Imagina un gran frasco de vidrio lleno de dulces una colorida mezcla de gominolas. Quieres saber qué tan raros son tus verdes favoritos. Específicamente, desea saber el número de verdes en relación con el número de gramos de toda la mezcla. Si saca un puñado del frasco y cuenta meticulosamente la cantidad de gominolas verdes, ¡no sabes qué fracción del total de dulces eliminaste! No sabes el peso total de los dulces sans jar, o el peso que quitó para el conteo de frijoles. Los químicos que analizan los átomos de metales traza en una muestra sólida se enfrentan precisamente a este problema. Usando una técnica conocida como espectrometría de masas por ablación láser, pueden contar los átomos extraídos de la muestra sólida, pero no saben qué cantidad de muestra se extrajo y se midió, o cómo se relaciona con la masa total de la muestra.

El Dr. Jay Grate del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) y el Dr. Rick Russo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley dirigieron un equipo para resolver el problema. Utilizaron una técnica innovadora de sales fundidas para procesar una muestra y agregar átomos trazadores. En la analogía del tarro de dulces, han encontrado una manera de agregar frijoles de colores únicos (los frijoles trazadores) en una proporción precisa a la muestra original, y mezclar uniformemente estos nuevos frijoles. La proporción de los frijoles nuevos a los frijoles de jalea verdes, determinado contando una muestra, ayuda a comprender cómo el número de judías verdes contadas se relaciona con la mezcla total, siempre que los frijoles nuevos (trazadores) se mezclen uniformemente.

¿Cómo se distribuyen los átomos de metal en el medio ambiente? ¿Son valiosos los minerales de una mina? ¿Hay materiales nucleares en una muestra? El átomo metálico o el contenido isotópico de las muestras es esencial para que los geólogos comprendan los procesos terrestres, mineros ensayando minerales, y expertos en seguridad que buscan materiales nucleares como el uranio. Todos estos expertos requieren información precisa y la quieren rápido. Generalmente, Estos análisis requieren procesos prolongados que utilizan ácidos líquidos calientes. La espectrometría de masas por ablación láser (LA / MS) puede muestrear sólidos directamente sin disolución. Sin embargo, LA / MS ha tenido dificultades para obtener información cuantitativa sobre la cantidad de átomos de metal en un gramo de muestra.

"Este trabajo rompe las barreras tradicionales en las técnicas de análisis basadas en ablación láser, "dijo Grate, químico investigador con experiencia en análisis de materiales. "La precisión mejoró en más de dos órdenes de magnitud".

La técnica LA / MS del equipo ofrece análisis preciso. La característica principal de la técnica es la transformación de una muestra sólida de composición desconocida en una nueva muestra sólida que contiene una cantidad conocida de trazador. utilizando una técnica de sal fundida con bifluoruro de amonio.

Los científicos combinaron muestras sólidas, trazador, y polvo de bifluoruro de amonio en pequeñas, Vial de fluoropolímero con tapón de rosca. Calentaron estos viales que contenían polvo en un horno a 230 ° C, donde el bifluoruro de amonio se funde pero no hierve. Los enlaces de la matriz mineral de muestra original se rompen químicamente para liberar los átomos existentes, y, además, los átomos trazadores se distribuyen uniformemente en el material fundido.

La presencia de cantidades conocidas de átomos trazadores por masa de muestra permite a los científicos "contar" eficazmente el número de átomos de otros isótopos o elementos en la muestra. Pueden determinar los átomos por masa de muestra, utilizando la relación de átomos encontrados a átomos trazadores conocidos

Cuando se enfría, el sólido transformado es adecuado para muestreo directo rápido y análisis por LA / MS.

El desarrollo de la técnica fue un esfuerzo sinérgico. Grate y Russo habían estado hablando de combinar la experiencia de Grate en análisis nuclear y preparación de muestras con la experiencia de Russo en ablación láser. Cuando el Departamento de Energía emitió el desafío de hacer algo original para romper las limitaciones existentes en LA / MS, Grate y Russo se unieron al Dr. David Koppenaal, PNNL / EMSL, al proponer un nuevo enfoque.

El equipo ahora está ampliando el trabajo al análisis de elementos múltiples con más trazadores y láseres de femtosegundos más rápidos. Al permitir la cuantificación, LA / MS puede desempeñar un papel mucho más importante en el análisis de muestras con la ventaja de unos tiempos de análisis rápidos.