velikost textu

Application of Raman spectroscopy for study of nitrogen containing compounds for astrobiological purposes

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Application of Raman spectroscopy for study of nitrogen containing compounds for astrobiological purposes
Název v češtině:
Aplikace Ramanovy spektrometrie pro studium látek obsahujících dusík pro účely astrobiologie
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Adam Culka, Ph.D.
Školitel:
prof. RNDr. Jan Jehlička, Dr.
Oponenti:
prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc.
Mgr. Otakar Frank, PhD.
Id práce:
34653
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů (31-430)
Program studia:
Geologie (P1201)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
18. 8. 2011
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Příloha práce byla vyloučena ze zveřejnění.
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
ABSTRAKT Předkládaná disertační práce se zaměřuje na vyhodnocení využití Ramanovy spektrometrie jako analytické metody pro výzkum vybraných dusík obsahujících látek v experimentech, které jsou důležité z hlediska astrobiologie. Výsledky experimentů poskytují cenné informace o výhodách a omezeních metody při řešení úkolů a problémů, které jsou očekávány v průběhu plánovaných výzkumných misí se zaměřením na astrobiologii, kde je Ramanova spekrometrie považována za jednu z velmi platných výzkumných metod. Ramanova spektrometrie byla testována v různorodých experimentálních úkolech: Při analýzách dusík obsahujících minerálů, díky svým vlastnostem, jako nedestruktivní analýza, malá velikost stopy laseru a možnost výběru zdroje excitačního záření, metoda umožnila získat kvalitní data; spektra některých zkoumaných minerálů byla interpretována a publikována vůbec poprvé. Analýzami uměle připravených vzorků směsí biomarkerů a minerálů byla zkoumána použitelnost metody pro analýzu složitějších směsí: ve směsi třech biomarkerů a dvou minerálů byly všechny složky jednoznačně detekovány. V případě detekce biomarkerů, například aminokyselin, ve směsi podobných sloučenin, s množstvím pásů, přenosný spektrometr byl schopen rozlišit až pět podobných sloučenin. Dále byly prováděny analýzy za účelem zjištění, jaké nejnižší koncentrace biomarkerů rozptýlených v minerálních vzorcích jsou schopné detekovat laboratorní mikrospektrometr a přenosný spektrometr. Zjištěné koncentrace pro většinu testovaných dusík obsahujících sloučenin byly obecně relativně vysoké, v porovnání například s pigmenty typu beta- karoten. Nejnižší dosažená koncentrace jedna desetina hmotnostního procenta byla zjištěna v případě detekce sloučenin nukleových bází rozptýlených v minerálu sádrovci. Tento typ experimentů také prokázal významný vliv velikosti stopy laseru na výsledná data. Dále byla zkoumána schopnost Ramanovy spektrometrie při měření prováděné skrz průhledné krystaly minerálů jako sádrovec a kalcit a byly zjištěny dobré výsledky. Kromě testováni různých typů přenosných přístrojů v terénu byly prováděny měření v nepříznivých vysokohorských zimních podmínkách s výbornými výsledky. Kvalitní spektra byla získána při analýzách čistých látek, ledů dusík obsahujících sloučenin, minerálů a připravených směsí biomarkerů a minerálů. Výsledky experimentů získané při zpracování této práce dokládají, že Ramanova spektrometrie, při použití vhodné instrumentace, by měla být schopná provádět a řešit vědecké úlohy a problémy, které nepochybně vyvstanou při plánovaných průzkumných misích se zaměřením na astrobiologii a geochemii, a přinášet unikátní a vysoce důležité informace o studovaných vzorcích. V
Abstract v angličtině:
ABSTRACT This PhD thesis was focused on the evaluation of the application of Raman spectroscopy as an analytical method used specifically for research on selected nitrogen containing compounds in experiments, that are important in the astrobiological context. The results of experiments provided insight into the advantages as well as the limitations of the method in several applications that are expected to be encountered in the future planetary exploration missions with astrobiological context use, and where the Raman spectroscopy is proposed as an advantageous method. The Raman spectroscopy was tested in various experimental tasks. Several nitrogen containing minerals were analysed, where the features such as the indestructive analysis, small laser spot size, and selection of the excitation source enabled to acquire spectra of minerals even with miniature sample sizes, also the band assignment was published for the first time for some of the studied minerals. Artificially prepared samples of biomarkers mixed in mineral matrices were analysed to test the ability of the method to analyse complex mixtures: three biomarkers and two evaporitic minerals were analysed with a portable instrument, and all compounds were unambiguously detected. When the samples contained more of the similar compounds with many closely occurring bands, such as amino acids, the portable instrument was able to detect and unambiguously distinguish up to five compounds. The measurements with the aim to determine the lowest possible concentration level of selected biomarkers dispersed in the evaporitic mineral matrices were performed both by micro Raman and portable instrumentation. The concentrations of the nitrogen containing compounds that Raman spectroscopy was able to detect in the mineral matrices were generally quite high, in the contrast to, for example, the carotenoid pigments. The lowest concentration detected was for the aromatic heterocyclic nucleobases in the gypsum matrix: 0.1 wt%. This type of experiments also confirmed that the laser spot size had the significant effect on the resulting data. Additionally, the ability of Raman spectroscopy to acquire spectra of satisfactory quality, when analysing samples through the transparent crystals of several evaporitic minerals, was found to be of great importance. Besides the outdoor testing of different types of portable spectrometers, the performance these instruments demonstrated in the difficult Alpine winter conditions was found to be convincing. Good quality spectra in agreement with the references were obtained for samples including pure solid compounds, ices of nitrogen containing compounds, minerals and biomarker-mineral mixtures. Results of several distinct experiments carried out in this work proved that Raman spectroscopy, in properly selected instrumentation, should be able to perform the scientific tasks related to the planned missions with atrobiological and geochemical focus and provide unique and high valued information about the measured samples. IV
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Adam Culka, Ph.D. 1.56 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Adam Culka, Ph.D. 1.09 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Adam Culka, Ph.D. 277 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Adam Culka, Ph.D. 208 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc. 146 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Otakar Frank, PhD. 202 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 976 kB