Jak działa spektroskopia laserowa. Proces i zalety
LIBS wykorzystuje wysokoenergetyczny laser, który podgrzewa fragment rdzenia wiertniczego do stanu plazmy. Gdy rozgrzana materia ochładza się, emituje światło o unikalnych długościach fal – swoisty spektralny „odcisk palca” pierwiastków. Ta metoda eliminuje żmudne procedury: zamiast wybierać próbki co 20 metrów i czekać 2-3 miesiące na wyniki z laboratorium, geolodzy otrzymują dane natychmiast. Co istotne, LIBS pozostaje jedynym przenośnym rozwiązaniem umożliwiającym bezpośrednie wykrycie litu w terenie.
Zalety i ograniczenia technologii LIBS
Główną przewagą LIBS nad metodami takimi jak skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) jest prędkość działania. Podczas gdy SEM wymaga tygodni analiz, laser dostarcza wyników w locie. Dodatkowo nie potrzebuje specjalnie przygotowanych próbek – oszczędność przekraczająca 1000 dolarów to niebagatelny argument. Najważniejsza jednak jest zdolność do wykrywania lekkich pierwiastków, niewidocznych dla spektrometrów wykorzystujących fluorescencję rentgenowską (XRF), choć nie brak też kompromisów – precyzja LIBS nie dorównuje laboratoryjnnym badaniom z użyciem SEM, a interpretacja danych bywa bardziej skomplikowana niż w przypadku XRF. To cena za mobilność i szybkość.
Czytaj też: ETH Zurich łamie zasady. Kwantowa lewitacja w temperaturze pokojowej
Praktyczne zastosowania. Od kopalni do kosmosu
W australijskich kopalniach, gdzie z ciężarówki materiału skalnego po przetworzeniu pozyskuje się minerały mieszczące się w objętości piłki golfowej, wykrywanie szkodliwych domieszek ma kluczowe znaczenie. LIBS dostarcza danych w czasie rzeczywistym, pozwalając metalurgom korygować procesy przetwórcze i minimalizować ryzyko błędów. Efekt? Mniej odwiertów, większa efektywność. Warto dodać, że tylko w 2024 roku w Australii zebrano około 10 milionów metrów rdzeni wiertniczych.
Technologia występuje w różnych formach – od urządzeń typowo ręcznych po sprzęt nieco większy, wielkości drukarki. Jej uniwersalność potwierdza wykorzystanie spektrometrów LIBS przez NASA w łazikach marsjańskich, choć na Ziemi wciąż istnieją wyzwania – próby umieszczenia instrumentów pomiarowych bezpośrednio w odwiercie napotykają problemy, wynikające choćby z wpływu wód gruntowych na dokładność pomiarów.
Perspektywy rozwoju. Uczenie maszynowe i nie tylko
CSIRO pracuje nad wzmocnieniem impulsów laserowych w systemach nowej generacji, co ma zwiększyć szczegółowość analiz – początkowo w urządzeniach laboratoryjnych, ale plany zakładają późniejsze przystosowanie tych rozwiązań do warunków kopalnianych. Równolegle trwają prace nad usprawnieniem analiz dzięki bibliotece danych opartej na uczeniu maszynowym. Referencyjna baza danych budowana jest na bazie ponad 25 tysięcy rdzeni, pozyskanych z pól złotonośnych Yilgarn i ze złóż litu.
Takie narzędzie może ustandaryzować stosowanie LIBS w przemyśle. Rozważane są podobne projekty z innymi kopalniami, co pozwoliłoby stworzyć kompleksowy system walidacji wyników.
Znaczenie dla przemysłu
Dla Australii – lidera w produkcji minerałów – rozwój technologii LIBS oferuje znaczne korzyści. Choć nie rozwiąże wszystkich problemów, stanowi istotny krok w poszukiwaniu surowców krytycznych, zwłaszcza przy rosnącym zapotrzebowaniu na lit. Wdrożenie w laboratoriach kopalnianych wydaje się naturalnym następnym etapem, o ile uda się przezwyciężyć obecne ograniczenia.