Ativando novos negócios com LIBS portátil

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Nova ferramenta, novas oportunidades

A SciAps criou o primeiro LIBS portátil do mundo, principalmente para ajudar as indústrias de análise de metais a verificar de forma mais lucrativa o carbono e os equivalentes de carbono em locais de trabalho remotos ou acidentados. Mas não demorou muito para que pesquisadores de todo o mundo começassem a explorar uma série de diversas aplicações – muitas das quais são mencionadas no site do SciAps – abrindo a porta para um universo de novas oportunidades de negócios enraizadas na análise elementar. Como parceiro do programa SciAps Academic Loaner, o Dr. Richard Hark, um químico orgânico sintético de formação que agora trabalha como cientista conservacionista, adicionou com entusiasmo o instrumento às suas ferramentas de pesquisa. Aqui estão algumas das novas maneiras Dr. aplicou o LIBS portátil nos últimos anos.

Criação de uma biblioteca de amostras de minas em regiões de conflito

‍A fim de aproveitar o sucesso inicial que o Dr. Hark e seus colaboradores tiveram com o fornecimento de amostras geograficamente diversas de columbita-tantalita usando LIBS, ele reconheceu que seria necessário criar uma biblioteca bastante abrangente de minerais de locais verificados. Para adquirir as amostras necessárias, ele fez parceria com uma grande empresa de eletrônicos de consumo e também com colaboradores com experiência de trabalho em regiões de conflito. “O que você realmente precisa para obter uma resposta mais definitiva é que as pessoas poderiam argumentar que os minerais vieram de uma mina diferente. Além disso, é um cenário em mudança. A milícia pode controlar estas dez minas num mês e depois pode controlar mais minas seis meses mais tarde”, diz Hark. O envolvimento de Hark neste projecto dos EUA terminou quando o Tribunal do Circuito de Washington, D.C. decidiu que a exigência da cadeia de abastecimento da Lei Dodd-Frank violava a proibição contra o discurso forçado. No entanto, ele ainda acredita que o uso de LIBS portátil para identificar amostras exclusivas de minas individuais é uma forma promissora de contribuir para a resolução deste complexo problema geopolítico-económico.

‍Atribuição de caixas de munição gasta em áreas de combate

‍Embora existam várias empresas que fabricam munições não marcadas, Hark trabalhou com um grupo na identificação do fabricante dos cartuchos recolhidos numa área de conflito. Eram pessoas experientes que recolhiam cartuchos de cartuchos gastos após um tiroteio para obter provas não apenas de quem eram os combatentes, mas também de onde eles estavam conseguindo o kit necessário para processar seu conflito. “Então, olhamos para os chefes para lhes dar respostas”, diz Hark. Este foi um pequeno projeto piloto com o LIBS, mas esta aplicação única tem o potencial de fornecer respostas úteis sobre áreas em conflito.

‍Análise de lenha ajuda a encerrar um caso de assassinato

‍A análise de madeira utilizando LIBS é uma área nova e relativamente inexplorada. Um relatório com o qual o Dr. Hark estava familiarizado envolvia análise forense de madeira obtida na cena do crime onde um corpo foi queimado. Dr. Hark resumiu a análise em um capítulo de livro sobre aplicações forenses:

“A análise LIBS da madeira teve destaque em uma investigação de assassinato no condado de Collin, Texas, em 2004, na qual um suspeito tentou se livrar de um corpo queimando-o em uma pira feita de lenha. Dez toras foram recuperadas da cena do crime, juntamente com quatro toras que o suspeito trouxe para uma festa perto da hora do assassinato; todas as 14 toras foram parcialmente queimadas. … um pesquisador do Laboratório Nacional de Oak Ridge que estava usando LIBS para estudar madeira foi solicitado a analisar 11 das amostras. Os espectros de emissão foram obtidos para áreas queimadas e não queimadas de todas as 14 toras…. Os espectros LIBS para todas as amostras mostraram linhas correspondentes a C, N, Ca, Al, Fe, Ti, Si, Mg, Mn e Na e eram idênticos por inspeção visual. Significativamente, não houve diferença aparente entre a madeira não queimada e as toras carbonizadas. Os espectros completos foram usados ​​para realizar a análise de correlação e os pesquisadores relataram que estavam 99.999% confiantes de que os espectros dos logs eram idênticos. Eles concluíram que “para que tal nível de significância estatística seja alcançado, é altamente provável que os troncos tenham vindo da mesma árvore, ou pelo menos do mesmo grupo de árvores crescendo em uma localidade muito restrita”.

As provas nunca chegaram ao julgamento. “Provavelmente não teria sido sustentado no tribunal, mas aparentemente contribuiu para as provas que levaram a pessoa a confessar”, diz Hark.

‍Aplicações virtualmente ilimitadas para ciência forense

‍Com instrumentos SciAps projetados para analisar peças muito pequenas, o LIBS pode analisar muitos materiais em casos forenses, como vidro (fragmentos de janelas de edifícios, recipientes de bebidas, janelas de automóveis, faróis ou espelhos), tinta (lascas ou manchas), tinta e papel ( transações comerciais falsificadas, moeda falsa ou falsificações de arte), fibras têxteis (tipo, cor e tipo de corante usado), materiais biológicos (plantas, animais, ossos, dentes, cabelos, unhas) e materiais nucleares e radiológicos (pré-detonação e formas pós-detonação). O uso de LIBS portátil para fins forenses tem um potencial significativo para fornecer rápida identificação de materiais e classificação de evidências, com o benefício adicional de poder ser realizado em campo. Todas essas aplicações são discutidas no capítulo do Dr. Hark sobre Aplicações forenses de LIBS.

‍Expandindo a conservação em coleções públicas e privadas

‍Um projeto atual de artes decorativas no qual o Dr. Hark está trabalhando em Yale está tentando identificar mogno e aparências de mogno. “Esta é uma madeira que não é o verdadeiro mogno no sentido botânico, mas pode parecer mogno se estiver em uma peça de mobília, por exemplo”, diz Hark. Este aplicativo LIBS é importante para conservadores e curadores. Através da análise, eles esperam conhecer melhor seu acervo e as matérias-primas utilizadas na produção dos móveis. A capacidade de distinguir o mogno de outras madeiras semelhantes a ele, sem danificar peças altamente valiosas do século XVIII, é de grande utilidade para a Galeria de Arte da Universidade de Yale. LIBS oferece uma técnica de análise minimamente invasiva. “Poderia ser aplicado como uma ferramenta de triagem ou método presuntivo – não necessariamente totalmente confirmatório, mas frequentemente bom o suficiente. Esperamos responder questões de interesse da área de artes decorativas”, afirma Hark. Outra aplicação de artes decorativas para o LIBS foi identificar se uma peça de joalheria chinesa era dourada ou galvanizada ou uma liga de prata sólida. A maioria das análises de metais preciosos é realizada com XRF, mas o Dr. Hark não pôde usar XRF porque é uma ferramenta de análise em massa que não forneceria as informações necessárias sobre a superfície do objeto. “A capacidade estratigráfica do LIBS é algo que não podemos obter com o XRF”, diz Hark, então ele usou o LIBS. Ele escolheu uma área inócua e usou vários pulsos para determinar se as joias tinham um revestimento de prata.

‍Definindo o registro histórico

‍Dr. Hark também coletou conchas de várias praias ao redor do mundo para analisar sua assinatura química. “O processo de formação de plasma e emissão de luz LIBS é mais do que apenas química. Também se relaciona com propriedades físicas, como a dureza do material. Tudo isso é incluído em todo o espectro”, diz Hark. Esta informação poderia ser usada para tirar conclusões interessantes sobre conchas encontradas em escavações arqueológicas. Mas, como acontece com a maioria dos projetos como este, é uma questão de ter amostras suficientes para ter uma biblioteca robusta que represente adequadamente a variação que existe entre as localizações geográficas. Russel Harmon, geólogo e colaborador de longa data do LIBS, para desenvolver extensas coleções de amostras, incluindo obsidiana do oeste da América, rochas vulcânicas de todos os continentes e granadas de todo o mundo. . “Como químico que normalmente trabalha em laboratório, tenho aproveitado a oportunidade de sair e fazer algum trabalho de campo ocasionalmente”, disse Hark.Dr. Hark também analisou fragmentos de cerâmica da igreja de 1619 em Jamestown para identificar possíveis conexões entre a cerâmica e os colonos. “O arqueólogo de Jamestown agora tem uma unidade LIBS. O plano é que eu trabalhe com eles na elaboração de alguns projetos de pesquisa”, diz Hark. É possível identificar o que as pessoas jogaram nos poços e compará-lo com os registros bem mantidos durante prazos específicos em Jamestown. “É realmente fascinante voltar no tempo, em certo sentido, e olhar para um caco e considerar quem poderia ter feito a cerâmica ou quem comeu nos pratos e bebeu nos copos.” O tempo dirá se os arqueólogos encontrarão uma conexão entre a cerâmica e Pocahontas, John Rolfe ou o capitão John Smith.

Em qualquer setor que você possa imaginar, existe um aplicativo para LIBS portátil esperando para ser descoberto por uma empresa que deseja se expandir. “Quando me envolvi com o LIBS em 2003, nunca esperei que isso me levasse em tantas direções e levasse a vários projetos fascinantes com colaboradores excepcionais”, refletiu o Dr.