On-site-analysointimenetelmät

Transkriptio

1 Kuvat P. Sarala On-site-analysointimenetelmät Pertti Sarala Tutkimusprofessori, FT, dosentti, EurGeol Geologian tutkimuskeskus GTK / Kaivannaisalan tiedekunta, Oulun yliopisto

2 Kenttäanalysointimenetelmät Mobiilien analysaattoreiden kehittämisellä on pyritty saamaan luotettavia ja nopeita alkuainepitoisuuksien tai niiden viitteiden määrittelymenetelmiä kenttäolosuhteisiin olympus-ims.com Menetelmillä haetaan kustannustehokkuutta ja nopeutta mineraalipotentiaalisten vyöhykkeiden havaitsemiseen niin kallio- kuin maaperästä sekä alueellisessa että kohteellisessa mittakaavassa Modernien kenttäanalysaattorien kehittäminen on ollut erityisen tehokasta viimeisen kymmenen vuoden aikana. Esimerkkinä vaikka kannettava XRF-laite Merkittävimmät syyt ovat varmasti teknologisten mahdollisuuksien lisääntyminen ja tarve tutkimuksen nopeuttamiseen samalla kustannuksia laskemalla 2

3 Kenttäanalysaattori-/On-site-menetelmät Kenttäanalysaattoreiden jako kahteen ryhmään: 1. Liikuteltavat analysointiyksiköt 2. Kannettavat analysointiyksiköt Liikuteltavat laitteistot voivat olla esim. autoon rakennettuja tai kentälle/tukikohtaan vietäviä analyysilaitteistoja (esim. Mine On-line Servicen ScanMobile XRF-yksikkö) Kannettavat ovat kentälle/maastoon mukaan otettavia keveitä laitteistoja (esim. gammaspektrometri ja käsi-xrf) Laitteistot voivat olla suoria tai välillisiä indikaattoreita 3

4 Perinteiset kenttämenetelmät Perinteiset, hyväksi havaitut analyysi menetelmät, joita on käytetty esim. malminetsinnässä, ovat perusmetodeja ja edelleen valideja Haju, väri, paino jne. kertoo mineralogiasta ja välillisesti kiven tai maa-aineksen koostumuksesta Kovuus, rakenne, magneettisuus, suskeptibiliteetti, sähkönjohtavuus jne. kertovat niin ikään mineralogiasta Erilaiset keveät kemialliset testit, kuten esim. happotestit tai ph:n mittaus, kertovat mineralogiasta ja vallitsevista olosuhteista Painovoimaan tai seulontaan perustuvilla menetelmillä päästään visuaalisesti tarkastelemaan tiettyjä raekokoja tai fraktioita, joista voidaan arvioida tiettyjen mineraalien tai metallien määrää (esim. kultarakeet raskasminreaalifraktiossa) 4

5 Säteilymittarit Radioaktiivisten alkuaineiden läsnäolo mineraaleissa mahdollistaa säteilymittauksille perustuvien menetelmien käytön ko. mineraalin etsinnässä Kenttätutkimuksissa tyypillisiä säteilevien alkuaineiden etsinnän työkaluja ovat näytteenottovälineet ja radioaktiivisuuden mittauslaitteet, kuten geigermittari, skintillometri ja gammaspetrometri Säteilyä on myös maasta tulevissa kaasuissa yleensä Radonin muodossa ja siitä on haittaa eliöille ja ihmisille stuk.fi 5

6 Kaasumittarit Kentällä voidaan mitata kaasujen koostumusta, määrää ja laatua joko mittausasemilla tai liikutettavilla analysaattoreilla Ion mobility spectrometry kannettava laite, jolla voidaan mitata hiilivetyjä ja kemikaaleja (esim. PetroSense PHA-100 öljyn ja kaasun etsintään) Soveltuvat esim. kaatopaikkojen, kaivosympäristöjen ja teollisuuden ympäristötutkimuksiin Myös malminetsintäsovelluksia Kuva: Tuomas Laurila. Esimerkki kaatopaikan kaasujen mittauksista. Maston huipussa on kymmenen kertaa sekunnissa havaintoja tekevät tuulianemometri ja hiilidioksidianturi sekä ilman näytteenotto nopeaan metaanianalysaattoriin. 6

7 Veden analysointi Kenttäanalysaattoreilla saadaan määritettyä maastossa tyypillisesti lämpötila, ph, sähkönjohtavuus, liuennut happi, hiilidioksidi ja redox-potentiaali Korkeita anioni- ja kationipitoisuuksia voidaan määrittää myös suoraan kentällä, mutta tulokset pitää varmistaa labrassa 7

8 terraspec-4 Infrapunaspektrofotometri Kunkin materiaalin kemiallinen koostumus vaikuttaa infrapunasäteiden absorptiospektriin, joka mitataan aallonpituuden ja taajuuden funtiona Voidaan mitata laajasti erilaisia geologisia materiaaleja ja esim. malminäytteitä tai porasoijaa Käytetään mineralogiseen tutkimukseen ja esimerkiksi ympäristötutkimuksiin orgaanisten polyymerien tunnistamisessa Esimerkiksi VNIR-SWIR spektroskooppi ja PIMA (p Infrared Mineral Analyzer) 8

9 Kannettava XRF-analysaattori Kannettavat XRF-analysaattorit ovat keveitä laitteita, joita voidaan viedä helposti maastoon tai kenttätukikohtaan Useita kaupallisia laitteita Voidaan analysoida suoraan moreenia, rapakalliota ja kovaa kiveä (kallio, lohkareet jne.) Saadaan pitoisuudet suoraan kentällä Mahdollistaa reaaliaikaisen näytteenoton ohjauksen Mahdollistaa labrassa analysoitavien näytteiden määrän mimimoinnin -> kustannustehokkaampi geokemiallinen tutkimus Määritysrajojen laskeminen ppm-tasolle on mahdollistanut kannettavien XRF-laitteiden käytön esim. Malminetsinnässä käyttäen moreenia Kuva P. Sarala Tehokas ja luotettava käyttö vaatii kuitenkin riittävän vertailun ja kontrolloinnin esim. käyttäen laboratorio-xrf määritykset ja/tai perinteisen kemiallisilla menetelmillä tehtävän analysoinnin 9 Kuva P. Sarala

10 Kenttä XRD Röntgendifraktioon perustuva mineraloginen tutkimus on perinteisesti ollut laboratoriossa tehtävä määritys, kuten XRF-mittauskin Nykyisin myös XRD-laitteita on saatu pienennettyä liikuteltavaan muotoon Eivät kuitenkaan ole kannettavia, vaan esim. autossa liikutettavia tai kenttätukikohdissa käytettäviä Käytetään tyypillisisesti esim. savimineraalien määrittämiseen 10

11 Matkapuhelinsovellukset Myös matkapuhelimiin on kehitetty geokemian sovelluksia, jotka perustuvat erityisesti optisiin menetelmiin Esim. García, M.M. et al Mobile phone platform as portable chemical analyzer. Sensors and Actuators B: Chemical 156:1, Puhelimen (Nokia N73) kameran kuvasta käyttäen single-use colorimetric chemical sensor ia voidaan analysoida alkuainepitoisuuksia 11

12 Yhteenveto Kannettavia geokemiallisia analyysilaitteita on nykyisin saatavilla hyvin moneen tarkoitukseen Osa on ns. passiivisia (mittausasemia) ja osa aktiivisia menetelmiä Perinteisetkin menetelmät ovat edelleen käyttökelpoisia Kannettava-XRF on uusi, käyttökelpoinen menetelmä geokemiallisessa tutkimuksessa Nopea ja helppo näytteenkäsittely, voidaan käyttää jopa luonnonkosteita näytteitä Laitteiden luotettavuus on kasvanut ja kustannustehokkaana kilpailevat labra-analyysien kanssa Uusia tehokkaita laitteita ja menetelmiä nykyisin saatavilla, kuten kannettava XRD ja hyperspektrimittaus sekä automatisoidut laboratorioanalysaattorit => testaus Indika-projektissa! Näytemateriaalien erot ja esikäsittelymenetelmät kriittisiä lopputuloksen kannalta 12

13 Raportteja Sarala, P., Taivalkoski, A. & Valkama, J Portable XRF Advanced on-site analysis method in till geochemical exploration. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, Available online: Sarala, P. & Houlahan, T., Portable XRF for mineral exploration geochemistry in till. Applied Earth Science (Trans. Inst. Min. Metall. B) 124:1, Sarala, P., Comparison of different portable XRF methods for determining till geochemistry. Geochemistry, Exploration, Environment, Analysis 16, (Accepted , Online first ). Available online: Saatavilla:

14 Kuva P. Sarala 14