spektroskooppiset menetelmät kiviaineksen laadun tutkimisessa .spektroskopia • tutkitaan aineen

Download Spektroskooppiset menetelmät kiviaineksen laadun tutkimisessa .Spektroskopia • Tutkitaan aineen

Post on 01-Mar-2019

212 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Spektroskooppiset menetelmt kiviaineksen laadun tutkimisessa

Lasse Kangas Aalto-yliopisto Yhdyskunta- ja ympristtekniikka

Kalliokiviaineksen tunnistaminen ja luokittelu

Tmhn on

priimaa! Nykymenetelmt

Hitaita (pivi, viikkoja)

Asiantuntijoiden tekem

kentttyt ja laboratorio

analyyseja

Mr minimoitava

kustannussyist

Arvokasta kiviainesta (kovaa

kive) saatetaan hukata

rakentamisen tai louhinnan

yhteydess

Spektroskopia

Tutkitaan aineen ja shkmagneettisen steilyn vuorovaikutusta

Saatu tieto esitetn yleens spektrin avulla

Eri menetelmi on runsaasti (Raman, LIBS, XPS)

Kytetty menetelm valitaan sen mukaan mit halutaan tutkia

(Atomeita, molekyylej, kiteit..) ja miss olomuodossa ja

ympristss kohde sijaitsee

Useiden menetelmien avulla on mahdollista selvitt kohteen

spektrinen sormenjlki

Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

10.11.2015

4

Laserpulssin avulla irrotetaan erittin pieni mr ainetta tutkittavalta

pinnalta.

Irronnut aine on yli 10000C:ista plasmaa.

Virittyneiden atomien ja ionien palatessa perustilaan ne emittoivat

fotoneita, joiden aallonpituus ja intensiteetti paljastavat tutkittavan

kohteen alkuainekoostumuksen.

Rehse. S. J. 2015. What is LIBS? CHESNER, W.H. and MCMILLAN, N.J., 2012. IDEA 150

LIBS - Highway IDEA Project 150

10.11.2015

5

Chesner Engineering & New Mexico State University

Tutkittiin onko LIBS:n avulla mahdollista selvitt kiviaineksen

laatuparametreja tai identifioida louhoksia.

Tutkittuja parametreja oli mm. jdytys-sulatuskestvyys, happoon

liukenemattoman rediduaalin mr karbonaateissa (AIR) ja louhosten

identifiointi.

Analyyseiss kytettiin: PCA (Principal Components Analysis) & PLS

(Partial Least Squares Regression)

Jdytys-sulatuskestvyys: (hyvksytty/hyltty) 100%

AIR: 1-2% tarkkuudella laboratorioarvoista

Louhosten identifiointi: (16 eri louhosta) 100%

LIBS Heikkoudet ja vahvuudet

10.11.2015

6

Nopea ja edullinen

Antaa kvalitatiivista (aallonpituus) ja kvantitatiivista (intensiteetti) tietoa

Pienikokoinen laitteisto

Lhes tuhoamaton menetelm

Tunnistaa mys kevyet alkuaineet: vety, natrium, hiili,

litium, beryllium, boori, yms.

Mahdollistaa syvyysprofiloinnin

Heikkouksina ns. matriisiefekti ja mittausten toistettavuus

SciAps Z - High Performance, Handheld LIBS Analyzer

Raman-spektroskopia

10.11.2015

7

Perustuu valon epelastiseen sirontaan (Raman-sirontaan)

Sironneen fotonin aallonpituus on suurempi tai pienempi kuin

saapuneen

Alkuperinen monokromaattinen steily (laser) suodatetaan pois ja

tutkitaan Raman-siirtym

Tapahtunut siirtym on suhteessa aineen molekyylikoostumukseen

Erittin heikko ilmi (P 106)

RRUFF Raman spectra database

Raman-spektrin ominaisuudet

10.11.2015

8

Raman Heikkoudet ja vahvuudet Nopea

Pienikokoinen laitteisto

Tysin tuhoamaton menetelm

Toimii nesteiss kaasuissa ja kiinteiss

Mahdollistaa kvantitatiiviset tutkimukset

Erottaa eri yhdisteet, vaikka koostuisivat samoista

alkuaineista

Heikko ilmi

Fluoresenssi voi peitt alleen

Ei voida tutkia puhtaita metalleja tai metalliseoksia

10.11.2015

9

DeltaNu RockHound Raman spectrometer

Hyperspektrikuvantaminen

Hyperspektrikuvantamisella tarkoitetaan informaation kermist ja prosessointia

nkyv valoa laajemmalta shkmagneettisen spektrin alueelta.

Mineraalien tutkimisessa kytetyt aallonpituudet asettuvat yleens alueelle VIS/SWIR

(4002500 nm).

Perustuu tutkittavan kohteen kykyyn absorboida tiettyj aallonpituuksia

Tst johtuvat heijastusspektriss nkyvt

kullekin aineelle ominaiset absoptiokaistat.

Absorptioprosessit jaetaan: elektronisiin sek

rotaatio- ja vrhtelyprosesseihin

Voidaan suorittaa joka aktiivisena tai passiivisena

10.11.2015

10

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Heijasta

vu

us

Aallonpituus (m)

Oliviini

Hyperspektrikuvantaminen Testattiin Geodeettisen laitoksen hyperspektrist superjatkumo-lidaria kiviainesten

tutkimiseen.

Nyttein rakennuskivi, joista osasta oli mitattu taivutusmurtolujuus.

Nytteist suurin osa erilaisia graniitteja

Tarkoituksen tunnistaa eri kivilajit niiden spektrin avulla ja lyt mahdollinen yhteys

heijastusspektrin ja taivutusmurtolujuuden vlill

Rajoittavana tekijn tutkittujen kanavien rajallinen mr (8) ja diskreettisyys

10.11.2015

11

16,5 Mpa 7,8 Mpa 2,5 Mpa Lappia Blue

Kuru Grey

Heikkoudet ja vahvuudet

Voidaan suorittaa lentokoneista, satelliiteista tai maasta

Voidaan kattaa suuria alueita kerrallaan

Kuvantaminen on nopeaa

Jokaisella mineraalilla on oma spektrinen sormenjlki

Referenssikirjastoja on saatavilla

Hyperspektrinen on-line monitorointi on mahdollista

Herkk valaistuksen muutoksille (passiivinen kuvantaminen)

Saatu tietomr on suuri ja vaatii prosessointia

10.11.2015

12

CSC Publishing. Transdermal

0-kiviainesrakentaminen?

Massataseen hallinta

Mr, laatu, sijainti

Murskattavan kiviaineksen laadun ennakointi ja arviointi

Nopeat ja edulliset esitutkimukset

Reaaliaikainen laadunvalvonta

Murskausparametrien st?

Pilaantuneiden maiden tunnistus

0-kiviainesrakentaminen?

Kiitoksia!

Listietoja:

Professori Jussi Leveinen

jussi.leveinen@aalto.fi

Lasse Kangas

lasse.kangas@aalto.fi

Aalto-yliopisto

Yhdyskunta- ja ympristtekniikka