PROCEDIMIENTOS ANALÍTICOS EN GEOQUIMICA ISOTOPICA (Isótopos pesados)

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1 PROCEDIMIENTOS ANALÍTICOS EN GEOQUIMICA ISOTOPICA (Isótopos pesados)

2 1.Elegir el método en función del tipo de material que se va a analizar. 2.Determinar los factores que pueden afectar las relaciones isotópicas, P. ej. La estratigrafía, intemperismo, metamorfismo, etc. 3.Evitar trabajar con rocas alteradas, que hayan tenido contacto con agua, que no contengan vetillas secundarias. 4.Etiquetar las muestras. 5.Contar por lo menos con 10-30 kg de muestra de roca. CONSIDERACIONES IMPORTANTES

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4 PREPARACIÓN MECÁNICA Base: Muestra de roca (5-25 kg) PROCEDIMIENTO 1.Lavar la muestra con agua destilada. 2.Quebrar la muestra en la trituradora de quijadas (fragmentos de 2-3 cm). 3.Triturar la muestra 4.Homogeneizar y cuartear la muestra para obtener 3 alícuotas representativas de 50 – 70 g (almacenar la muestra en bolsas de plástico).

5 ANALÍSIS DE ROCA TOTAL 6. Almacenar el resto de la muestra en bolsas de plástico. 7. Moler con pulverizador a  60  m  3 fracciones a) Alícuota para precontaminar y se desecha b) Alícuota para FRX c) Alícuota para geoquímica de isotopos 8. Alicuotización con un cuarteador pequeño hasta 100-150 mg. Se almacena en frascos de vidrio previamente lavados con HNO 3.

6 Molino con disco de Al 2 O 3 Quebradora de aceroMolino de rodillos

7 ágata acero carburo de tungsteno Variedades de morteros utilizados en la pulverización de rocas

8 Elementos contaminantes durante el uso de los diferentes tipos de morteros

9 ANÁLISIS PARA MINERALES Se recomienda realizar una observación previa en lámina delgada 1. Separación de fracciones utilizando tamices de 30, 60, 80, 100 malla; 1 malla: 0.0025 mm (80-100 mallas = 0.2-0.15 mm) Biotitas y hornblenda normalmente se separan entre 80-100 mallas Zircón, Titanita, Rutilo y Piroxeno  100 mallas 2. Separador magnético Frantz. Separa minerales, utilizando las distintas susceptibilidades magnéticas de los minerales. 3. Mesa Wilfley. Separa minerales por distintas densidades vía húmeda. 4. Mesa vibradora. Separa minerales por forma, los minerales tabulares son separados de los minerales prismáticos. 5. Líquidos pesados o de densidades variables. Separa minerales en base a su densidad.

10 Mesa tipo Wilfley

11 Separación por líquidos pesados: Bromoformo Yoduro de metano Solución Clerici (muy toxica) Politungstato de sodio

12 Separador magnético tipo Frantz

13 Ferromagnéticos: magnetita Paramagnéticos: aumentan poco el campo magnético (Granate, titanita, piroxeno, hornblenda, biotita) Diamagnéticos: disminuyen el campo magnético circon, rutilo, cuarzo

14 Tipos de concentrados: Mica Feldespato de potasio Plagioclasa Granate Circón Apatito Hornblenda Vidrios

15 PREPARACIÓN QUÍMICA Roca total: Pesar  50 – 150 mg Minerales: p. ej. Biotita  50-80 mg

16 1.Pesar la muestra en bombas de teflón en una balanza analítica de cinco dígitos (50-150 mg). 2.Digerir en ácidos (HF/HNO 3 y HClO 4 ) para disolver la muestra. 3.Dejar 48 horas (en la bomba de teflón tapada a 90°C) o bombas Parr (a 250°C en el horno) y se generan fluoruros. 4.Abrir las bombas y evaporar el ácido (SiF 4 ). 5.Agregar HClO 4 para eliminar los fluoruros y formar sales de HClO 4. 6.Agregar HCl 6N y calentar la muestra. Aquí se elimina el oxígeno y los elementos estarán presentes en forma de cloruros. Evaporar a sequedad total. MÉTODO Rb-Sr, Sm-Nd

17 7. Agregar HCl 2N y evaporar. 8. Agregar el spike o trazador en caso de que se quiera determinar la concentración de algún elemento. 9. Añadir 1 ml de HCl 2N y centrifugar. 10. Pasar por columnas de intercambio iónico (P.ej. Rb, Sr, Nd, Sm, U, Pb). 11. Cargar la muestra en los filamentos.

18 La resina de intercambio iónico es un polímero orgánico insoluble en agua al cual están unidos numerosos grupos de iones, pueden ser iones positivos y/o negativos. Iones (+) = Resina básica (intercambio aniónico) Iones (-) = Resina ácida (intercambio catiónico) En este paso se realiza la separación de los elementos deseados; ésto se hace cambiando la normalidad de los ácidos y el tipo de ácido. Los elementos se separan en forma de cloruros y en su caso nitratos. RbCl, SrCl, REECl.

19 Resina orgánica: Se sulfuran (SO 3 H). Tienen afinidad con el agua. La resina sufre una expansión y el SO 3 H se ioniza. El anión está unido a la matriz, no libera la carga tan fácilmente, entonces la movilidad del H del agua se restringe y para que un H salga debe ser reemplazado por intercambio iónico. Pej, Ca++ 2H+ Na+ H+ HCl funciona como un eluente, se separan de la resina los iones del elemento deseado con HCl.

20 PREPARACIÓN QUÍMICA Para medir la calidad de los reactivos utilizados en el proceso químico y de los procedimientos del laboratorio TIPOS: a)Blancos de aire b)Blancos de agua (MRo y MQ) c)Blancos de ácidos (HCl, HF, HNO 3, HBr, H 3 PO 4 ) d)Blancos de columna e)Blancos totales

21 Columnas de intercambio iónico tipo Sr-Spec tipo DOWEX

22 Campana de flujo laminar para la geoquímica de Pb

23 Dowex: Rb, Sr, REE La separación de Sr y Rb se realiza en columnas de intercambio catiónico usando como eluente el HCl. Un pequeño volumen de muestra es agregado a las columnas de intercambio, la resina es enjuagada con ácido hasta que el elemento deseado es liberado de la resina y la fracción es entonces colectada. La solución es evaporada hasta sequedad.

24 HCl 0.18 N 0.4 N

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26 CONDICIONES ÓPTIMAS DEL LABORATORIO a)Sistema de aire sobre- presurizado (  presión dentro del laboratorio que afuera para evitar la entrada de partículas extrañas). b)Usar agua de-ionizada (MR, MQ), y/o agua bi-destilada. c)Sistema de aire filtrado.

27 ESPECTROMETRÍA DE MASAS Principio básico. Existen dos fuentes: -Fuente sólida: Rb, Sr, Sm, Nd, U, Th, Pb -Fuente de gases: Ar, isótopos estables

28 FILAMENTO El material del que está hecho puede ser de Re, Ta, W, porque la temperatura que se utiliza es muy alta, y este tipo de material es muy resistente. La muestra se carga sobre el filamento. Carga de la muestra (1 –6  l, en HCl).

29 Carga de la muestra (ca. 50-400 ng) encima de los filamentos de Re del espectrómetro de masas

30 ESPECTRÓMETRO DE MASAS DE IONIZACIÓN TÉRMICA (NIST, FINNIGAN MAT262) Fuentes de iones: a)Evaporación b)Ionización El filamento se calienta y la muestra se evapora. La ionización provoca una elevación de la temperatura y al mismo tiempo se forma una nube de iones en un sistema de vacío.

31 La nube pasa a un sistema de lentes electromagnéticos que coliman esa nube hasta hacer que se forme un haz de iones. Se acelera el haz de iones y se dirige a un campo magnético (H). El campo magnético (Imán, es como un prisma que descompone la luz en sus masas). Para el Sr lo descompone en sus cuatro masas ( el haz es separado en sus masas y al final hay una serie de dispositivos que se llaman colectores tipo Faraday). Los iones golpean los colectores tipo Faraday y se realizan cuentas por segundo. Al llegar se produce una diferencia de potencial, se tiene un sistema de amplificación, y se miden las diferencias de potencial.

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33 La curvatura que se forma esta dada por: r 2 = m2V/ eH 2 Donde: m: masa V: Diferencia de potencial H: Campo magnético e: carga del electrón r: radio de curvatura del haz

34 Diagrama esquemático de un espectrómetro de masas

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36 Espectrómetro de masas Finnigan modelo MAT-262.

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38 Metodología para K-Ar Espectrómetro de masa con línea de purificación del Ar

39 Horno inductivo para la extracción del Ar. Alternativamente se puede usar un láser para fundir las muestras.