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Métodos analíticos en geoquímica (DRX-FRX) y Pegmatitas Trabajo ...

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Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>Historia<strong>Trabajo</strong> Práctico Nº 4: Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>).Wilhelm Conrad Ro<strong>en</strong>tegn, un profesor de laUniversidad de Würzburg, haci<strong>en</strong>do experim<strong>en</strong>tos conlos tubos catódicos para demostrar la exist<strong>en</strong>cia deondas y confirmar así la teoría alemana, descubre porcasualidad los rayos X.Había recubierto su tubo catódico con cartón negrotratando de ver si, tal como decía L<strong>en</strong>ard, ciertasondas salían del tubo. Muy cerca t<strong>en</strong>ía una pantallafluoresc<strong>en</strong>te con el fin de comprobarlo.Mi<strong>en</strong>tras se <strong>en</strong>contraba realizando el experim<strong>en</strong>to se sorpr<strong>en</strong>de de ver el esqueletode su mano proyectado sobre la pantalla fluoresc<strong>en</strong>te, <strong>en</strong> ese mom<strong>en</strong>to reemplazala pantalla fluoresc<strong>en</strong>te por una placa fotográfica y obti<strong>en</strong>e de esta forma laprimera placa radiológica, la primera radiografía: los huesos de su dedo <strong>en</strong> clarosobre fondo negro.Publica su trabajo y a esos rayos los llama rayos X (X es el factor desconocido porexcel<strong>en</strong>cia <strong>en</strong> álgebra). Por ello recibirá el premio Nobel de Física <strong>en</strong> 1902, por másque la naturaleza de los rayos X no se conozca hasta dieciséis años más tarde,gracias al trabajo de Max von Laue <strong>en</strong> Múnich.El descubrimi<strong>en</strong>to de Ro<strong>en</strong>tegn, que ti<strong>en</strong>e lugar <strong>en</strong> 1895, despierta <strong>en</strong>seguida un<strong>en</strong>orme interés <strong>en</strong> toda Europa. Por supuesto, sobre todo <strong>en</strong>tre los médicos, porque<strong>en</strong> adelante dispondrán de un medio de exploración del cuerpo humano, técnica queexplotan inmediatam<strong>en</strong>te, pero también <strong>en</strong>tre los físicos, intrigados por este nuevof<strong>en</strong>óm<strong>en</strong>o. Básicam<strong>en</strong>te, el descubrimi<strong>en</strong>to de Ro<strong>en</strong>tegn produce una ciertaconfusión.Se creía que Jean Perrin y Thomson habían demostrado que los rayos catódicosestaban formados por partículas y ahora Ro<strong>en</strong>tegn demuestra que también hayondas.En 1896 publicó su descubrimi<strong>en</strong>to y dio la primera demostración, de ahí <strong>en</strong>adelante, el desarrollo de las radiografías, como parte importante <strong>en</strong> los diagnósticosmédicos, fue bastante rápido. Al observar que con ellas, las zonas duras o másd<strong>en</strong>sas del cuerpo, aparecían de manera nítida <strong>en</strong> las fotografías, el campotraumatológico, principalm<strong>en</strong>te, vio posibilidades ilimitadas para mejorar su trabajodiario, como asimismo el relacionado con emerg<strong>en</strong>cias médicas. Más adelante, se ledio uso, <strong>en</strong> la detección de tumores <strong>en</strong> el organismo humano.La compr<strong>en</strong>sión de estos rayos no fue de forma rápida, paso un tiempo para seadvirtiera que los rayos X se producían cuando los electrones que formaban lacorri<strong>en</strong>te de electricidad del cátodo <strong>en</strong> el tubo se det<strong>en</strong>ían de pronto al <strong>en</strong>trar <strong>en</strong>Dra. Roquet María Belén-20121


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>contacto con el metal del ánodo. Cuando esto sucedía, los electrones cedían partede su <strong>en</strong>ergía <strong>en</strong> rayos X, de modo muy parecido a la manera <strong>en</strong> que una baladet<strong>en</strong>ida por un muro cederá su <strong>en</strong>ergía <strong>en</strong> rayos infrarrojos que se conoc<strong>en</strong> comocalor. Se determinó también que al aum<strong>en</strong>tar el voltaje aplicado al tubo, los rayos Xresultantes t<strong>en</strong>ían mayor p<strong>en</strong>etración; y experim<strong>en</strong>tos posteriores demostraron que amayor poder de p<strong>en</strong>etración de los rayos, mayor es la frecu<strong>en</strong>cia.Difracción de rayos XComo ya habíamos dicho, los rayos X se g<strong>en</strong>eran cuando los electrones colisionancon los átomos de un elem<strong>en</strong>to. La naturaleza de los rayos X dep<strong>en</strong>derá del metaldel ánodo y del voltaje aplicado. No se produc<strong>en</strong> rayos X hasta que el voltajealcance un mínimo, el cual dep<strong>en</strong>derá del material usado <strong>en</strong> el ánodo. Alcanzando elvoltaje sufici<strong>en</strong>te se producirá un espectro continuo de todas las longitudes de ondad<strong>en</strong>ominado Radiación blanca. Superpuesta a esta aparec<strong>en</strong> líneas de radiaciónque son características del material usado como ánodo. Estas líneas de mayorint<strong>en</strong>sidad que la radiación blanca, cuando el voltaje es alto, consist<strong>en</strong> <strong>en</strong> variaslongitudes de onda las cuales se pued<strong>en</strong> seleccionar a través de un filtrado. De estaforma incidirá sobre la muestra una radiación monocromática.Ley de BraggLongitud de onda de los rayos X paradifer<strong>en</strong>tes ánodosánodoKa -Å-molibd<strong>en</strong>o 0,7107cobre 1,5418cobalto 1,7902hierro 1,9373cromo 2,2909Se g<strong>en</strong>erará difracción cuando los rayos refractados sobre una superficie reticularhkl salgan vibrando <strong>en</strong> fase. Las distancias interplanares d -hkl- son característicaspara cada especie mineral y dep<strong>en</strong>d<strong>en</strong> de su estructura atómica.Dra. Roquet María Belén-20122


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>Fig. 1: geometría de la difracción de rayos XEn la fig. 1 las líneas p, p 1 y p 2 repres<strong>en</strong>tan una familia de planos atómicos hklseparados por una distancia d; los rayos aplicados sobre ellos se reflejarán segúnun ángulo de incid<strong>en</strong>cia θ, para reforzarse <strong>en</strong>tre sí y dar una reflexión registrable, losrayos reflejados deberán estar <strong>en</strong> fase. El trayecto DEF de las ondas reflejadas <strong>en</strong> Ees más largo que el ABC de las ondas que se reflejan <strong>en</strong> B, para que los dosconjuntos estén <strong>en</strong> fase, la difer<strong>en</strong>cia de paso DEF-ABC deberá ser un número<strong>en</strong>tero de longitudes de onda -nλ-. BG y BH son perp<strong>en</strong>diculares a AB y BCrespectivam<strong>en</strong>te, de manera que: AB=DG y BC=HF. Para que ambas ondas estén<strong>en</strong> fase se debe cumplir que la difer<strong>en</strong>cia de paso GE+EH=nλ; si BE=d, <strong>en</strong> eltriángulo GBE: d.s<strong>en</strong> θ= GE y <strong>en</strong> el triángulo HBE: d.s<strong>en</strong> θ= EH. Por tanto, para quelas reflexiones estén <strong>en</strong> fase, se debe cumplir que:GE+EH= 2d.s<strong>en</strong>θ= nλ-Ec. de Bragg-Métodos de polvo o policristalinoSon los más difundidos, <strong>en</strong>tre ellos los principales son: método de Debye Scherrery método del difractómetro.Método de Debye Scherrer o de la cámara de polvo: consiste <strong>en</strong> una cámaracilíndrica muy chata de 35 mm de ancho d<strong>en</strong>tro de la cual se adosa un film pegadocontra las paredes. En el c<strong>en</strong>tro se coloca el polvo del mineral a analizarperfectam<strong>en</strong>te c<strong>en</strong>trado. El equipo emite radiación durante 10-12 hs y, como lamuestra es policristalina, cada uno de los granos cumplirá con la ley de Braggproduci<strong>en</strong>do difracción <strong>en</strong> todos los planos posibles debido a que los constituy<strong>en</strong>tesestán ori<strong>en</strong>tados al azar. Al cesar la radiación se revela la película y se efectúa elDra. Roquet María Belén-20123


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>análisis; las diversas difracciones quedan cont<strong>en</strong>idas <strong>en</strong> la película como líneascurvas concéntricas <strong>en</strong>tre 2θ= 0º y 180º.Equipo Bruker D8-Advance con espejo Göebel (muestras no planas) con cámara de alta temperatura (hasta 900ºC), con ung<strong>en</strong>erador de rayos-x KRISTALLOFLEX K 760-80F (Pot<strong>en</strong>cia: 3000W, T<strong>en</strong>sión: 20-60KV y Corri<strong>en</strong>te: 5-80mA.Método del goniómetro o difractrómetro de rayos X: es actualm<strong>en</strong>te el másdifundido. La muestra, finam<strong>en</strong>te pulverizada, se coloca <strong>en</strong> un porta muestra concaladuras difer<strong>en</strong>tes según la cantidad de material disponible y se introduce <strong>en</strong> elequipo, donde es afectada a la trayectoria de un haz colimado de rayos X, undetector de los rayos difractados recoge la información y la gráfica para valores de2θ <strong>en</strong>tre 0º y 180º.Aplicando la Ley de Bragg a la lectura de los diagramas es posible calcular losvalores de d -<strong>en</strong> Å- para todos los valores angulares de radiación y así determinarlos d -hkl- del mineral que constituy<strong>en</strong> la huella dactilar de cada especie <strong>en</strong>particular.La id<strong>en</strong>tificación de la especie se realiza por comparación mediante el uso de lasfichas JCPDS -Joint Committee on Powder Diffraction Standards- recopiladas por elC<strong>en</strong>tro Internacional de Datos de Difracción. La determinación de los parámetros dered se realiza usualm<strong>en</strong>te aplicando programas computacionales a los datosobt<strong>en</strong>idos por difracción.Características y aplicación de rayos XConsiderando que el espaciami<strong>en</strong>to de longitud de onda de los rayos X y el de la redcristalina es similar, los cristales sirv<strong>en</strong> como red de difracción. La id<strong>en</strong>tificación deuna sustancia puede hacerse midi<strong>en</strong>do el ángulo de difracción de los rayos X <strong>en</strong> unared cristalina de la misma, así se puede determinar la estructura cristalina omolecular de una muestra desconocida.Análisis cualitativoLa técnica de difracción de rayos X realiza las caracterizaciones estructurales eid<strong>en</strong>tificaciones e faces cristalinas, tanto artificiales como sintéticas.El análisis cualitativo se puede realizar mediante el método d<strong>en</strong>ominado deid<strong>en</strong>tificación, comparando el espectro de difracción de la muestra desconocida conDra. Roquet María Belén-20124


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>el de una conocida, utilizando las fichas de refer<strong>en</strong>cia d<strong>en</strong>ominadas JCPDS(International C<strong>en</strong>ter for Diffracction Data).1. Establecer estados de elem<strong>en</strong>tos compon<strong>en</strong>tes (análisis composicional oanálisis de estado).2. Distinguir <strong>en</strong>tre fases mineralógicas de compuestos de igual o semejantecomposición química y su transformación.3. Distinguir <strong>en</strong>tre compuestos y sus soluciones sólidas, salvo que la muestraesté compuesta por un solo elem<strong>en</strong>to cristalino.4. Una pequeña cantidad de muestra es sufici<strong>en</strong>te y el análisis no g<strong>en</strong>eraningún cabio <strong>en</strong> el estado de la muestra.5. Pued<strong>en</strong> ser analizados por este método todas las formas <strong>en</strong> las que se<strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tr<strong>en</strong> las muestras.6. Las muestras que no pued<strong>en</strong> ser analizadas son: muestras de aire, muestrasamorfas, y compuestos <strong>en</strong> muy pocas cantidades (traza). El límite dedetección de rayos X es de 0,1 % al 10 % dep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>do la sustancia.Fluoresc<strong>en</strong>cia de rayos XLa fluoresc<strong>en</strong>cia de rayos X es un <strong>en</strong>sayo no destructivo, <strong>en</strong> el que se bombardeauna muestra con rayos X y se analiza un espectro de rayos X emitido por la muestra,conocido como la fluoresc<strong>en</strong>cia.Figura 1. Esquema de un átomo bombardeado por rayos xEn el esquema se muestra la estructura inicial de un átomo, y los cambios queocurr<strong>en</strong> cuando éste es bombardeado por rayos X. Inicialm<strong>en</strong>te, cabe destacar lanom<strong>en</strong>clatura utilizada: K, L, M designan a los orbitales <strong>en</strong> los que se ubican loselectrones según niveles de <strong>en</strong>ergía creci<strong>en</strong>te a medida que se alejan del núcleo.Cuando un rayo X incide sobre la muestra, afecta a los electrones más cercanos alnúcleo, dado que son los de m<strong>en</strong>or <strong>en</strong>ergía. Este aum<strong>en</strong>to de <strong>en</strong>ergía súbita <strong>en</strong> elloslos obliga a cambiar de orbital por uno más alejado del núcleo, o incluso abandonarel átomo.Dra. Roquet María Belén-20125


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>Luego, un electrón que está <strong>en</strong> un nivel de <strong>en</strong>ergía mayor salta hacia el interior pueshay una vacante. Dicho electrón <strong>en</strong>tonces, debe perder <strong>en</strong>ergía; y lo hace mediantela emisión de un rayo X característico. El espectro g<strong>en</strong>erado puede ser estudiado yreconocer <strong>en</strong> él la composición de la muestra, tanto <strong>en</strong> los elem<strong>en</strong>tos que laconforman como <strong>en</strong> la proporción <strong>en</strong> la que se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran. Esto se debe a que cadaelem<strong>en</strong>to de la tabla periódica g<strong>en</strong>era una radiación característica correspondi<strong>en</strong>te acada salto posible.Normalm<strong>en</strong>te ocurre que se produce un efecto cascada, puesto que el electrón quebaja de estado <strong>en</strong>ergético para ocupar el lugar vacante, también deja espacio paraque otro de mayor <strong>en</strong>ergía lo reemplace.El sistema de detección y procesami<strong>en</strong>to id<strong>en</strong>tifica la <strong>en</strong>ergía de la señal emitida porla muestra, y cu<strong>en</strong>ta el número de señales que ocurr<strong>en</strong> a una <strong>en</strong>ergía determinada,lo que determina los elem<strong>en</strong>tos que exist<strong>en</strong>, y su conc<strong>en</strong>tración, respectivam<strong>en</strong>te.Hay dos tipos de dispositivos d<strong>en</strong>tro de la fluoresc<strong>en</strong>cia de rayos x; de <strong>en</strong>ergíadispersiva (EDXRF) y de longitud de onda dispersiva (WDXRF). Los EDXRF basansu mejor desempeño <strong>en</strong> el funcionami<strong>en</strong>to del detector, por lo que utilizan detectoresde alta resolución. En cambio los WDXRF basan su resolución <strong>en</strong> la mejora de laóptica de difracción.AplicacionesLa fluoresc<strong>en</strong>cia de rayos X es ampliam<strong>en</strong>te usada <strong>en</strong> investigación, <strong>en</strong> la industria,y por aseguradoras (para el contrato de seguro de piezas valiosas). Algunos de losusos cercanos que ti<strong>en</strong>e es la determinación del cont<strong>en</strong>ido de Fe <strong>en</strong> la leche <strong>en</strong>polvo, y de minerales es<strong>en</strong>ciales <strong>en</strong> los suplem<strong>en</strong>tos vitamínicos; <strong>en</strong>tre variasaplicaciones <strong>en</strong> el área de alim<strong>en</strong>tos. También es usado para id<strong>en</strong>tificarcomposiciones de evid<strong>en</strong>cias <strong>en</strong> esc<strong>en</strong>as del crim<strong>en</strong>.Otras aplicaciones interesantes son la detección de elem<strong>en</strong>tos tóxicos <strong>en</strong>cosméticos; id<strong>en</strong>tificación de drogas; análisis de aleaciones metálicas, soldaduras,etc. Por lo mismo es utilizada <strong>en</strong> la industria para hacer un control de calidad.En el área de la geología es de gran importancia. Hay equipos portátiles que pued<strong>en</strong>ser utilizados <strong>en</strong> el exterior sin problemas, y que son muy útiles <strong>en</strong> este campo paraid<strong>en</strong>tificar con claridad composiciones de piedras y materiales. También <strong>en</strong> el áreade investigación; el análisis de <strong>FRX</strong> es una alternativa válida al de <strong>DRX</strong>, dado queti<strong>en</strong><strong>en</strong> el mismo objetivo.Con <strong>FRX</strong> puede medirse virtualm<strong>en</strong>te cualquier elem<strong>en</strong>to <strong>en</strong>tre Na y Pu.Entre sus v<strong>en</strong>tajas, podemos destacar que su campo de aplicación es para cualquierelem<strong>en</strong>to de número atómico mayor que 4 (berilio). Su simplicidad reside <strong>en</strong> que elespectro de emisión de rayos X es muy s<strong>en</strong>cillo de obt<strong>en</strong>er y de interpretar, por loque la posición de las líneas no dep<strong>en</strong>de del tipo de compuesto ni por el estadofísico que pres<strong>en</strong>te. Las interfer<strong>en</strong>cias espectrales son relativam<strong>en</strong>te infrecu<strong>en</strong>tes,aunque hay que considerar los posibles efectos de matriz que pued<strong>en</strong> suponerefectos de absorción y de refuerzo de las líneas analíticas.Se trata de un método no destructivo <strong>en</strong> el s<strong>en</strong>tido de que la muestra no sufre dañosdurante el análisis. Es además no destructivo <strong>en</strong> el s<strong>en</strong>tido de que frecu<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>t<strong>en</strong>o es necesaria la toma de muestras, por lo que el equipo puede ser dispuesto paraacomodar objetos de grandes dim<strong>en</strong>siones. Las muestras analizadas pued<strong>en</strong> volverDra. Roquet María Belén-20126


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>analizarse las veces que se desee sin que sufran daños (muestras patrones, piedraspreciosas, pruebas judiciales, objetos de arte, antigüedades, etc). Exist<strong>en</strong> ciertaslimitaciones a este carácter no destructivo, ya que algunos materiales pued<strong>en</strong>deteriorarse cuando están sometidos durante largos periodos a una int<strong>en</strong>sairradiación con rayos X.Las muestras pued<strong>en</strong> <strong>en</strong>contrarse <strong>en</strong> una gran variedad de formas, tales comosólidos, pastillas, polvos, líquidos, películas finas e incluso gases. El material puedeser metal, mineral, cerámico, vidrio, plástico, tela, papel, etc. La forma y tamañotambién puede ser muy variable. Es aplicable a un rango de conc<strong>en</strong>traciones amplio,desde 0,001 % hasta 100%, <strong>en</strong> los casos más favorables. Es sufici<strong>en</strong>te laconstrucción de una única recta de calibrado para todo el intervalo deconc<strong>en</strong>traciones sin necesidad de dividirlo por zonas. La s<strong>en</strong>sibilidad es mayorcuanto mayor es el número atómico del elem<strong>en</strong>to pres<strong>en</strong>te y m<strong>en</strong>ores los númerosatómicos de los que forman la matriz.Para el análisis cualitativo, el ángulo que formado <strong>en</strong>tre el cristal y la radiación defluoresc<strong>en</strong>cia incid<strong>en</strong>te se aum<strong>en</strong>ta de forma gradual, para que las líneas defluoresc<strong>en</strong>cia apropiadas se reflej<strong>en</strong> a ciertos ángulos bi<strong>en</strong> definidos. En unaoperación automática, la int<strong>en</strong>sidad se registra <strong>en</strong> una gráfica <strong>en</strong>rollada <strong>en</strong> forma deuna serie de picos, que correspond<strong>en</strong> a líneas de fluoresc<strong>en</strong>cia superpuestas a unaradiación de fondo que se produce por la dispersión g<strong>en</strong>eral. La gráfica tambiénregistra la posición angular del detector <strong>en</strong> grados del ángulo 2θ. Los datosadicionales para la id<strong>en</strong>tificación se pued<strong>en</strong> obt<strong>en</strong>er a partir de las alturas relativas(o áreas relativas <strong>en</strong> algunos casos especiales) de los picos, del pot<strong>en</strong>cial deexcitación crítico y del análisis de las alturas de los impulsos.Para el análisis cuantitativo se mide la int<strong>en</strong>sidad de una línea característica delelem<strong>en</strong>to analizado. Se fija el goniómetro a 2θ del pico y se recog<strong>en</strong> los conteospara un periodo de tiempo fijo, o se mide el tiempo necesario para recoger undeterminado número de cu<strong>en</strong>tas. A continuación se fija el goniómetro <strong>en</strong> unaposición cercana del espectro, <strong>en</strong> donde una exploración previa haya mostrado quesolo existe radiación de fondo. Normalm<strong>en</strong>te pued<strong>en</strong> acumularse 200.000 cu<strong>en</strong>tas<strong>en</strong> 1 o 2 minutos para los principales elem<strong>en</strong>tos de una muestra, mi<strong>en</strong>tras que lascu<strong>en</strong>tas de la radiación de fondo requier<strong>en</strong> más tiempo de análisis. La int<strong>en</strong>sidad delínea neta, es decir, del pico m<strong>en</strong>os el fondo, expresada <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>tas por segundo, serelaciona con la conc<strong>en</strong>tración del elem<strong>en</strong>to por medio de una curva de calibración.El tamaño y la forma de las partículas son importantes y determinan el grado deabsorción o dispersión del haz incid<strong>en</strong>te. Los patrones y las muestras deb<strong>en</strong> molersea la misma finura de malla, de modo que los errores causados por las difer<strong>en</strong>cias <strong>en</strong>la d<strong>en</strong>sidad apar<strong>en</strong>te pued<strong>en</strong> evitarse adicionando un patrón interno a la muestra.Los polvos se pr<strong>en</strong>san <strong>en</strong> forma de pastillas <strong>en</strong> una pr<strong>en</strong>sa para muestrasmetalográficas, o se transforman <strong>en</strong> una solución sólida fundiéndolos con bórax. Lasmuestras líquidas son de más fácil manejo, por lo que si un sólido puede disolverse<strong>en</strong> forma conv<strong>en</strong>i<strong>en</strong>te, su análisis se simplifica bastante y se mejora la precisión del<strong>en</strong>sayo. Las muestras líquidas deb<strong>en</strong> ser de un espesor bastante grande para queactú<strong>en</strong> como infinitam<strong>en</strong>te gruesas para el haz de rayos X primarios; el disolv<strong>en</strong>te nodebe cont<strong>en</strong>er átomos pesados, por lo que el ácido nítrico y el agua son superioresal ácido sulfúrico o al clorhídrico.Dra. Roquet María Belén-20127


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>El análisis de fluoresc<strong>en</strong>cia de rayos X es lo bastante preciso como para competir <strong>en</strong>exactitud con los métodos químicos por vía húmeda para el análisis de losconstituy<strong>en</strong>tes principales. Por otro lado, es difícil detectar un elem<strong>en</strong>to que estépres<strong>en</strong>te <strong>en</strong> m<strong>en</strong>os de 100 ppm. El método es atractivo para elem<strong>en</strong>tos que noti<strong>en</strong><strong>en</strong> métodos químicos húmedos precisos, elem<strong>en</strong>tos tales como sodio, niobio,tántalio y las tierras raras. A m<strong>en</strong>udo se utiliza como un procedimi<strong>en</strong>tocomplem<strong>en</strong>tario de la espectrometría de emisión óptica, particularm<strong>en</strong>te para losconstituy<strong>en</strong>tes principales, y también para el análisis de muestras no metálicas, yaque ésta no necesita ser un conductor eléctrico. Para contrarrestar la absorción <strong>en</strong> elaire de los elem<strong>en</strong>tos de número atómico inferior a 21, la presión de operación debeser de 0,1 torr., aunque, aún así, por debajo del magnesio la transmisión esseriam<strong>en</strong>te at<strong>en</strong>uada a pesar de que el método se ha ext<strong>en</strong>dido hasta el boro.El análisis simultáneo de varios elem<strong>en</strong>tos es posible por medio de equiposautomáticos, que dispon<strong>en</strong> de monocromadores semifijos con sistemas ópticosmontados <strong>en</strong> torno a un tubo de rayos X c<strong>en</strong>tralm<strong>en</strong>te localizado alrededor de laposición de la muestra. Cada cristal se ajusta para reflejar una línea fluoresc<strong>en</strong>te asu detector asociado. Una unidad registradora compatible permite que ambasseñales, la de rayos X y la óptica, sean registradas <strong>en</strong> el mismo dispositivo.Se pued<strong>en</strong> emplear espectrómetros no dispersantes <strong>en</strong> el caso de ciertas muestras<strong>en</strong> donde están pres<strong>en</strong>tes sólo unos cuantos elem<strong>en</strong>tos y sus líneas de rayos X se<strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran ampliam<strong>en</strong>te separadas <strong>en</strong> longitud de onda, el cristal analizador puedeeliminarse y emplear <strong>en</strong> su lugar el discriminador de alturas de impulsos. Paracomposiciones mayores de 1% y elem<strong>en</strong>tos separados unos pocos númerosatómicos, el análisis no dispersante resulta muy útil, porque la int<strong>en</strong>sidad final esmucho mayor que <strong>en</strong> el caso anterior.Entre sus desv<strong>en</strong>tajas y limitaciones, se cita la necesidad de disponer de patronesg<strong>en</strong>eralm<strong>en</strong>te caros, aunque no se deterioran; además, existe una ciertaproblemática <strong>en</strong> el análisis de los elem<strong>en</strong>tos ligeros, por su baja s<strong>en</strong>sibilidad debidaa f<strong>en</strong>óm<strong>en</strong>os de absorción. Como la p<strong>en</strong>etración es baja, pued<strong>en</strong> influir efectos demicro heterog<strong>en</strong>eidad, por el tamaño de partícula y textura de la superficie, lo quesupone una variación de una muestra a otra. Al establecer la técnica analítica, comoya se ha indicado, es necesario contemplar los efectos de matriz (absorción yrefuerzo) por el gran número de parámetros a considerar. Por último, com<strong>en</strong>tar queel coste de la instrum<strong>en</strong>tación es bastante elevado, y además requiere equipoadicional (hornos, molinos, pr<strong>en</strong>sas, etc) para la preparación de las muestras, juntocon acondicionadores de aire, compon<strong>en</strong>tes y accesorios caros.Curva de calibradoLa curva de calibrado (fig. 4), es un método de química analítica empleado paramedir la conc<strong>en</strong>tración de una sustancia <strong>en</strong> una muestra por comparación con unaserie de elem<strong>en</strong>tos de conc<strong>en</strong>tración conocida. Se basa <strong>en</strong> la exist<strong>en</strong>cia de unarelación <strong>en</strong> principio lineal <strong>en</strong>tre un carácter medible (por ejemplo la absorbancia <strong>en</strong>los <strong>en</strong>foques de espectrofotometría) y la variable a determinar (la conc<strong>en</strong>tración).Para ello, se efectúan diluciones de unas muestras de cont<strong>en</strong>ido conocido y seproduce su lectura y el consigui<strong>en</strong>te establecimi<strong>en</strong>to de una función matemática querelacione ambas; después, se lee el mismo carácter <strong>en</strong> la muestra problema y,mediante la sustitución de la variable indep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>te de esa función, se obti<strong>en</strong>e laconc<strong>en</strong>tración de esta. Se dice pues que la respuesta de la muestra puedeDra. Roquet María Belén-20128


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>cuantificarse y, empleando la curva de calibración, se puede interpolar el dato de lamuestra problema hasta <strong>en</strong>contrar la conc<strong>en</strong>tración del analito.Figura 4. Curva de calibrado respuesta (ord<strong>en</strong>adas) fr<strong>en</strong>te a conc<strong>en</strong>tración (abscisas) donde los puntos rojosproced<strong>en</strong> de la lectura del material estándar y el cuadrado azul es leído por interpolación de los datos previos.Dra. Roquet María Belén-20129


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong><strong>Pegmatitas</strong>Las pegmatitas graníticas son rocas ígneas ácidas, de textura holocristalina,caracterizadas por una extrema heterog<strong>en</strong>eidad <strong>en</strong> su fábrica y mineralogía;normalm<strong>en</strong>te están <strong>en</strong>riquecidas <strong>en</strong> elem<strong>en</strong>tos exóticos como Li, Rb, Cs, Be, Ga, Sc, Y,Sn, Nb, Ta, U, Th, Zr, Hf y ETR (elem<strong>en</strong>tos de tierras raras). El cont<strong>en</strong>ido <strong>en</strong> elem<strong>en</strong>tosde alta tecnología y la extrema pureza de los d<strong>en</strong>ominados minerales cerámicos(cuarzo, feldespatos y micas), <strong>en</strong> combinación con el tipo de granometría, se hanconvertido <strong>en</strong> los principales factores que actualm<strong>en</strong>te favorec<strong>en</strong> la explotación de estetipo de depósitos.Tamaño y forma de las pegmatitas graníticasLas dim<strong>en</strong>siones que pres<strong>en</strong>tan las pegmatitas graníticas pued<strong>en</strong> variar desdeaquellas que conforman v<strong>en</strong>illas incipi<strong>en</strong>tes hasta aflorami<strong>en</strong>tos del ord<strong>en</strong> del km 2 ,como es el caso de la pegmatita Bikita <strong>en</strong> Zimbawe, con 2,1 km de largo y 300 m deancho (Černý, 1982).Según Chadwick (1958), Černý (1982) y Brisbin (1986), las pegmatitas graníticaspres<strong>en</strong>tan formas variadas debido a factores condicionantes tales como laprofundidad de emplazami<strong>en</strong>to, las propiedades mecánicas de la roca de caja, larelación <strong>en</strong>tre la presión litostática y la presión del magma y el régim<strong>en</strong> tectónicometamórficodurante el período de emplazami<strong>en</strong>to.Estructura internaLas pegmatitas graníticas, especialm<strong>en</strong>te aquellas con mineralización de importanciaeconómica, pres<strong>en</strong>tan zonaciones internas y unidades de reemplazo. Heinrich (1948) yCameron et al. (1949), reconocieron que <strong>en</strong> la estructura interna de una pegmatitapued<strong>en</strong> difer<strong>en</strong>ciarse: (1) zonas de cristalización primaria: dispuestas desde el marg<strong>en</strong>hacia ad<strong>en</strong>tro y compuestas por zonas de borde, externa, intermedia (externa, media einterna) y núcleo; (2) cuerpos de reemplazo formados a exp<strong>en</strong>sas de unidadespreexist<strong>en</strong>tes, con un control litológico o estructural; y (3) fracturas dilatadas yrell<strong>en</strong>adas posteriorm<strong>en</strong>te.La estructura interna de un cuerpo pegmatítico puede ser simple o compleja y secaracteriza por pres<strong>en</strong>tar zonas que quedan definidas por variaciones texturales y/omineralógicas. Las unidades de reemplazo <strong>en</strong> muchos casos suel<strong>en</strong> ser muy ext<strong>en</strong>sasy difíciles de id<strong>en</strong>tificar; contrariam<strong>en</strong>te, las unidades de rell<strong>en</strong>o son fáciles de reconocery se caracterizan por ser escasas y volumétricam<strong>en</strong>te insignificantes. La figura 2repres<strong>en</strong>ta un esquema clásico de zonación interna.Dra. Roquet María Belén-201210


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>Figura 2. Repres<strong>en</strong>tación esquemática de la estructura interna de unapegmatita. Modificado de Černý (1991a).Norton (1983) propone 9 unidades para describir la estructura interna de una pegmatita,<strong>en</strong> base a la mineralización exist<strong>en</strong>te <strong>en</strong> las difer<strong>en</strong>tes zonas. Las asociacionesminerales que caracterizan a estas unidades son: (1) plagioclasa, cuarzo, muscovita; (2)plagioclasa, cuarzo; (3) cuarzo, pertita, plagioclasa; (4) pertita, cuarzo; (5) cuarzo,plagioclasa, pertita, espodum<strong>en</strong>o (o petalita), ambligonita; (6) cuarzo espodum<strong>en</strong>o (opetalita); (7) cuarzo, microclino (o pertita); (8) cuarzo; y (9) lepidolita o mica de litio,plagioclasa, cuarzo, microclino. Esta secu<strong>en</strong>cia, de carácter muy g<strong>en</strong>eralizado, puederesultar ideal para trabajos de campo, <strong>en</strong> el caso de no advertirse variaciones texturalessignificativas.MineralogíaLa mineralización de las pegmatitas graníticas puede ser variada; <strong>en</strong>tre los mineralesmás comunes se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran los feldespatos alcalinos, el cuarzo y <strong>en</strong> formasubordinada los minerales del grupo de las micas. La mineralización accesoria estácaracterizada por la exist<strong>en</strong>cia de fases con compon<strong>en</strong>tes móviles, de metalesalcalinos, de elem<strong>en</strong>tos raros y volátiles <strong>en</strong>riquecidos <strong>en</strong> H 2 O, F 2 , B 2 O 3 , Cl 2 , P 2 O 5 ,(Černý, 1991a).En términos de sistemática mineral, los silicatos, fosfatos y óxidos metálicos, sonpredominantes sobre las otras clases. Si bi<strong>en</strong> los silicatos compon<strong>en</strong> la porciónvolumétricam<strong>en</strong>te más importante, son superados <strong>en</strong> número de especies por la clasefosfatos (Černý, 1982). Según Moore y Molin Case (1974), cada tipo de pegmatitagranítica conti<strong>en</strong>e una asociación de fosfatos primarios característicos: serie triplitalitiofilitaes predominante <strong>en</strong> pegmatitas ricas <strong>en</strong> Li; wyllieita y dickinsonita-arrojadita sondominantes <strong>en</strong> pegmatitas ricas <strong>en</strong> Na y graftonita-beusita y sarcopsido prevalec<strong>en</strong> <strong>en</strong>pegmatitas ricas <strong>en</strong> Ca; de cada una de estas asociaciones primarias se derivan fasesmetasomáticas e hidrotermales <strong>en</strong> condiciones de oxidación y no oxidación, g<strong>en</strong>erandomúltiples asociaciones de fosfatos secundarios.Finalm<strong>en</strong>te, es importante m<strong>en</strong>cionar que las pegmatitas graníticas, además depres<strong>en</strong>tar una mineralización variada, son portadoras <strong>en</strong> muchas ocasiones de especiesminerales que no se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran <strong>en</strong> otro tipo de depósitos, como por ejemplo: fasesDra. Roquet María Belén-201211


Métodos analíticos <strong>en</strong> geoquímica (<strong>DRX</strong>-<strong>FRX</strong>) y <strong>Pegmatitas</strong>complejas de Ti, Nb, Ta, ETR (estibiotantalita, bismutotantalita, simpsonita); mineralesricos <strong>en</strong> Li (pollucita, espodum<strong>en</strong>o, elbaíta, eucriptita) y especies ricas <strong>en</strong> B (rhodizita,hambergita, manandonita), (Černý, 1982).Dra. Roquet María Belén-201212

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