Capitulo
3.3
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.
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.
Apuntes
- Geología
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
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