Apuntes Geología
S. Griem-Klee (2015)

Apuntes Exploraciones Mineras

Métodos analíticos y sus aplicaciones

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Métodos de Exploración y Prospección

Capitulo
3.3

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Contenido página
Métodos analíticos
Absorción atómica
Espectrometría de emisión
ICP
Colorimetría











3. Método geoquímico de exploración  


3.3 Métodos analíticos y sus aplicaciones

El método más común para realizar un estudio de reconocimiento es el análisis de sedimentos de ríos, los métodos comunes para una investigación detallada son el análisis de suelos y el análisis de rocas. En casos especiales se analizan vapor, vegetación y agua.

La tabla siguiente compila los métodos principales (tipos de muestras geoquímicas) de la prospección geoquímica y sus aplicaciones.

Geoquimica en la prospección

Algunos de los métodos analíticos se basan en la emisión atómica (fotometría de llama, ICP) o en la absorción atómica (espectrometría de absorción atómica). En ambos fenómenos se introducirá brevemente en lo siguiente.

Espectro de emisión: se produce cuando un electrón de un átomo un elemento pasa de un nivel energético alto (capa lejana con respecto al núcleo del átomo) a un estado energético menor (capa cerca del núcleo atómico). Durante este proceso una cierta cantidad de energía es liberada o emitida en forma de una radiación, que se calcula de la manera siguiente: E = (h x c)/l à l = (h x c)/E, donde h = 6,6 x 10-34 Watt x s2 = constante de Planck (Plancksches Wirkungsquantum), c = velocidad de la luz en el vacío, l = longitud de onda. Cada línea espectral caracteriza el salto de un electrón de una capa exterior definida hacia una capa interior definida en el átomo de un elemento definido. Por ejemplo el espectro de emisión de gases incandescentes da a conocer su composición cualitativa.

Espectro de absorción: se produce cuando un electrón de un átomo de un elemento pasa de un estado energético bajo a un estado energético alto consumiendo es decir absorbiendo energía y generando una línea de absorción típica para el cambio del nivel energético y para el elemento, en que lo ocurre.


Espectometría de absorción atómica

Aparte de la determinación de los componentes principales de una muestra, el método por absorción atómica es especialmente apto para el análisis cuantitativo de trazas de más de 40 elementos metálicos con una precisión de por lo menos 2%. El limite de detección varía entre 0,1 y 1ppm.


Se basa en la producción de un estado excitado de un átomo causada por la absorción de un fotón por el átomo. Cuando luz, que contiene el espectro del elemento específico pasa por una mezcla de gas de átomos no excitados de este elemento específico, las longitudes de ondas características para este elemento son absorbidas parcialmente produciendo de tal modo el espectro de líneas característico para este elemento. Para la mayoría de los elementos el espectro de líneas se ubica en la región ultravioleta y de la luz visible del espectro electromagnético. Como la intensidad de la absorción depende directamente de la cantidad de átomos presentes y capaces de absorber, la extinción de la muestra y la concentración del elemento específico están relacionadas linealmente. A través de calibración se obtiene la concentración del elemento en la muestra.

Las partes más importantes de un espectrómetro de absorción atómica son una fuente luminosa, la unidad de absorción como la llama de acetylen, en que la muestra es atomizada o ionizada, un monocromador normalmente una rejilla, un detector (usualmente un photomultiplier), un amplificador y una unidad para grabar los resultados. La atomización de la muestra también se puede llevar a cabo en un tubo de grafito calentado, lo que para varios elementos mejora el limite de detección.


Espectrometría de emisión

Se basa en la emisión de fotones, que ocurre cuando un electrón en un estado excitado de alta energía regresa a su estado fundamental menos energético. Durante este proceso cada elemento emite un espectro de líneas con longitudes de onda características siendo en la mayoría de los elementos en el rango de la luz visible. La intensidad de la radiación resultante es proporcional a la concentración del elemento.

Un método de emisión es la fotometría de llama. La transmisión de los electrones de un estado excitado a su estado fundamental se logra calentando la muestra a temperaturas suficientemente altas. La mayoría de los elementos está caracterizada por una temperatura de excitación muy alta, la cual se establece por medio de una llama de gas y oxígeno. Una excepción son los metales alcalinos, cuya temperatura de excitación relativamente baja se produce por una llama de gas y aire. Aplicando la fotometría de llama se puede determinar exactamente las concentraciones de elementos mayores o iguales a 0,02% y alrededor de 40 elementos, principalmente metálicos con concentraciones variándose entre 100ppm y 10%.



ICP = Inductively Coupled Plasma Analysis

El análisis por plasma generado por inducción de energía de frecuencia del radio es una forma especial de la espectrometría por emisión. La atomización e ionización de la muestra se realiza por la transformación del aerosol de muestra hacia un plasma. El plasma se genera por calentamiento inductivo de un gas (usualmente argón, de vez en cuando nitrógeno) en la bobina de un generador de alta frecuencia. La temperatura de ionización es alrededor de 8000K.

La ventaja del análisis ICP es su limite muy bajo de detección. El método ICP es especialmente apropiado para la determinación de concentraciones pequeñas de elementos difíciles a atomizar como los elementos de las tierras raras (REE), los elementos alcalinotérreos, B, Si, U y Ta. Estos elementos, caracterizados por una afinidad alta respecto a oxígeno, introducidos en una llama de absorción atómica tienden a formar radicales de óxido o de hidróxido, que no se disocian más. A las altas temperaturas de ionización establecidas en el plasma no ocurre esto y se logra la atomización o la ionización de los elementos. Otras ventajas del método ICP son la determinación simultánea de varios elementos y su susceptibilidad baja con respecto a interferencias químicas. Una desventaja es su menor reproducibilidad en comparación con la espectrometría por absorción.


Colorimetría

La colorimetría se basa en la formación de compuestos coloridos en solución debido a la reacción química de un elemento con un reactivo químico específico. Si la intensidad del color es proporcional a la concentración del compuesto, se obtiene una estimación cuantitativa del elemento. La intensidad del color se mide a través de la absorción de luz de un intervalo estrecho de longitudes de onda. Como la mayoría de los reactivos coloríficos reaccionan con varios elementos se debe excluir la interferencia de otros elementos por ejemplo por separación. Comúnmente el complejo colorido es extraído de la solución acuosa y transferido hacia un solvente orgánico de tal manera concentrándolo y separándolo de numerosas interferencias.

Las ventajas de la colorimetría son su sencillez, sus bajos costos y el equipamiento portatil. Además la realización de la colorimetría no exige profesionales de alta experiencia. Las desventajas son la sensibilidad de muchos reactivos respecto a interferencias y respecto a condiciones químicas aberrantes y el hecho, que con un análisis solamente se puede determinar un elemento.

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Contenido

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Contenidos
1. Introducción
2. Remote Sensing
3. Geoquímica

3.1 Definición
3.2 Anomalía geoquímica
3.3 Analítica
3.4 Método geobotánico
3.5 Ejemplos

4. Métodos sísmicos
5. Método magnético
6. Método gravimétrico
7. Métodos eléctricos
Índice
Bibliografía

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GEYH, M.A. & SCHLEICHER, H. (1990): Absolute Age Determination. - p.43 - 47, Springer (Berlin).

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Actualizado: 3.8.2016
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