Исследовательская группа из Университета Малаги подтвердила использование системы для более точного обнаружения соединений в горных породах путем объединения различных типов данных, полученных с помощью одной и той же лазерной технологии, которая обеспечивает немедленную информацию из небольших образцов. Исследование проводилось в лаборатории, имитирующей атмосферные условия Земли и Марса.
Технология, используемая для улучшения определения атомного состава горных пород, известная как спектроскопия лазерного пробоя (LIBS), заключается в испускании светового луча, который преобразует состояние вещества из твердого в плазменное. Всего за одну миллионную долю секунды система фиксирует излучение элементов, входящих в состав образца.
В то же время, когда происходит изменение вещества, в результате детонации минерала возникает акустическая волна. Эксперты, участвовавшие в этом исследовании, объединили спектральную информацию и информацию, полученную при распространении звука, для получения более надежных данных. В статье «LIBS-Acoustic Mid-Level Fusion Scheme для дифференциации минералов в условиях земной и марсианской атмосферы», опубликованной в журнале Analytical Chemistry, эти эксперты подтверждают, что эта модель анализа материалов позволяет получить лучшее определение соединений за меньшее время и в масштабе анализа, приближающемся к аттограмме, т.е. количество массы, эквивалентное массе вируса.
По сравнению с результатами, полученными с помощью LIBS или акустического набора данных отдельно, результаты, предоставляемые новой системой, улучшают информацию с 90% и 77% соответственно до 92% для атмосферных условий Земли и с 85% и 81% до 89% для Марса.
Другими словами, новой системе удается улучшить результаты анализа за счет включения акустических данных лазерного вмешательства из очень маленького образца и в режиме реального времени. «Мы впервые демонстрируем, что акустическая волна, генерируемая лазером на образце, может быть использована для создания статистического дескриптора и улучшения способности LIBS к дифференциации горных пород», — говорит Хавьер Лазерна, исследователь из Университета Малаги и один из авторов статьи, сообщает Fundación Descubre..
Кухня фьюжн с библиотеками
LIBS широко используется научным сообществом для определения состава горных пород, минералов и почв в различных условиях благодаря своей высокой производительности, оперативности и надежности. Однако эксперты пошли еще дальше, одновременно оценив акустический отклик, создаваемый лазерно-индуцированной плазмой. Таким образом, они могут гораздо точнее идентифицировать геологические образцы.
В частности, исследователи выбрали две группы минералов: шесть, богатые железом, и шесть, богатые кальцием. Первоначальная гипотеза состояла в том, что элементный состав должен генерировать очень похожие спектры LIBS внутри каждой группы. Эти элементы в изобилии встречаются в Солнечной системе и были обнаружены как в метеоритах марсианского происхождения, так и в материалах, проанализированных на самой планете.
Кальций, в частности, является одним из основных компонентов в образовании горных пород, и его присутствие и расположение дают соответствующую информацию для изучения происхождения планет Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Процесс получения данных LIBS и акустических откликов достигается с помощью одного и того же теста, который заключается в нанесении лазера на образец. Однако информация, которую они дают, совершенно иная. В LIBS сигнал поступает в основном от атомов, которые прошли процесс фрагментации, распыления, ионизации и возбуждения. Другими словами, вещество превращается в плазму, а атомы становятся доступными для анализа. В случае акустической информации волна генерируется расширением плазмы в атмосфере. Таким образом, комбинация этих двух методов обеспечивает дополнительную информацию для извлечения новых данных, которые более четко идентифицируют различные элементы и их расположение.
Эта модель может представлять большой интерес для анализа материалов в сложных условиях, например, при проведении исследований в других атмосферах, таких как исследования Марса или на больших глубинах океана. Эксперты продолжают свои исследования по улучшению реализации этого метода в открытых средах, поскольку наличие эхо-сигналов или помех может изменить акустический сигнал и изменить значения. Они также планируют улучшить данные, полученные в атмосфере Марса, с помощью более чувствительных микрофонов. https://phys.org/news/