Článek
Zlatinka z Otavy měří jen několik milimetrů. Je nepravidelná, kovově lesklá a na první pohled vypadá přesně tak, jak bychom od zlata čekali. Jenže vzhled o jejím skutečném složení říká překvapivě málo. Proto jsme ji vzali do laboratoře.
Otava přitom není náhodné místo. Patří k českým řekám historicky spojeným s rýžováním zlata a v Pootaví se dodnes dochovaly pozůstatky starých rýžovišť. Naším cílem ale nebylo určit přesný původ zrnka. Chtěli jsme nejprve zjistit něco jednoduššího… z čeho je vlastně složeno.
Použili jsme rentgenovou fluorescenční spektrometrii, zkráceně XRF. Její výhodou je, že vzorek nemusíme rozřezat ani rozpustit. Rentgenové záření vyvolá v atomech charakteristickou odezvu a z ní lze určit přítomné prvky. V analyzované oblasti přístroj vyhodnotil přibližně 86 % zlata, 13,5 % stříbra a 0,4 % železa.
Zlatinka je tedy opravdu převážně ze zlata, ale čisté zlato to není. Přítomnost stříbra je u přírodního zlata běžná, protože oba kovy mohou vytvářet pevné roztoky. Samotná XRF analýza ale neřekne, odkud přesně zlatinka pochází ani jakou cestu urazila, než skončila v řece. K tomu by bylo potřeba více vzorků, geologický kontext a citlivější analýza stopových prvků.
Po rentgenové analýze zůstala zlatinka prakticky nezměněná. Pak jsme udělali druhý krok. Ponořili jsme ji do kapaliny a ozářili krátkými laserovými pulzy. Při laserové ablaci se z povrchu uvolňuje malé množství materiálu a přímo v kapalině mohou vznikat nanočástice.
Experiment: Od zlatinky k nanočásticím
Výsledek byl vidět pouhým okem. Kapalina nepřevzala zlatavou barvu původní zlatinky. Zpočátku se místy zbarvovala více do červena, jinde spíše do žluta, později převládla červená. To odpovídá tomu, co známe z optiky nanočástic zlata a stříbra. Zlaté nanočástice mohou vytvářet rubínově červené disperze, zatímco stříbrné nanočástice bývají typicky žlutavé.
Za těmito barvami stojí především povrchová plasmonová rezonance. Dopadající světlo může rozkmitat vodivostní elektrony v nanočástici a tím ovlivnit, které části viditelného spektra částice absorbuje a které rozptyluje. Barva přitom nezávisí jen na chemickém složení, ale také na velikosti a tvaru částic a na tom, zda zůstávají oddělené, nebo se začnou shlukovat.
O několik dní později jsme se ke vzorku vrátili. Původně červená disperze mezitím lehce zfialověla a následné měření ukázalo výrazný posun ve velikosti částic. Z původních hodnot v nižších desítkách nanometrů se objevily shluky přesahující 100 nanometrů. Materiál se tedy měnil i poté, co laser dávno zhasl.
Na začátku jsme drželi v ruce zlatinku z Otavy a její barvu považovali za samozřejmou. Na konci experimentu už barva nebyla jen tím, co jsme viděli. Byla stopou toho, co se s materiálem dělo v měřítku, do kterého lidské oko nedohlédne.
Poznámky
1) Experiment a text vznikl v rámci projektu Light, Nano, Physics, podpořeného grantem IOP International Member Grant britské fyzikální společnosti Institute of Physics (IOP).
2) Na experimentu spolupracovali studenti TUL a Lukáš Zima, majitel analyzované zlatinky.
