Tại Trung tâm Địa chất và Môi trường thuộc Đại học Tübingen, nhóm nghiên cứu địa hóa đồng vị phân tích các mẫu địa chất như khoáng vật, đá, thiên thạch, trầm tích, đất, nước và vật chất khí quyển nhằm hiểu rõ hơn về sự hình thành của Hệ Mặt Trời và Trái Đất, các quá trình diễn ra bên trong Trái Đất và trong các bể chứa trên bề mặt, những biến đổi khí hậu trong quá khứ cũng như ô nhiễm do hoạt động của con người gây ra.

Để giải đáp những câu hỏi nghiên cứu này, nhóm sử dụng các kỹ thuật khối phổ tiên tiến nhằm xác định thành phần các nguyên tố chính và nguyên tố vết cũng như hàm lượng các đồng vị. Điều này đòi hỏi mẫu phải được phá hoàn toàn bằng một quy trình đáng tin cậy trước khi phân tích.

Thách thức trong quá trình phá mẫu địa chất

Phá mẫu khoáng vật và đá là một công việc phức tạp. Các khoáng vật khó phân hủy như zircon, rutil, ilmenit, spinel và granat thường cần được phân hủy bằng axit ở nhiệt độ trên 250 °C và áp suất lớn hơn 50 bar. Các khoáng vật này phải được phân hủy hoàn toàn vì chúng có thể chứa hàm lượng cao một số nguyên tố vết nhất định.

Bên cạnh việc hòa tan mẫu hoàn toàn, lấy mẫu đại diện cũng quan trọng không kém. Cần sử dụng lượng mẫu đủ lớn để tránh “hiệu ứng nugget” do các khoáng vật hiếm gây ra và thu được dữ liệu đại diện về thành phần nguyên tố và đồng vị. Đồng thời, phải giảm thiểu nhiễm bẩn từ hệ thống phá mẫu, đặc biệt khi phân tích đồng vị của các nguyên tố vết.

Phá mẫu bằng vi sóng áp suất cao với Multiwave 7501

Multiwave 7501 của Anton Paar giải quyết những thách thức này nhờ công nghệ khoang phá mẫu điều áp. Có thể phá đồng thời nhiều mẫu trong các lọ PTFE-TFM có chi phí hợp lý, ở nhiệt độ lên đến 300 °C, thường là khoảng 270 °C, trong vòng chưa đầy hai giờ.

Trước khi gia nhiệt, các lọ mẫu được nạp nitơ để tạo áp suất ban đầu từ 60 bar đến 100 bar, ngăn không cho axit phá mẫu sôi. Nhờ đó, các cấu tử dễ bay hơi được giữ lại trong dung dịch, còn các khoáng vật khó phân hủy có thể hòa tan hoàn toàn ở nhiệt độ cao hơn. 

Phá mẫu hiệu quả với mức nhiễm bẩn thấp hơn

So với các bình phá mẫu kín truyền thống, Multiwave 7501 cho phép phá mẫu nhanh hơn, xử lý nhiều mẫu hơn và kiểm soát tốt hơn các điều kiện phá mẫu. Các hệ thống truyền thống thường mất vài ngày, chỉ có thể xử lý một số ít mẫu và có nguy cơ gây nhiễm bẩn từ các bộ phận bằng thép không gỉ khi vận hành ở nhiệt độ cao.

Với Multiwave 7501, vỏ thép bao quanh khoang điều áp được làm mát bằng nước trong suốt quá trình phá mẫu. Điều này giúp ngăn ngừa nhiễm bẩn do khuếch tán kim loại và đáp ứng yêu cầu về quy trình chuẩn bị mẫu sạch cho phân tích địa hóa đồng vị.