Gymnasieelev udgiver videnskabeligt papir med bistand fra professor

En del af at blive klassificeret som en af ​​86 offentlige institutioner i kategorien Very High Research Activity (R1) af Carnegie Classification of Institutions of Higher Education betyder at tiltrække nogle af de bedste og dygtigste forskere rundt om i verden til at komme til Texas Tech University.

Det betyder også at identificere og rekruttere nogle af de bedste unge forskningsorienterede hjerner til at komme til campus som bachelor- eller kandidatstuderende. Julia Kagiliery kunne være en af ​​dem.

Før hun kommer på college, imidlertid, junior fra Jacksonville, Florida, allerede får en forsmag på, hvordan det er at være en gennemført, udgivet forsker gennem sit arbejde med Texas Tech fakultetsmedlem David Weindorf. Sammen, sammen med hjælp fra andre forskere i hele USA, de har udgivet et papir i International Journal of Coal Geology hvor de kombinerede optiske og røntgenmetoder for at kvantificere brunkulssvovlindholdet i kul.

"Det er helt fantastisk at udgive så ung, " sagde Kagiliery, en 16-årig æresstuderende ved Episcopal School of Jacksonville. "Jeg tror, ​​at unge ofte bliver afskediget på grund af deres alder inden for alle studieretninger. Der er en form for tro på, at unge mennesker, især unge kvinder, er mindre kvalificerede til projekter som dette.

"Jeg er så taknemmelig for alle de mennesker, der har hjulpet mig i dette projekt, fordi de virkelig troede på mig. Det er noget helt særligt for mig, og det tjener som et vidnesbyrd om kraften i hårdt arbejde og vedholdenhed. Dr. Weindorf siger altid, 'Du har storhed i dig, kender det, dyrke det, Vis det.'"

Weindorf, en associeret vicepræsident i Office of Research &Innovation og en professor og BL Allen Doved Chair of Pedology i Institut for Plante- og Jordbundsvidenskab i College of Agricultural Sciences &Natural Resources, så Kagilierys passion for forskning og hendes stræben efter at få succes, da hun første gang kontaktede ham om et tidligere videnskabeligt gymnasieprojekt.

"Mit forskerhold og jeg har arbejdet med udvikling af proksimale sensorapplikationer i mere end et årti, " sagde Weindorf. "Vi betragtes bredt som internationale myndigheder i en sådan analyse. Brunkulsprojektet har været et, som jeg har haft på hjertet i flere år, men jeg havde aldrig haft de rette muligheder for at bringe det til virkelighed.

"Sandt nok, denne type forskning er meget ny."

Som andenårig, til hendes high school science fair, Kagiliery gennemførte en undersøgelse af fytoremediering af jord forurenet med motorolie ved at undersøge havhavre, der vokser langs stranden. Det var et projekt inspireret af hendes kærlighed til stranden og hendes erindring om skaden på Floridas strande i kølvandet på Deepwater Horizon-eksplosionen i 2010 og det efterfølgende olieudslip.

Det var gennem dette projekt, hun kom i forbindelse med Weindorf, efter at have læst hans papir om petroleumsdetektion i Alabama i forbindelse med Deepwater Horizon-udslippet. Hun fløj til Lubbock for at arbejde med Weindorf og den synlige nær-infrarøde (VisNIR) spektroskopiteknik for proksimal sansning.

Det var i løbet af denne tid, de to begyndte at diskutere andre sensorer, der kunne bruges, og andre materialer, der kunne testes. I betragtning af Weindorfs arbejde med proksimal sensorapplikation og brunkulsprojektet, der endnu ikke var blevet udviklet, at bruge teknikkerne på kul blev den naturlige pasform.

Projektet undersøgte nye måder at bestemme svovlindholdet i brunkul, ved hjælp af VisNIR samt bærbar røntgenfluorescens (PXRF) spektrometri og optiske sensorer såsom NixPro, som alle er relativt nye og viser data på forskellige måder, men som Weindorf siger, vinder hurtigt accept verden over for en række ansøgninger.

Men før nogen brunkulsundersøgelse kunne udføres, prøverne skulle indsamles.

Weindorf kontaktede kolleger i North Dakota for at få adgang til aktive kulminer og begyndte at samle et team af forskere til at hjælpe med projektet, herunder plante- og jordbundsvidenskabelige doktorgradskandidat Autumn Acre og senior Cynthia Jordan.

Kagiliery og de andre tog prøver fra fire forskellige miner i North Dakota og indsamlede 250 prøver over en to-dages periode. Ved at bruge laboratoriet af Eric C. Brevik ved Dickinson State University i Dickinson, North Dakota, Kagilieri jorden, tørret, mærket og delprøvet hver prøve, sende et par gram af hver prøve til laboratoriet af samarbejdspartner Nicholas Jelinski ved University of Minnesota og resten til Weindorfs laboratorium på Texas Tech.

Et par uger senere, Kagiliery fløj til Lubbock, hvor hun brugte de næste to dage på at scanne hver prøve med VisNIR, NixPro og PXRF, forsøger at finde ud af hvilken, eller hvilken kombination af metoder, bedst kan forudsige brunkulsindholdet af svovl.

Ved at skabe en model til at bestemme svovlindholdet ved at bruge alle værktøjerne, Kagiliery brugte 75 procent af prøverne til at kalibrere modellen og de resterende 25 procent til at kontrollere modellens nøjagtighed. Hun arbejdede side om side med Somsubhra Chakraborty fra Indian Institute of Technology-Kharagpur, en af ​​Weindorfs lukkede samarbejdspartnere, at evaluere flere forskellige statistiske modeller for brug af de indsamlede data.

Ud fra alle de indsamlede og analyserede data, det blev fastslået, at en kombination af den optiske NixPro-sensor og PXRF-dataene var de mest succesrige til at forudsige svovlindholdet i brunkul, med omkring 85 procents nøjagtighed, bedre end begge sensorer i sig selv.

Nøjagtig bestemmelse af svovlindholdet i kul har enorme miljøpåvirkninger, da afbrænding af kul, der indeholder rigeligt svovl, skaber svovldioxid, hvilket fører til sur regn.

"I dele af landet med begrænset bufferkapacitet, dette kan hurtigt forsure jorden, overflade vand, etc., forårsager væsentlig miljøskade, " sagde Weindorf. "Hvad vores forskning har vist er, at en bærbar, håndholdt instrument har evnen til nøjagtigt at måle svovlindholdet i brunkul. Mens vores projekt blev udført i et laboratorium for omhyggeligt at kontrollere alle variabler til videnskabelig undersøgelse, det anvendte udstyr er transportabelt i marken og kan nemt tilpasses til brug i marken. Dermed, brugen af ​​sådan teknologi i realtid til hurtig analyse af kul, i aktive miner, virker plausibelt."

Kagiliery vil begynde på college om to år allerede med et ben op over sine klassekammerater – faktisk, foran de fleste af sine jævnaldrende i USA. Hun er en offentliggjort videnskabelig forsker.

Dette projekt ser ud til kun at være begyndelsen. Hun fortsætter med at samarbejde med Weindorf om ideer til fremtidige projekter ved at bruge deres alsidighed til at undersøge problemer både på afstand og tæt på hjemmet.

"Jeg har altid vidst, at jeg ville gå ind i naturvidenskab, men det mål har altid føltes så langt væk, " sagde Kagiliery. "Jeg har aldrig rigtig tænkt så meget over, hvordan det at være videnskabsmand faktisk så ud. Denne erfaring har vist mig, hvordan det er at lave rigtig videnskab, og at jeg ikke skal vente, til jeg er færdiguddannet, for at begynde at få indflydelse.

"Dette har bestemt flyttet mine karrieremål til at være mere forsknings- og publikationsbaserede. Det har også introduceret mig til et nyt videnskabsområde. Jeg har altid vidst, at jeg nød kemi og biologi fra mine klasser i skolen og lærebøger, men jeg har for nylig fundet en kærlighed til miljøvidenskab. Det har helt sikkert åbnet mine øjne for dybden og mulighederne i min fremtid."

Med hensyn til hvor disse muligheder kan ligge kollegialt? "Mine tidligere lærere og Dr. Weindorf har lært mig om værdien af ​​mennesker i min uddannelse, " sagde Kagiliery. "Når jeg tænker på, hvordan jeg blev den forsker og studerende, som jeg er, Jeg er slået af de mennesker, der har støttet og opmuntret mig undervejs. Dr. Weindorf har været en af ​​de mest indflydelsesrige personer for mig i den henseende. Jeg ser frem til at fortsætte min forskning, hvor end det tager mig, herunder Texas Tech. Som junior, Jeg har stadig lidt tid til at overveje mine muligheder, men Texas Tech er højt på min liste."