Activación de nuevos negocios con LIBS portátiles

Nueva herramienta, nuevas oportunidades

SciAps creó el primer LIBS portátil del mundo principalmente para ayudar a las industrias de análisis de metales a verificar de manera más rentable el carbono y sus equivalentes en sitios de trabajo remotos o difíciles. Pero no pasó mucho tiempo para que investigadores de todo el mundo comenzaran a explorar una variedad de aplicaciones diversas (muchas de las cuales se mencionan en el sitio web de SciAps), abriendo la puerta a un universo de nuevas oportunidades de negocios basadas en el análisis elemental. Como socio del programa SciAps Academic Loaner, el Dr. Richard Hark, químico orgánico sintético de formación que ahora trabaja como científico conservacionista, añadió con entusiasmo el instrumento a sus herramientas de investigación. Estas son algunas de las nuevas formas Dra. Hark ha aplicado LIBS de mano durante los últimos años.

Creación de una biblioteca de muestras de minas en regiones en conflicto

Para aprovechar el éxito inicial que el Dr. Hark y sus colaboradores tuvieron al obtener muestras geográficamente diversas de columbita-tantalita utilizando LIBS, reconoció que sería necesario crear una biblioteca bastante completa de minerales de ubicaciones verificadas. Para adquirir las muestras necesarias, se asoció con una importante empresa de electrónica de consumo, así como con colaboradores con experiencia trabajando en regiones en conflicto. “Lo que realmente necesitas para obtener una respuesta más definitiva, la gente podría argumentar que los minerales provienen de una mina diferente. Además, es un paisaje cambiante. La milicia podría controlar estas diez minas un mes y luego podría controlar más minas seis meses después”, dice Hark. La participación de Hark en este proyecto de EE. UU. terminó cuando el Tribunal de Circuito de Washington, DC dictaminó que el requisito de la cadena de suministro de la Ley Dodd-Frank violaba la prohibición del discurso forzado. Sin embargo, todavía cree que el uso de LIBS portátiles para identificar muestras únicas de minas individuales es una forma prometedora de contribuir a resolver este complejo problema geopolítico-económico.

Atribución de casos de munición gastada en áreas de combate

Aunque hay varias empresas que fabrican municiones sin marcar, Hark trabajó con un grupo para identificar al fabricante de los casquillos de los cartuchos recolectados en una zona de conflicto. Se trataba de personas que trabajaban sobre el terreno y que recogían casquillos de cartuchos gastados después de un tiroteo para tener pruebas no solo de quiénes eran los combatientes, sino también de dónde obtenían el equipo necesario para llevar a cabo el conflicto. “Entonces, miramos a los jefes para darles respuestas”, dice Hark. Este fue un pequeño proyecto piloto con LIBS, pero esta aplicación única tiene el potencial de proporcionar respuestas útiles sobre áreas conflictivas.

Análisis de leña ayuda a cerrar un caso de asesinato

El análisis de madera utilizando LIBS es un área nueva y relativamente inexplorada. Un informe con el que el Dr. Hark estaba familiarizado involucraba un análisis forense de madera obtenida en la escena del crimen donde se quemó un cuerpo. El Dr. Hark resumió el análisis en un capítulo de libro sobre aplicaciones forenses:

“El análisis LIBS de la madera ocupó un lugar destacado en una investigación de asesinato en el condado de Collin, Texas, en 2004 en la que un sospechoso trató de deshacerse de un cuerpo quemándolo en una pira hecha de leña. Se recuperaron diez troncos de la escena del crimen junto con cuatro troncos que el sospechoso llevó a una fiesta cerca del momento del asesinato; los 14 troncos se quemaron parcialmente. … a un investigador del Laboratorio Nacional de Oak Ridge que estaba usando LIBS para estudiar la madera se le pidió que analizara 11 de las muestras. Se obtuvieron espectros de emisión para las áreas quemadas y no quemadas de los 14 troncos…. Los espectros LIBS para todas las muestras mostraron líneas correspondientes a C, N, Ca, Al, Fe, Ti, Si, Mg, Mn y Na y fueron idénticos por inspección visual. Significativamente, no hubo diferencia aparente entre la madera sin quemar y los troncos carbonizados. Se utilizaron espectros completos para realizar el análisis de correlación y los investigadores informaron que tenían un 99.999 % de confianza en que los espectros de los registros eran idénticos. Llegaron a la conclusión de que ''para lograr tal nivel de significación estadística, es muy probable que los troncos provengan del mismo árbol, o al menos del mismo grupo de árboles que crecen en una localidad muy restringida'".

La evidencia nunca llegó al juicio. “Probablemente no se hubiera sostenido en la corte, pero aparentemente contribuyó a la evidencia que hizo que la persona confesara”, dice Hark.

Aplicaciones prácticamente ilimitadas para la ciencia forense

Con los instrumentos SciAps diseñados para analizar piezas muy pequeñas, LIBS puede analizar muchos materiales en casos forenses, como vidrio (fragmentos de ventanas de edificios, envases de bebidas, ventanas de automóviles, faros o espejos), pintura (astillas o manchas), tinta y papel ( transacciones comerciales falsificadas, moneda falsa o falsificaciones de arte), fibras textiles (tipo, color y tipo de tinte utilizado), materiales biológicos (vegetales, animales, huesos, dientes, cabello, uñas) y materiales nucleares y radiológicos (pre-detonación y formas posteriores a la detonación). El uso de LIBS portátiles con fines forenses tiene un potencial significativo para proporcionar una rápida identificación de materiales y clasificación de evidencia, con el beneficio adicional de poder llevarse a cabo en el campo. Todas estas aplicaciones se analizan en el capítulo del Dr. Hark sobre Aplicaciones forenses de LIBS.

Ampliación de la conservación en colecciones públicas y privadas

Un proyecto actual de artes decorativas en el que está trabajando el Dr. Hark en Yale está tratando de identificar la caoba y los parecidos a la caoba. “Esta es madera que no es caoba verdadera en un sentido botánico, sino que puede parecer caoba si está en un mueble, por ejemplo”, dice Hark. Esta aplicación LIBS es importante para conservadores y curadores. A través del análisis, esperan comprender mejor su colección y las materias primas utilizadas para producir muebles. La capacidad de distinguir la caoba de otras maderas que se parecen a ella, sin dañar piezas muy valiosas del siglo XVIII, es de gran utilidad para la Galería de Arte de la Universidad de Yale. LIBS ofrece una técnica de análisis mínimamente invasiva. “Podría aplicarse como una herramienta de detección o un método presuntivo, no necesariamente totalmente confirmatorio, pero con frecuencia lo suficientemente bueno. Esperamos responder preguntas que sean de interés en el campo de las artes decorativas”, dice Hark. Otra aplicación de artes decorativas para LIBS fue identificar si una pieza de joyería china estaba dorada o galvanizada o era una aleación de plata sólida. La mayoría de los análisis de metales preciosos se realizan con XRF, pero el Dr. Hark no pudo usar XRF porque es una herramienta de análisis a granel que no brinda la información necesaria sobre la superficie del objeto. “La capacidad estratigráfica de LIBS es algo que no podemos obtener con XRF”, dice Hark, por lo que utilizó LIBS en su lugar. Eligió un área inocua y usó varios pulsos para determinar que las joyas tenían una capa de plata.

Definición del registro histórico

El Dr. Hark también ha recolectado conchas marinas de varias playas de todo el mundo para analizar su firma química. “El proceso de formación de plasma y emisión de luz de LIBS es más que solo química. También se relaciona con propiedades físicas, como la dureza del material. Todo eso se integra en el espectro completo”, dice Hark. Esta información podría utilizarse para sacar conclusiones interesantes sobre las conchas encontradas en excavaciones arqueológicas. Pero como ocurre con la mayoría de proyectos como este, es cuestión de tener suficientes muestras para tener una biblioteca sólida que represente adecuadamente la variación que existe entre las ubicaciones geográficas. Con este fin, el Dr. Hark ha trabajado con el Dr. Russell Harmon, geólogo y colaborador de LIBS desde hace mucho tiempo, para desarrollar extensas colecciones de muestras, que incluyen obsidiana del oeste de América, rocas volcánicas de todos los continentes y granates de todo el mundo. . "Como químico que normalmente trabaja en un laboratorio, he disfrutado la oportunidad de salir y hacer trabajo de campo de vez en cuando", dijo Hark. Hark también ha analizado fragmentos de cerámica de la iglesia de 1619 en Jamestown para identificar posibles conexiones entre la cerámica y los colonos. “El arqueólogo de Jamestown ahora tiene una unidad LIBS. El plan es trabajar con ellos para diseñar algunos proyectos de investigación”, dice Hark. Es posible identificar lo que la gente arrojó a los pozos y compararlo con los registros bien guardados durante períodos de tiempo específicos en Jamestown. "Es realmente fascinante retroceder el reloj, en cierto sentido, y mirar un fragmento y considerar quién podría haber hecho la cerámica o quién comió de los platos y bebió de las tazas". El tiempo dirá si los arqueólogos encuentran una conexión entre la cerámica y Pocahontas, John Rolfe o el Capitán John Smith.

Cualquier industria que se le ocurra, hay una aplicación para LIBS portátiles esperando ser descubierta por una empresa que busca expandirse. "Cuando me involucré por primera vez con LIBS en 2003, nunca esperé que me llevaría en tantas direcciones y me llevaría a múltiples proyectos fascinantes con colaboradores destacados", reflexionó el Dr. Hark.