Studentská vědecká konference 21. 11. 2016
sborník příspěvků pro sekci Fyzika a měřicí technika
Studentská vědecká konference – 21. 11. 2016 Fyzika a měřicí technika místo konání B220 – zasedačka ÚFMT složení komise: doc. Ing. Jaroslav Hofmann, CSc. − předseda Ing. Ondřej Ekrt, Ph.D. Mgr. Tomáš Kotrba Ing. Martin Straka, Ph.D. (ÚJV Řež, a.s.), sponzor Program 8:30 Aleksandra Atanasova (vedoucí práce Ing. Hana Soušková, Ph. D.) Test aparatury generující nízkoteplotní plazma pro veterinární účely 8:45 Bc. Lucie Kujalová (vedoucí práce doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.) Porovnání mikrobicidního působení dostupných zdrojů nízkoteplotního plazmatu referenční metodou 9:00 Matej Černý (vedoucí práce RNDr. Galář Pavel, Ph.D.) Separace zlatých a křemíkových nanočástic dle velikosti a náboje 9:15 Bc. Jan Herbst (vedoucí práce Ing. Ladislav Fišer, Ph.D.) Studium vlastností senzorové platformy KBI2 9:30 Petr Holánek (vedoucí práce Dr. Mgr. Jana Jirešová) Příprava samoorganizovaných vrstev ITO pro chemické senzory 9:45 Bc. Dominika Mertová (vedoucí práce doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.) Analytické metody pro analýzu mrtvé vody 10:00 Anna Petrová (vedoucí práce Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.) Elektronová mikroanalýza kosterních pozůstatků 10:15 Stanislav Valtera (vedoucí práce Ing. Kopecká Jitka, Ph.D.) Příprava a charakterizace 3D struktur polypyrrolu 10:30 Lenka Voltrová (vedoucí práce Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.) Analýza prvkového složení temperových barev pomocí energiově disperzní spektrometrie 10:45 Bc. Lenka Wiesnerová (vedoucí práce doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.) Impedanční spektroskopie medů 14.00 Slavnostni vyhlášení v Respiriu budovy B Studenti seznámí komisi se svojí prací formou prezentace o délce 10 minut, po které následuje diskuse. Slavnostní zakončení a předání diplomů vítězům proběhne od 14 hodin v Respiriu budovy B (VŠCHT Praha). Všichni jste srdečně zváni! Sponzorem naší sekce je ÚJV Řež, a.s.
2/12
Test aparatury generující nízkoteplotní plazma pro veterinární účely Aleksandra Atanasova (vedoucí práce Ing. Hana Soušková, Ph. D.) Práce se zabývá testováním mikrobicidních účinků nízkoteplotního plazmatu generovaného v elekrodovém systému hrot–spirála (obr. 1). Testování bylo provedeno na plísních Aspergillus oryzae, Alternaria alternata, Byssochlamys nivea, Paccilomyces variotii, které byly naočkovány na povrchu živného média. Jako zdroj nízkoteplotního plazmatu byly použity kometární výboj a přechodová jiskra, které byly generovány ve výše uvedeném elektrodovém systému. Nejprve byla provedena optimalizace aparatury na bakterii E. coli. Testování bylo provedeno: při různých parametrech elektrodového systému (průměr, výška a počet závitů spirálky), pro různé doby expozice od jednotek do desítek minut, pro různou vzdálenost výboje od kontaminovaného povrchu, pro různou velikost proudu výboje (kometární výboj, jiskrový výboj). Zjištěné optimální parametry byly následující: průměr spirály 11 mm, počet závitů 7, napětí 9 kV. Při proudech do 70 µA jsme pozorovali kometární výboj (obr. 2), od 75 µA se režim výboje změnil do přechodové jiskry (obr. 3). Optimální vzdálenost výboje od mřížky je 35 mm. Bylo zjištěno, že u většiny druhů plísní dochází k poklesu přeživších spor o 3 řády již po 5 minutách expozice plazmatem. Plíseň Aspergillus oryzae se jevila jako nejméně odolná vůči působení plazmatu (obr. 4), výrazné inhibiční zóny vznikaly již po krátkém ošetření (5 minut), na rozdíl od plísně Byssochlamys nivea, kde vznikaly nevýrazné inhibiční zóny až po 20 minutách. Mezi režimem přechodové jiskry a kometárním výbojem nebyly pozorovány z hlediska aplikace významné rozdíly.
Obr. 1 Schéma aparatury
Obr. 2 Kometární výboj
Obr. 3 Jiskrový výboj
Obr. 4 Aspergillus oryzae. Inhibiční zóny po různých dobách expozice netermálnímu plazmatu. Plazma bylo generováno v kometárním výboji v elektrodové konfiguraci hrot-spirála.
3/12
Porovnání mikrobicidního působení dostupných zdrojů nízkoteplotního plazmatu referenční metodou Bc. Lucie Kujalová (vedoucí práce doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.) Jednou z možných aplikací nízkoteplotního plazmatu (NTP) je dekontaminace a sterilizace povrchů. Studiu dekontaminačních účinků NTP se již dvě desetiletí věnují různé světové laboratoře. Ty využívají různé typy zdrojů generovaného plazmatu a různé mikroorganismy. Z tohoto důvodu je téměř nemožné kvalifikované porovnání jednotlivých aparatur z hlediska dekontaminační účinnosti. Proto se v posledních letech objevuje snaha o zavedení referenčního protokolu. V této práci jsem se snažila převzít systematiku referenčního protokolu navrženou v práci (Shaw a kol., 2015), která popisuje jednoduchý postup pro vyhodnocování dekontaminační účinnosti různých zdrojů NTP a zároveň umožňuje jejich definované porovnání napříč světovými laboratořemi. Protokol navrhuje použití spor bakterie Bacillus subtilis v množství 108 cfu nanesených pomocí filtrace na polykarbonátovou membránu s definovanými vlastnostmi, její expozici nízkoteplotnímu plazmatu a následnou detekci přeživších spor. Použitím tohoto protokolu jsem zjišťovala dekontaminační účinnost záporného a kladného korónového výboje, přechodové jiskry a kometárního výboje. Experimenty byly provedeny jak v otevřené tak v uzavřené aparatuře. Zjistila jsem, že v otevřené aparatuře expozice membrán plazmatu po dobu 60 min nezpůsobí řádový úbytek počtu přeživších spor, zatímco v uzavřené aparatuře jsem pozorovala úbytek až o sedm řádů. Z toho je možno usuzovat, že použité spory nejsou inhibovány pouze částicemi s krátkou dobou života (atomární kyslík, OH radikál, ionizované částice atd.), ale k účinné inhibici je potřeba i vysoká koncentrace stabilních produktů jako jsou NyOx, ozón atd., které jsou přítomné při expozici v uzavřené aparatuře. Expozice kontaminovaných membrán plazmatu v otevřené aparatuře vykazuje na spory inhibiční účinky, které jsou ale lokalizovány pouze v blízkosti aktivní oblasti výbojů a tudíž nemohou způsobit řádový pokles v počtu přeživších spor na celé membráně. Následkem toho dochází ke vzniku lokálních inhibičních zón. Dále v rámci této práce došlo ke zjednodušení a optimalizaci převzatého referenčního protokolu. V rámci referenčního protokolu není důležité dodržovat úplné detaily, ty je možné přizpůsobit možnostem jednotlivých pracovišť, ale je důležité dodržet: použití testovaného mikroorganismu, tj. bakterie Bacillus subtilis o definovaném množství spor 108 cfu, použití definované polykarbonátové membrány, nanášení pomocí filtrace, a metodu detekce přeživších spor. Byla také navržena detekce velikosti inhibičních zón. Závěrem je možno konstatovat, že v porovnání s účinností dielektrického bariérového výboje použitého v práci (Shaw a kol., 2015) mají naše výboje účinnost až o tři řády vyšší.
Obr. 1 – Schéma aparatury pro generování výboje
4/12
Obr. 2 – Vyhodnocení působení jednotlivých zdrojů NTP pomocí detekce přeživších spor.
Separace zlatých a křemíkových nanočástic dle velikosti a náboje Matej Černý (vedoucí práce RNDr. Galář Pavel, Ph.D.) Nanočástice zlata a křemíku mají řadu specifických vlastností, díky nimž mají široké pole využití nejenom ve vědě ale i v lékařství a průmyslu. Oboje částice, jak zlaté, tak křemíkové, se vyznačují svojí nízkou toxicitou v lidském organismu. Zlato je bioinertní, v těle nereaguje a křemík je netoxický, a dokonce biodegradabilní. Díky tomu mohou tyto nanočástice sloužit jako nosiče léčiv při v nových metodách cílené chemoterapie, kdy se látka dopraví přímo k postiženým tkáním a eliminují se tak vedlejší účinky. Další výhodou těchto nanomateriálů jsou jejich optické vlastnosti. Koloidní roztok s zlatými nanočásticemi má charakteristickou barvu, která se mění dle jejich velikosti, a díky tomu jsme je schopni nejenom identifikovat, ale i oddělit jednotlivé separované frakce. U křemíkových nanokrystalů můžeme pro stejný účel použít jejich fluorescenční vlastnosti. K separaci nanočástic využívám dvě odlišné metody. Pro separaci dle velikosti a tvaru jsem zvolil metodu gradientové centrifugace. Principem je stáčení částic v centrifuze v roztoku, jehož hustota se vrstvovitě mění, nanočástice jsou naneseny před stočením na povrch svrchní vrstvy o nejnižší hustotě, jež se při prostupu ke dnu zvyšuje. Vlivem odlišných vztlakových sil a gravitace, jež na nanočástice působí, prostupují různě velké částice gradientem za různě dlouhou dobu, a proto je možné pozorovat oddělení jednotlivých frakcí, kdy větší a těžší částice klesají rychleji do hustějších vrstev. Za základ gradientních roztoků jsem zvolil glycerol, jeho výhodou je snadná mísitelnost s vodou a zároveň velký rozdíl v hustotách různě naředěných roztoků. Metodou gelové elektroforézy můžeme dělit nanočástice podle velikosti povrchového náboje. Částice jsou napipetovány do agarového gelu zalitého elektrolytem TBE pufru a vystaveny elektrickému poli o vysokých proudech (nad 100 mA) a napětí (nad 100 V). Podle vlastností povrchového náboje pak částice putují k záporné nebo kladné elektrodě. Gelová elektroforéza se již používá k separaci DNA a malých organických molekul, aplikace na nanočástice je zcela novým výzkumem. Vyseparované frakce následně zkoumám pomocí AFM mikroskopu. Používám jej v contactfree módu, kdy hrot osciluje nad povrchem vzorku. Výsledkem bude populační statistika velikosti částic v jednotlivých frakcích. Cílem je ověřit, zda se nám povedlo separovat nanočástice. Limit obou metod je v řádu r±0,2 nm, kde r je poloměr nanočástice v dané frakci.
Obrázky: vlevo – zapojení gelové elektroforézy, uprostřed – vytvořené frakce částic po centrifugaci v glycerolovém hustotním gradientu, vpravo – aparatura používaného AFM mikroskopu.
5/12
Studium vlastností senzorové platformy KBI2 Bc. Jan Herbst (vedoucí práce Ing. Ladislav Fišer, Ph.D.) Platformy na CHVS jsou nedílnou a nezbytnou součástí oboru zabývajícího se chemickými senzory. Platformy vyrobené v bývalém VUST a dříve využívané na Ústavu fyziky a měřící techniky již dnes nejsou dostupné, jednou z možných náhrad jsou tedy platformy KBI2 komerčně dodávané firmou Tesla Blatná. Tyto platformy nejsou ovšem s těmi dříve používanými identické, je tedy třeba proměřit jejich vlastnosti tak, aby je bylo možné používat při experimentech s CHVS (do budoucna je naplánované např. měření komplexní impedance aktivní vrstvy senzoru). V rámci této práce byla proměřena statické a dynamické charakteristiky ohřívání platformy v závislosti na velikosti el. proudu přiváděného na její topný element. Vzhledem k tomu, že zabudované teplotní čidlo poskytuje spolehlivé údaje teploty jen pro určitou část platformy, bylo termograficky měřeno rozložení teplot na celém povrchu senzorové platformy. Při tomto měření byl kladen důraz na možnou souvislost polohy platformy a její teploty, zjištění teplotního profilu na jejím povrchu a porovnání skutečné teploty interdigitální elektrodové struktury (na kterou bude nanášena aktivní vrstva senzoru) a teplotou čidla Pt1000. Vybrané údaje byly dále porovnány s dříve používaným senzorovým substrátem. Ze statické charakteristiky vyplývá, že pro dosažení požadovaných teplot platformy KBI2 je třeba její topení napájet vyššími hodnotami el. proudu než tomu bylo v případě dříve používané platformy, což je způsobeno rozdílem velikostí obou platforem. Časová konstanta systému byla určena přibližně jako 25,4 s, což odpovídá době ustálení 76 s – 127 s, podle požadavku přesnosti (5% - 1%). Teplota povrchu senzorové platformy je ovlivněna svou polohou (rozdíly při teplotách nad 150 °C dosahovaly až 15%), což naznačuje vliv proudění okolního vzduchu. Při měření teplotních profilů byly zjištěny výrazné teplotní rozdíly v jednotlivých částech čipu, což je zřejmě způsobeno odvodem tepla skrze stříbrné přívodní dráty. Při hrubém porovnání teploty interdigitální elektrodové struktury s teplotou čidla Pt1000 bylo zjištěno, že rozdíl těchto teplot není větší než 5% (teplota čidla je vyšší).
Obr. 1: Statická charakteristika ohřívání původní platformy (červená) a KBI2 (modrá)
6/12
Obr. 2: Teplotní profil na povrchu platformy KBI2
Příprava samoorganizovaných vrstev ITO pro chemické senzory Petr Holánek (vedoucí práce Dr. Mgr. Jana Jirešová) V současnosti roste zájem veřejnosti o sledování škodlivin v ovzduší. QCM senzory se využívají k detekci znečišťujících látek vznikajících ve formě plynů pomocí změny frekvence piezoelektrického elementu (krystalový výbrus). Tyto senzory jsou v nynější době pokrývány různými povrchy, které zlepšují, případně zvyšují selektivitu senzoru vůči různým plynům. Tato práce byla zaměřena na přípravu senzoru s citlivou vrstvou tvořenou směsí oxidu cíničitého a inditého (ITO), která vykazuje dobrou elektrickou vodivost a optickou transparentnost. Další z jeho výhod je odolnost vůči působení vlhkosti, která je velkým problémem při detekci plynů z ovzduší. Pro nanesení vrstvy byla použita technika samoorganizované adsorpce polyelektrolytů. Jako Obr. č 1 – snímek povrchu ITO vrstvy pod elektronovým mikroskopem prekurzor pro tuto metodu byl použit PSS (sodium polystyrene sulfonate) jako anion a PDDA (polyadialllyldimethylammonium chlorid) jako kation. Na tuto vrstvu byla poté nanesena aktivní vrstva střídavým namáčením do roztoku nanočástic (< 50 nm) ITO a do roztoku PDDA. Vytvořená vrstva byla zkoumána pod elektronovým mikroskopem viz Obr. č 1 a bylo zjištěno, že na jejím povrchu vykazuje struktura pórovitý charakter, což je výhodné kvůli zvětšení povrchu a Graf č. 1 – nanesené vrstvy větší detekční ploše senzoru. Z grafu č. 1 je zřejmé, že frekvence během nanášení jednotlivých vrstev postupně klesá. Změna frekvence závisí na množství navázané látky na povrch senzoru. Důležitým faktorem popisujícím senzoryje jejich citlivost. Citlivost je u QCM senzorů obvykle charakterizována změnou rezonanční frekvence. Odezva senzoru na obsah vodní páry ve vzduchu je viditelná na grafu č. 2, kde je vidět znatelný pokles frekvence. Při vystavení čipu vzduchu s relativní vlhkostí 26%, odezva senzoru byla 60 – 80 Hz. Dále byl senzor vystaven NO 2 o koncentraci 10,6 ppm, zde odezva senzoru byla 30 – 50 Hz. Tuto odezvu můžeme vidět na grafu č. 3. Na základě informací z literatury lze předpokládat, že se citlivost senzoru ještě zvýší vyžíháním při teplotě 300 – 350 °C.
Graf č. 2 – citlivost senzoru na vzdušnou vlhkost
7/12
Graf č. 3 – citlivost senzoru na NO2
Analytické metody pro analýzu mrtvé vody Bc. Dominika Mertová (vedoucí práce doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.) V tomto příspěvku se zabývám postupy při stanovení jednotlivých složek tzv. „mrtvé vody“ neboli plasma activated water (PAW). Jedná se o demineralizovanou vodu exponovanou koronovému výboji plazmy, v tomto případě generovaném po dobu 30 minut o napětí na zdroji 9,4 kV a proudu udržovaném na hodnotě 300 µA. Při tomto koronovém výboji dochází v exponované vodě (pro účely této práce byl exponován 1 ml) ke generaci kyslíkových a dusíkových reaktivních částic, které následně spolu reagují až do vzniku poměrně stabilních sloučenin, které jsou nositeli baktericidních vlastností této „mrtvé vody“. Konkrétně jde o peroxid vodíku, dusičnanové a dusitanové anionty a ozon. Ve směsi se během expozice vyskytují i další sloučeniny – např. kyselina peroxodusitá – ta se však po ukončení experimentu okamžitě rozkládá. Díky zmíněným baktericidním účinkům je PAW potenciálně využitelná jako dezinfekcím, je třeba ale prozkoumat všechny její vlastnosti a závislost jak na čase expozice, tak na použitém výboji, neboť ty podle orientačních zkoušek složení PAW zásadně ovlivňují. Na základě orientačních stanovení pomocí komerčních proužků jsem odhadla přibližné meze, ve kterých se koncentrace jednotlivých komponent pohybují. Obsah dusitanových aniontů nebyl pomocí proužku zaznamenán vůbec, bylo však třeba toto zjištění potvrdit. Ke stanovení dusitanů jsem zvolila selektivní metodu používanou v analýze pitných vod, která je založena na diazotaci kyselinou sulfanilovou a kopulační reakci s činidlem N-(1-naftyl)-ethylendiamindihydrochlorid za vzniku barevného produktu – azobarviva, jehož absorbance byla následně změřena spektrofotometricky při 550 nm. Tato metoda je výhodná svým poměrně nízkým detekčním limitem. Na základě měření jsem mohla potvrdit, že NO 2- se v PAW, kterou pro svou práci používám, vyskytuje pouze v zanedbatelném množství, menším než 0,01 mg/l, a proto jsem je v dalších analýzách nezahrnovala. Druhý z produktů reakcí dusíkových částic, tedy dusičnanové anionty, se naopak podle orientační zkoušky v mrtvé vodě vyskytovaly v množství větším než 500 mg/l – pro jejich stanovení jsem tedy nakonec zvolila potenciometrické stanovení pomocí skleněné elektrody, kdy jsem dvacetkrát zředěný vzorek titrovala vhodně naředěným roztokem NaOH (c = 0,001 M) do neutrálního pH, tedy do hodnoty 0 V. Pro stanovení produktů kyslíkových částic generovaných výbojem bylo třeba vymyslet, jak stanovit samotný H2O2 od ostatních produktů, jako je zmíněný O3. Takové selektivní stanovení je možné díky reakci s Ti(SO4)2, při které vzniká žlutý produkt kvantifikovatelný spektrofotometricky při 410 nm. Celkovou oxidační mohutnost PAW, do které se dá zahrnout H 2O2, O3 a NO2- (i když ten pouze v zanedbatelném množství), jsem pak stanovovala manganometrickou titrací odměrným roztokem KMnO4. Závěrem tohoto příspěvku je tedy průkaz, že metody jsou dostatečně opakovatelné pro praktické využití k analýze vzorků tohoto typu a zároveň i potvrzení závislosti koncentrace analytů na čase – H2O2 je postupně rozložen na vodu a O 2, všechen ozon se taktéž přemění na O 2, dusitany se oxidují na dusičnany, které dále přecházejí na plynné oxidy dusíku. Stáří vzorku [týden]
c H2O2 [mg/l]
c NO3[mg/l]
c NO2[mg/l]
c oxidans [mg/l]
0
36±2
520±20
< 0,01
48±5
1
34±2
520±20
< 0,01
50±5
2 32±2 520±20 < 0,01 Složení mrtvé vody v závislosti na stáří vzorku
42±5
8/12
Elektronová mikroanalýza kosterních pozůstatků Anna Petrová (vedoucí práce Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.) Ve forenzních vědách lze skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) v kombinaci s energiově disperzní spektrometrií (EDS) využít k identifikaci a mikroanalýze kosterních pozůstatků nalezených na místě činu. Pomocí těchto technik je tedy možné od sebe rozlišit lidské a zvířecí kosti a v případě zvířecích kostí určit, ze kterého zvířete pochází. Identifikace probíhá nejčastěji na základě struktury a složení kostní matrix, protože buňky kostní tkáně působením vnějších vlivů po určité době degradují. Při interakci koncentrovaného svazku urychlených primárních elektronů s atomy pozorovaného vzorku vznikají, mimo jiné, sekundární elektrony, zpětně odražené elektrony a charakteristické rentgenové záření. Pomocí SEM, která využívá zpětně odražených a sekundárních elektronů, můžeme sledovat povrchovou strukturu kosti. Díky EDS, která detekuje rentgenové záření, dostáváme informaci o prvkovém složení zkoumaného vzorku. Tato práce se zabývá úvodními experimenty a úpravou vzorku hovězí kosti pro elektronovou mikroanalýzu. Základní podmínkou pro měření je, že vzorky musí být dobře vodivé, vysušené a odmaštěné. Měření probíhá za vysokého vakua, Obr. 1 Volkmannův kanálek, 5000× kde by se voda a další těkavé látky z vlhkých preparátů uvolňovaly. Vzorek hovězí kosti byl proto odmaštěn vařením v 15% peroxidu vodíku po dobu jedné hodiny. Následně byl mechanicky rozdělen na menší části, které byly upevněny na nosné terčíky pomocí měděné pásky a stříbrné pasty. Kostní tkáň, jakožto biologický materiál, je elektricky nevodivá. Při dopadu primárního svazku elektronů tak dochází k elektrickému nabíjení a zahřívání povrchu, čímž dochází k deformaci získaných snímků povrchu. Pro zvýšení vodivosti byly proto vzorky pokoveny tenkou vrstvou zlata o tloušťce 5 nm. Mikroskopovány byly dva vzorky, jeden obsahující kompaktní část kosti a druhý spongiózní část kosti. Jako optimální urychlovací napětí bylo zvoleno 15 kV pro kompaktní kost a 3 kV pro kost spongiózní. Při 30 kV již docházelo k radiačnímu poškození vzorku. Z analýzy EDS vyplynulo, že vzorek obsahoval prvky O, Ca, C, P, N, Mg, Na s průměrným atomárním zastoupením (42,6 ± 3,4)%, (12,5 ± 0,7)%, (30,9 ± 1,9)%, (6,6 ± 0,4)%, (6,7 ± 0,7)%, (0,40 ± 0,05)%, (0,40 ± 0,05)%. Tyto prvky lze přiřadit minerálům jako je bioapatit, který se v kostní tkáni vyskytuje zhruba v 60 %, sodík (0,7 %) a hořčík (0,5 %), dále organickým látkám kolagenu (20 %) a nekolagenním proteinům (3 %). Bioapatit se svým složením nejvíce podobá hydroxylapatitu (Ca5(PO4)3OH), ale obvykle obsahuje i jiné prvky.
9/12
Příprava a charakterizace 3D struktur polypyrrolu Stanislav Valtera (vedoucí práce Ing. Kopecká Jitka, Ph.D.) Vodivé polymery vznikají oxidační polymerací, při které nejdříve dochází k propojení jednotlivých monomerů a následně k oxidaci vzniklého polymeru za vzniku nabité molekuly (polaronu). Náboj je zde kompenzován proti-ionty, ty mohou pocházet z oxidačního činidla nebo jiné látky, tak vzniká primární struktura polymeru. Volbou reakčních podmínek, jako je teplota, koncentrace atd., je možné cíleně ovlivnit sekundární strukturu i fyzikální vlastnosti polymeru. Cílem práce bylo studium vlivu koncentrace azobarviva Sunset Yellow (SY), používaného jako potravinářské barvivo (E110), na složení, morfologii a vodivost nano- a mikrostrukturovaného polypyrrolu. Zmíněné azobarvivo tvoří díky inter- a intramolekulárním interakcím složitější struktury, které slouží jako tzv. měkká šablona. Tato šablona vzniká a zaniká v průběhu reakce a její uspořádání je závislé na koncentraci příslušného azobarviva, rekční teplotě, ale i mnoha dalších parametrech. Polymer byl syntetizován ve vodném prostředí. Do roztoku SY o požadované koncentraci, bylo přidáno oxidační činidlo a dále bylo po částech přidáváno ekvimolární množství monomeru, pyrrolu. Směs se nechala reagovat 1 den a následně se 2 dny čistila Soxhletovou extrakcí pomocí acetonu. U vysušeného vzorku byly charakterizovány jeho vlastnosti pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a energiově disperzní spektrometrie (EDX) a měřením elektrické vodivosti metodou Van der Pauw. Pomocí SEM bylo zjištěno, že při určitých koncentrací azobarviva (okolo 5 mM) vznikají téměř dokonale pravidelné 3D útvary o velikosti 10 µm (obr. 1) s rostoucí koncentrací azobarviva v reakční směsi dochází ke snížení pravidelnosti, při nejvyšších studovaných koncentrací (50 mM) již převažují 2D struktury. Prvková analýza byla provedena pomocí EDX. Zjištěny byly hlavně atomy C a N jakožto složky polymeru, ale i S, která ve vzorku zůstala v podobě azobarviva jako proti-iont (zejména při nízkých koncentracích azobarviva), částečně jako kompozitní příměs (zejména při vysokých koncentracích azobarviva). Vzorky obsahovaly 1 molekulu zbývajícího barviva na 7 až 16 pyrrolových kruhů, což odpovídá 25 až 40 hm.% Obrázek 1: 3D struktury polypyrrolu azobarviva ve vzorku. Elektrická vodivost byla měřena na slisovaných tabletách válcového tvaru o výšce maximálně 1 mm. Využito bylo 4 bodové metody van der Pauw. Elektrická vodivost PPy syntetizovaného v přítomnosti SY vykazovala vodivost v rozmezí 3 – 17 S/cm. Změřena byla také závislost relativního úbytku vodivosti v čase (obr. 2), která vykazuje postupný klesající trend.
Obrázek 2: Graf závislosti relativní vodivosti na čase
10/12
Analýza prvkového složení temperových barev pomocí energiově disperzní spektrometrie Lenka Voltrová (vedoucí práce Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.) Vyšetřování autenticity uměleckých děl je jednou z nejzajímavějších oblastí mikroskopického zkoumání, jelikož objekty vytvořené určitou osobností mají ohromnou finanční hodnotu. Možnost nabytí velkého obnosu peněz je motivací pro padělatele, jejichž výtvory bývají okem běžného pozorovatele nerozeznatelné od originálu. Naštěstí mají odborníci na vyšetřování falzifikátů ve svém arzenálu několik zbraní, jimiž mohou padělatelství učinit přítrž. Jednou z technik rutinně využívaných při odhalování uměleckých falz je technika skenovací elektronové mikroskopie v kombinaci s energiově disperzní spektrometrií. Výstupem je snadno interpretovatelné spektrum charakteristického rentgenového záření. Z výsledku elementární analýzy lze prokázat přítomnost určitých pigmentů, což spolu se znalostí jejich historického (popř. zeměpisného) zařazení prozradí, mohl-li být pigment použit v původním díle či nikoli. Aby bylo možné vyhodnotit složení míchaných barevných odstínů, je zapotřebí znát prvkové složení barev základních. V této práci byla provedena screeningová analýza deseti mistrovských temperových barev značky UMTON. Na vzduchu vysušené vzorky temper byly zafixovány na hliníkové terčíky pomocí koloidního stříbrného laku. Měření bylo provedeno v komoře skenovacího elektronového mikroskopu MIRA 3 LMH (TESCAN, CZE) vybaveného detektorem rentgenového záření XFlash® 6|10 (BRUKER, USA) při použití Obrázek 1: ukázka EDX spektra. urychlovacího napětí 30 kV. Na základě obsahu prvků specifických pro každý pigment byly odvozeny markery pro identifikaci pigmentů ve směsích. Získaná data představují odrazový můstek pro následné komplexní studium reálného obrazu, u nějž existuje podezření, že se jedná o padělek. Tabulka 1: složení temperových barev; tučně jsou vyznačeny markery pro každý pigment. pigment
C N O at.% at.% at.% běloba titanová 41,0 51,2 kraplak tmavý 49,0 42,0 okr červený 41,2 45,2 kadmium oranžové tmavé 39,4 38,9 kadmium žluté světlé 49,4 4,8 33,3 smaragdová zeleň 46,9 7,0 31,7 chromoxid ohnivý 35,1 53,9 kobalt tmavý 36,3 45,1 ultramarín tmavý 28,9 49,4 čerň kostní 48,9 40,4
11/12
Na at.%
Mg at.%
Al at.%
0,2
5,2 4,4 4,5 1,8 3,6 1,2 11,8 6,2 1,1
0,6 1,6
0,5 6,4 1,3
Si P S at.% at.% at.% 1,5 5,1
5,5 0,6
2,1
0,9 0,2 7,9 5,2 0,9 0,2 0,6 3,1 0,4
Cl at.%
K at.%
Ca Ti Cr Fe Co at.% at.% at.% at.% at.% 6,6 0,8 2,2
9,3
Cu Zn Se Cd Ba at.% at.% at.% at.% at.% 1,2 0,1 0,6 1,2
1,2
7,3 4,3
0,3
0,7 9,6 5,5 0,2
0,1
0,3 4,7
0,3
0,2
Impedanční spektroskopie medů Bc. Lenka Wiesnerová (vedoucí práce doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.) Cílem práce je rozlišení původu jednodruhových medů impedanční spektroskopií a následně porovnání chování medů při jejich falšování pomocí nejčastěji používaných metod, a to příměsí kukuřičného sirupu, škrobu nebo melasy. Práce spočívá v přípravě vzorků jak čistých medů, tak i medů s přídavkem příměsí, jejich ředění destilovanou vodou v poměru 1:5 hmotnostního poměru a analýza pomocí LCR Metru ve frekvenčním rozsahu 100 Hz až 1 MHz. Výsledky ukazují, že použitou metodou je možné jednotlivé vzorky medů od sebe odlišit, jakožto i detekovat jejich falšování. Tabulka: Vzorky pro měření, čistý med je postupně falšován přídavkem vhodné náhražky
Vzorky k analýze
0%
5%
10%
20%
Med
20 g
19 g
18 g
16 g
Přídavek
0g
1g
2g
4g
Obr. 1: Vzájemné rozlišení jednodruhových medů
Obr. 2: Příklad změny impedančního charakteru medu při jeho falšování kukuřičným sirupem
12/12
