Ученые из Финляндии и Франции разработали новый способ изучать химическое строение редких материалов, таких как метеориты или окаменелости. В основе анализа лежит исследование образцов на синхротроне в рентгеновском диапазоне.

Из чего состоит метеорит или камень с Луны? Как связаны химические элементы внутри него? Есть ли внутри вкрапления другого вещества и что это за вещество? На эти вопросы очень трудно получить ответы, не разрушая образец.

Конечно, есть способ заглянуть внутрь. Рентгеновская томография, которая широко используется в науке, показывает форму и текстуру образца. Но она не может выявить его химическое строение. Если внутри образца обнаружены вкрапления легких элементов, сложно определить что это. Например, если внутри есть углерод – алмаз это, графит или часть органической молекулы?

Рис. 1. Справа – двумерная часть 3D-карты химических соединений, на которой разные цвета показывают разные связи между атомами углерода.

Визуализировать различные атомные связи было трудно, в первую очередь, из-за низкой чувствительности оборудования. Международная группа ученых из Университета Хельсинки и Европейского центра синхротронного излучения (ESRF) во Франции разработала новый метод специально для трехмерной визуализации структуры и создания карт химических связей различных материалов.

Используя жесткие рентгеновские лучи, они добились повышения чувствительности синхротрона при определении легких элементов. По словам исследователей, они получили самый мощный инструмент визуализации, предоставляющий доступ к молекулярному уровню химической среды.

«Теперь я хотел бы испытать наш метод на камнях с Луны или Марса. – говорит ведущий исследователь Симо Хуотари (Simo Huotari) из Университета Хельсинки. – Благодаря новой методике мы можем увидеть не только какие элементы присутствуют в любом из внутренних вкраплений, но и к каким молекулам или кристаллам они принадлежат. Если содержится кислород, можно сказать, находится ли он в составе воды. Только представьте находку крошечных включений воды или алмазов глубоко внутри камней с Марса».

Разработанный метод может применяться в таких областях как инженерное дело, исследования в области физики, химии, биологии и геологии. Он также может дать понимание структуры на молекулярном уровне искусственных материалов, например, функциональных материалов для топливных элементов и новых типов аккумуляторов.