Forskningen i spårbarhet av mineraler utvidgas med hjälp av ett nytt, noggrannare analytiskt instrument
Geologiska forskningscentralen (GTK) har skaffat en ny multikollektor-masspektrometer till sitt laboratorium i Esbo. Med instrumentet är det möjligt att närmare undersöka spårbarheten av olika material, såsom batterimineraler, genom att analysera isotopförhållandena. GTK:s forskningslaboratorier svarar mångsidigt på forskningsbehoven inom malmletning, mineral- och förädlingsindustrin samt andra organisationer som utnyttjar geomaterial.
”Den nya multikollektor-masspektrometern är ett utmärkt tillägg till vårt laboratorium. Högklassig forskningsutrustning tillsammans med sakkunnig personal gör det möjligt att skapa nya innovationer bland annat för den gröna omställningen. Och naturligtvis är samarbetet med kunder och forskningspartner en viktig del av ekvationen”, säger Marja Lehtonen, chef för enheten Lösningar för cirkulär ekonomi vid GTK.
Multikollektor-masspektrometern finansierades med tilläggsfinansiering från arbets- och näringsministeriet. Multikollektor-masspektrometern från Thermo Fisher Scientific är av typen Neoma MS/MS.
Tillämpad mineralogi och isotopgeologi är nyckelfaktorer vid undersökningen av berggrunden och malmpotentialen samt i alla skeden av bedömningen och utvecklingen av malmförekomster. Mineralogiska och isotopgeologiska forskningsmetoder kan i stor utsträckning också tillämpas på karaktärisering, dvs. definition, av andra geologiska material och råvaror.
Med masspektrometri kan man urskilja positiva eller negativa joner på basis av deras massor och mäta deras mängdförhållanden. Med multikollektor-masspektrometern analyseras isotopförhållandena mellan olika grundämnen. På GTK undersöks bl.a. svavel-, bly-, uran-, hafnium-, strontium- och neodymisotoper.
”Miljön påverkar mineraler och metaller, men isotopförhållandet bevaras genom processen. För radiogena isotoper förändras förhållandet endast genom radioaktiv nedbrytning. Genom att undersöka dessa förhållanden kan man utreda varifrån mineralen har kommit och hur gammal den är.
På samma sätt som man utreder vattnets eller matens ursprung, där isotopförhållandet berättar var vattnet har rört sig eller t.ex. på vilket område fåret har ätit hö”, berättar forskare Minna Myllyperkiö.
Instrumentet är noggrant och påskyndar behandlingen
Multikollektor-masspektrometern påskyndar i bästa fall undersökningen av provet med flera dagar, eftersom provet inte nödvändigtvis behöver omvandlas till flytande form, utan man kan undersöka ett fast prov direkt. I kollisionskammaren kan man ersätta den kemiska förbehandlingen genom att producera tyngre molekyler av det joniserande provet med hjälp av gaser, vilket gör att de överlappande massorna av olika grundämnen separeras. Instrumentet är tio gånger noggrannare än GTK:s tidigare motsvarande utrustning. Dessutom ökar noggrannheten då instrumentet kan utföra många undersökningsskeden som kompletterar varandra i följd under kontrollerade förhållanden.
Av stenen görs ett polerat prov, antingen tunnslip eller epoxipuck. Provet placeras först i en laser som lösgör material från provets yta. Materialet leds till masspektrometerns plasmabloss. Plasma är en 10 000 graders låga där ämnet joniseras. Efter joniseringen accelereras ämnet i ett elektriskt fält, varefter det överförs till ett förfilter för att vi noggrannare ska kunna urskilja vad vi vill undersöka, dvs. vilka joner som fortsätter färden. T.ex. strontium förekommer i naturen med massorna 84–88. Med förfiltret kan man avgränsa klart lättare och tyngre joner från provflödet. Förfiltret avlägsnar också plasmans argon-joner, vilket gör att det joniska portion som analyseras ökar.
Därefter förflyttas jonerna till en kollisionskammare där de får reagera med gaser för att avlägsna interferensen från joner med samma vikt i olika grundämnen. Nästa steg är en massmagnet där jonerna separeras utifrån massan och vi kan välja ut endast de önskade jonerna. Dessa överförs till en multikollektor där man kan mäta deras relativa antal.
Tack vare kollisionskammaren kan GTK utvidga urvalet av mätbara isotopsystem, t.ex. rubidium-strontium och kalium-kalciumanalyser av fasta prover blir möjliga med den nya anordningen. Det är också möjligt att pröva andra isotopsystem för kundernas behov.
Mer information
Forskningslaboratoriets websida
Marja Lehtonen, chef för enheten Lösningar för cirkulär ekonomi
marja.lehtonen@gtk.fi
Tel. +358 (0)29 503 2183
Heli Lallukka, laboratoriechef
heli.lallukka@gtk.fi
Tel. +358 (0)29 503 0197
