Čeští vědci přicházejí s unikátním spektrometrem

A přitom je tak malý, že se jednoduše uchopí do ruky. To je Mössbauerův spektrometr, jeden ze zajímavých plodů české vědy.

„Pomocí Mössbauerovy spektroskopie zkoumáme materiály obsahující železo. Můžou to být železné nanočástice nebo nanovrstvy, ale i větší železné objekty. A zajímá nás, jaké se v tom vzorku vyskytují oxidační stavy, tedy jak moc rezne,“ popisuje Jakub Navařík, který se vývojem Mössbauerových spektrometrů zabývá na Českém institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) při Univerzitě Palackého v Olomouci. Je to poměrně unikát, protože tento způsob analýzy materiálu mnohdy neznají ani odborníci.

I to je důvod, proč si tyto přístroje olomoučtí vědci konstruují sami. „Asi nikdo si v laboratoři nevyrábí vlastní elektronový mikroskop. Ten si prostě koupíte od profesionálů. Jenže Mössbauerova spektroskopie moc známá není a také není technicky rozvinutá. Takže tady byl obrovský potenciál pro to, abychom si to vyrobili přímo na míru pro naše výzkumy. Díky tomu jsme se naučili ty přístroje všelijak přizpůsobovat a upravovat pro různá použití,“ pokračuje Navařík. Ten by uvítal, kdyby se tyto přístroje více rozšířily po světových laboratořích. Také proto asi před půl rokem vznikla spin-off společnost, která má jejich výrobu a prodej usnadnit.

Mössbauerovy spektrometry hrají důležitou roli při výzkumech, které v CATRIN probíhají. Železné nanočástice vyvinuté v olomouckém výzkumném institutu dokážou vodu zbavit nebezpečných chemických látek. Hodí se tak k odstraňování ekologických zátěží. Bez Mössbauerova spektrometru by se k dosavadním výsledkům došlo jen těžko.

A to podle Navaříka není zdaleka všechno: „V našich laboratořích se vyvíjejí různé železné nanomateriály, které můžou sloužit pro lékařské účely, například pro léčbu nádorů a cílenou dopravu léčiv. Vyvíjíme i fotokatalytické vrstvy, které nám mohou zefektivňovat třeba fotovoltaické panely. Pomocí Mössbauerových spektrometrů se také zkoumají materiály, které by jednoho dne mohly nahradit vzácné kovy, které potřebujeme do baterií. To by výrobu baterií mohlo výrazně zlevnit,“ vypočítává Navařík.

Pokud by se podle něj podařilo vzácné kovy v bateriích nahradit železem, mohla by se prý masivněji rozšířit elektromobilita. Značnou část ceny současných elektromobilů totiž tvoří právě baterie. Pokud by se náklady na její výrobu značně snížily, vedlo by to i k razantnímu zlevnění elektromobilů.

Čtěte také: Mössbauerovu spektrometru, který vznikl na Univerzitě Palackého, zajistí cestu do praxe nová spin-off společnost

Na světě už čtvrtá generace

Mössbauerovy spektrometry jsou primárně určeny pro vědecké laboratoře, ale Jakub Navařík si dokáže představit mnohem širší jejich využití. „Železo se používá ve všech odvětvích lidské činnosti. Ze železa se staví budovy, ze železa se vyrábějí auta, ze železa se toho dělá opravdu moc. Je tu tedy obrovský potenciál v průmyslu, který pracuje se železem,“ věří Navařík.

Třeba v případě výroby automobilů by se díky Mössbauerovým spektrometrům mohlo dohlížet na kvalitu využitých materiálů. „Aby moje auto nebylo horší než to, které si koupil člověk přede mnou. Čili musí tam být stabilní kvalita,“ upřesňuje Navařík.

Totéž podle Navaříka platí i v případě oceláren: „Když ocelárna vyrobí nerezovou ocel, tak potřebuje vědět, že má neustále stejnou kvalitu a musí být schopna ji změřit.“ A Mössbauerovu spektrometrii prý ocení i stavbaři, kteří můžou dohlížet na stárnutí oceli: „Pokud máme ocelový most, tak chceme, aby vydržel co nejdéle a aby byl bezpečný. Takže ho musíme pravidelně kontrolovat, jestli nám v něm třeba nepraskají spoje a podobně.“

Kvalita železa, oceli a konstrukcí z nich se samozřejmě přísně sleduje už dnes, ale Navařík věří, že Mössbauerova spektrometrie přináší mnohem přesnější výsledky. Skoro se chce říct, že tento přístroj by uvítal i Iron Man. Vždyť mu dalo dost práce, než svůj kovový oblek připravil tak, aby měl požadované vlastnosti…

Mössbauerův spektrometr ke svému měření využívá slabé radioaktivní záření. Jakub Navařík hned upozorňuje, že zdroj záření je dobře vystíněný, a tak není třeba se ho obávat. Záření pak vzorkem buď prochází, nebo se od něj odrazí a podle způsobu procházení, nebo odrazu dokážou vědci určit, jaké oxidační stavy nebo krystalické struktury uvnitř železného vzorku jsou. Z toho pak poznají jeho vlastnosti.

Vývojem Mössbauerových spektrometrů se výzkumníci na Univerzitě Palackého v Olomouci zabývají už asi tři desetiletí. Nyní se do světa dostává čtvrtá generace těchto přístrojů. „Zaměřili jsme se na to, aby to byl moderní a jednoduchý přístroj. Skládá se z několika samostatných modulů, které si můžete libovolně seskládat, a pak přístroj připojíte pomocí USB k počítači a můžete začít měřit,“ vysvětluje novinky Navařík.

Výhodou je prý i vzdálený přístup. „Přímo odtud ze své pracovny poskytuji technickou podporu laboratořím po celém světě. Pomocí internetu se dokážu připojit k jejich přístroji a můžu provádět jejich diagnostiku,“ pochvaluje si. Na hodnocení úspěchů nedávno vzniklého spin-offu je ještě brzy, ale olomoučtí vědci pevně věří, že Mössbauerovy spektrometry si místo na trhu najdou.

Objevu se věnuje i podcast na portále Komoraplus.cz.

Převzato z časopisu Komora. Autor článku: Daniel Mrázek