Voor het volgen van massa in ruwe omgevingen zijn surrogaatdeeltjes nodig die de gebeurtenis weerstaan en standhouden tot aan de bemonstering. Wetenschappers hebben eerder gerapporteerd over de overlevingskansen van robuuste deeltjestracers tijdens explosies.
In een nieuwe studie van Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hebben wetenschappers robuuste tracerdeeltjes gecreëerd die kunnen overleven en gedijen onder extreme omstandigheden.
Fluorescerende kleurstoffen en andere organische materialen worden vaak gebruikt als tracers in biologisch onderzoek om cellen te lokaliseren en waterlekken op te sporen. Ze presteren onder bepaalde omstandigheden uitstekend, maar zijn minder effectief in het opsporen van materiaal bij explosies. Hun probleem is: ze branden.
In deze studie concentreerden wetenschappers zich, in plaats van organische materialen te gebruiken, op anorganische materialen om vooral hun robuuste tracers te ontwikkelen quantum dots.
Collega PNNL-onderzoeker April Carman zei: “Hoewel ze het onder zware omstandigheden veel beter deden dan organische materialen, moest het onderzoeksteam de kwantumdots nog steeds beschermen tegen de extreme omstandigheden van een chemische explosie.”
“Het bleek moeilijk om een manier te vinden om de tracer te beschermen en toch de lichtintensiteit te behouden.”
De lokale omgeving heeft een aanzienlijke invloed op de helderheid (of luminescentie-intensiteit) van de tracer. Sommige preventieve maatregelen kunnen de helderheid verminderen, waardoor het lastiger wordt om de tracer te vinden. Daarom besloten wetenschappers gehydrateerde silica te gebruiken – ‘eigenlijk met water doordrenkt glas’ – om de kwantumdots te beschermen en hun helderheid te behouden.
De gecoate tracers gemaakt door het PNNL-team waren bijna net zo lichtgevend als de originele kwantumdots, ook al verminderden eerdere silicacoatingtechnieken de helderheid van de tracer aanzienlijk. Uit aanvullende tests bleek dat de deeltjes gedurende langere perioden verschillende pH-niveaus konden verdragen.
Hubbard zei: “We wisten dat we iets speciaals hadden gecreëerd toen we onze resultaten zagen.”
Gelukkig voor het PNNL-team was hun synthesemethode ontworpen om volledig schaalbaar te zijn en massahoeveelheden te produceren – van kilogrammen tot potentiële tonnen per dag.
Collega-PNNL-onderzoeker Michael Foxe zei: “Ze kunnen niet alleen grote hoeveelheden van de tracer maken, maar ze ook op maat maken. “We kunnen de grootte en kleur van de tracer afstemmen op elke specificiteit. De tracer kan worden verfijnd om een nabootsing te creëren van de massa of het materiaal dat wordt gevolgd. We kunnen ook verschillende formaten en verschillende kleuren gebruiken om te visualiseren hoe een explosie deeltjes van verschillende grootte beïnvloedt.”
Wetenschappers bekend, “De tracers zijn robuust genoeg om in ruwe omgevingen te worden ingezet om massa te volgen en het inzicht van wetenschappers in het lot en transport in het milieu te verbeteren. Ze kunnen functioneren onder omstandigheden die te zwaar zijn voor traditionele tracers, zoals in olie- en gasraffinaderijen of geothermische centrales. Met afstembare parameters en een eenvoudig te gebruiken systeem hebben deze tracers veel potentiële toepassingen voor het volgen van het lot en transport van materiaal onder zware omstandigheden.”
Carman zei: “We zijn blij dat we dit project ondanks aanvankelijke scepsis konden blijven voortzetten. We zijn ook heel blij om te zien waar het ons vervolgens naartoe leidt.”
Journal Reference:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et al. Lichtgevende silica-microagglomeraten, synthese en omgevingstesten. MRS Communicatie 12, 119-123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
