- ja jatkojalostusteollisuuden sekä muiden geomateriaaleja hyödyntävien organisaatioiden tutkimustarpeisiin.
”Uusi multikollektori-massaspektrometri on erinomainen lisä laboratorioomme. Korkeatasoiset tutkimuslaitteistot yhdessä asiantuntevan henkilökunnan kanssa mahdollistavat uusien innovaatioiden syntyä mm. vihreään siirtymään. Ja tietenkin yhteistyö asiakkaiden ja tutkimuskumppanien kanssa on tärkeä osa yhtälöä”, sanoo Kiertotalouden ratkaisut -yksikön päällikkö Marja Lehtonen GTK:sta.
Multikollektori-massaspektrometri rahoitettiin työ- ja elinkeinoministeriön myöntämällä LTAE-rahoituksella. Thermo Fisher Scientificin toimittama laite on tyypiltään Neoma MS/MS.
Sovellettu mineralogia ja isotooppigeologia ovat avaintekijöitä kallioperän ja malmipotentiaalin tutkimuksessa sekä malmiesiintymien arvioinnin ja kehittämisen kaikissa vaiheissa. Mineralogisia ja isotooppigeologisia tutkimusmenetelmiä voidaan soveltaa laajalti muidenkin geologisten materiaalien ja raaka-aineiden karakterisointiin eli määrittelyyn.
Massaspektrometrialla voidaan erotella positiivisia tai negatiivisia ioneja niiden massojen perusteella ja mitata näiden määräsuhteet. Multikollektori-massaspektrometrillä analysoidaan eri alkuaineiden isotooppisuhteita. GTK:lla tutkitaan mm. rikki-, lyijy-, uraani-, hafnium-, strontium- ja neodyymi-isotooppeja.
”Ympäristö vaikuttaa mineraaleihin ja metalleihin, mutta isotooppisuhde säilyy prosessin läpi. Radiogeenisilla isotoopeilla suhde muuttuu vain radioaktiivisen hajoamisen kautta. Näitä suhteita tutkimalla voidaan selvittää mistä mineraali on tullut ja minkä ikäinen se on. Samaan tyyliin kuin veden tai ruoan alkuperää selvitetään, jolloin isotooppisuhde kertoo, missä vesi on kulkenut tai esim. minkä alueen heinää lammas on syönyt”, kertoo tutkija Minna Myllyperkiö.
Laite on tarkka ja nopeuttaa käsittelyä
Multikollektori-massaspektrometri nopeuttaa parhaimmillaan näytteen tutkimista usealla päivällä, sillä näytettä ei välttämättä tarvitse muuttaa nestemäiseen muotoon, vaan voidaan tutkia suoraan kiinteää näytettä. Törmäyskammiossa voidaan korvata kemiallinen esikäsittely tuottamalla ionisoidusta näytteestä kaasujen avulla raskaampia molekyylejä, jolloin eri alkuaineiden päällekkäiset massat saadaan erilleen. Laite on kymmenen kertaa tarkempi kuin GTK:n aiempi vastaava laitteisto. Tarkkuutta tuo lisäksi se, että laite pystyy tekemään monta toisiaan täydentävää tutkimusvaihetta peräkkäin kontrolloiduissa oloissa.
Kivestä tehdään kiillotettu näyte, joko ohuthie tai epoksinappi. Näyte laitetaan ensin laseriin, joka irrottaa materiaalia näytteen pinnasta. Materiaali johdetaan massaspektrometrin plasmasoihtuun. Plasma on 10 000-asteinen liekki, jossa aine ionisoituu. Ionisoinnin jälkeen aine kiihdytetään sähkökentässä, minkä jälkeen se siirtyy esisuodattimeen, jolla voidaan erotella tarkemmin, mitä haluamme tutkia eli mitkä ionit jatkavat matkaa. Esim. strontium esiintyy luonnossa massoilla 84-88. Esisuodattimella voidaan rajata näitä selvästi kevyemmät ja raskaammat ionit pois näytevirrasta. Esisuodatin poistaa myös plasman argon-ionit, jolloin analysoitavien ionien osuus kasvaa.
Sen jälkeen ionit siirtyvät törmäyskammioon, jossa niiden annetaan reagoida kaasujen kanssa, jotta saadaan poistettua eri alkuaineiden samanpainoisista ioneista ne, joita ei tutkita. Seuraavana on vuorossa massamagneetti, jossa ionit erotellaan massan perusteella ja saadaan vain toivotut ionit valikoitua. Nämä siirtyvät multikollektoriin, jossa niiden suhteelliset määrät voidaan mitata.
Törmäyskammion ansiosta GTK pystyy laajentamaan mitattavien isotooppisysteemien valikoimaa, esim. rubidium-strontium ja kalium-kalsium-analyysit kiinteistä näytteistä tulevat uuden laitteen myötä mahdollisiksi. Muitakin isotooppisysteemejä on mahdollista kokeilla asiakkaiden tarpeisiin.
Lisätiedot
Marja Lehtonen, yksikön päällikkö
marja.lehtonen@gtk.fi
Puh. 029 503 2183
Heli Lallukka, laboratoriopäällikkö
heli.lallukka@gtk.fi
Puh. 029 503 0197
