Wissenschaftler von NUST "MISiS" haben mit Hilfe neuer Technologien die Menge an Spurenelementen in den Barren aus antikem Blei von einem versunkenen Schiff der alten Römer gemessen. Es stellte sich heraus, dass Blei, das 1.500 Jahre unter der Wassersäule liegt, so wenige radioaktive Elemente enthält - Uran und Thorium, dass es ohne zusätzliche Reinigung in einem der "anspruchsvollsten" Bereiche - der Kernphysik - der Untersuchung von Elementarteilchen verwendet werden kann. Das Experiment zur Identifizierung und Bestimmung von Spurenelementen wurde in Zusammenarbeit mit Kollegen des Gemeinsamen Instituts für Kernforschung (Dubna) und des Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (Frankreich) durchgeführt.
Je genauer und produktiver moderne Geräte werden, desto mehr reine Chemikalien werden für ihre Herstellung benötigt. Dies sind die sogenannten „besonders reinen Substanzen“ (OHS), die Verunreinigungen in einer so geringen Menge enthalten, dass sie die grundlegenden spezifischen Eigenschaften der untersuchten Objekte nicht beeinträchtigen. Einer der „anspruchsvollsten“ Anwendungsbereiche der FFA ist die experimentelle Physik von Elementarteilchen. Beispielsweise ist für geladene Teilchenbeschleuniger, die bereits unterirdisch zum Schutz vor kosmischer Strahlung gebaut wurden, noch ein zusätzlicher Schutz gegen Strahlung von speziellen Abschirmungen aus hochreinem Blei erforderlich. Ein Beispiel für solche Beschleuniger ist der Large Hadron Collider CERN.
Das Erhalten von sehr reinem Blei erfolgt in mehreren Stufen, wie z. B. Auflösen des Erzes, Schmelzen, Trennen der Legierung in ihre Bestandteile, Reinigen mit Alkali und sequentielles Trennen jeder Verunreinigungssubstanz. Nach vielen Reinigungsstufen muss eine Probe von sehr reinem Blei analysiert werden. Die maximal zulässige Verunreinigung radioaktiver Elemente sollte nicht mehr als 0,0000000001% (ein Zehnmilliardstel) der Gesamtmasse betragen. Ab einer solchen Menge radioaktiver Verunreinigungen kann Blei zum Schutz hochpräziser Geräte verwendet werden. Selbst die modernsten Methoden der direkten Elementaranalyse erlauben es jedoch nicht, so geringe Mengen an Verunreinigungen vor dem Hintergrund der Hauptkomponente Blei zu bestimmen.
Ein Fragment eines Bleiblocks, das im Skelett eines alten römischen Schiffes vor der Küste Frankreichs gefunden wurdeWissenschaftler des Trenn- und Konzentrationslabors für die chemische Diagnostik von Funktionsmaterialien und Umweltobjekten von NUST „MISiS“ unter der Aufsicht von Dr. Sc. Peter Fedotov schlug eine neue Methode zur Trennung von Verunreinigungen für die anschließende Analyse vor. Das Experiment wurde an Proben antiker Bleiblöcke durchgeführt, die älter als 1500 Jahre waren. Dieses Blei wurde einst von den alten Römern in Minen auf dem Territorium des modernen England abgebaut. Beim Transport von Bleierz sank das Schiff und wurde erst Ende des 20. Jahrhunderts vor der Küste Frankreichs entdeckt.
Zum Zeitpunkt des Experiments wurde dieses Blei vom Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (Frankreich) mehrere Jahre lang als hochreine Substanz verwendet - über tausendeinhalb Jahre lang zerfiel ein wesentlicher Teil von Uran und Thorium auf natürliche Weise, und die Wassersäule schützte Bleiblöcke vor dem „Anhaften“ neuer radioaktiver Verunreinigungen. Uran und Thorium wurden in diesem Blei nicht nachgewiesen, es wurde jedoch angenommen, dass die Menge an Verunreinigungen einfach niedriger sein könnte als der Grad der „Sichtbarkeit“ der direkten instrumentellen Analyse, dh unter 0,00000001% (einhundertmillionstel).
Anschließend schlugen die Wissenschaftler von NUST „MISiS“ eine eigene Methode zur Trennung von Verunreinigungen für die anschließende Analyse vor. Unter Verwendung einer sogenannten Planetenzentrifuge und eines Systems aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten (Wasser und Chloroform), die spezielle Reagenzien enthielten, lösten sie zuerst die Bleiprobe in besonders reiner Salpetersäure, und dann wurden die Verunreinigungen isoliert und konzentriert.
PlanetenzentrifugeDieser kombinierte Ansatz, der auf der Trennung von Verunreinigungen und ihrer anschließenden Bestimmung basiert, ermöglichte es den Wissenschaftlern von NUST „MISiS“, die Verunreinigungen von Uran und Thorium mit der erforderlichen Genauigkeit zu bestimmen - 0,0000000001% (ein Zehnmilliardstel). Der Gehalt an Uran und Thorium lag jedoch unter diesem Wert. So stellt sich heraus, dass antikes Blei, das von den alten Römern abgebaut und erst 1500 Jahre später aus dem Meer geholt wurde, so sauber ist, dass es selbst mit den genauesten Methoden zum Trennen und Analysieren von Verunreinigungen nicht gesehen und gemessen werden kann.
Wissenschaftler von NUST „MISiS“ planen, ihr neues System künftig zur Trennung von Verunreinigungen in einer Planetenzentrifuge zu verwenden, hauptsächlich zur Analyse von TFA.
„Zu den Vorteilen der von uns vorgeschlagenen Technologie gehört ihre„ Flexibilität “: Abhängig von den Verunreinigungen, deren Elemente getrennt werden müssen, können verschiedene Reagenzien und nicht mischbare flüssige Phasen verwendet werden. So ist es möglich, die kleinsten Spurenverunreinigungen abzutrennen, zu konzentrieren und zu analysieren, um die „hohe Reinheit“ von Substanzen zu bestimmen “, sagt Petr Fedotov, der Leiter der Studie.
Darüber hinaus ist es möglicherweise bei großen Volumina der Trennsäule der Planetenzentrifuge möglich, Substanzen auf diese Weise zu reinigen - indem sie aufgelöst und durch den Zyklus der Trennung von Verunreinigungen getrieben werden.
Artikel in der Zeitschrift
Talanta veröffentlicht.
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