ANALÍTICOS EN EL ESTUDIO DE LOS ISÓTOPOS (Isótopos pesados) PROCEDIMIENTOS ANALÍTICOS EN EL ESTUDIO DE LOS ISÓTOPOS (Isótopos pesados)

CONSIDERACIONES IMPORTANTES Elegir el método en función del tipo de material que se va a analizar. Determinar los factores que pueden afectar las relaciones isotópicas, P. ej. La estratigrafía, intemperismo, etc. Evitar trabajar con rocas alteradas, que hayan tenido influencia del agua de río o del mar, verificar que no contengan vetillas secundarias de calcita o sílice. Etiquetar las muestras en forma adecuada. Contar por lo menos con 10-30 kg de muestra de roca.

PREPARACIÓN MECÁNICA Base: Muestra de roca (5-25 kg) PROCEDIMIENTO Descostrar la roca (prensa o martillo). En el campo se puede descostrar la roca usando como base la misma roca del afloramiento. Romper la muestra a pedazos con la forma de un puño (normal). Lavar la muestra con agua destilada. Quebrar la muestra en la trituradora de quijadas (fragmentos de 2-3 cm). Triturar la muestra usando un molino rodillos, discos de fierro o de Al2O3 (ca 1-2 mm). Homogeneizar y cuartear la muestra para obtener 3 alícuotas representativas de 50 – 70 g (almacenar la muestra en bolsas de plástico).

ANALÍSIS DE ROCA TOTAL 6. Almacenar el resto de la muestra en bolsas de plástico. 7. Moler con pulverizador a  60 mm  3 fracciones a) Alícuota para precontaminar y se desecha b) Alícuota para FRX c) Alícuota para isotopía 8. Alicuotización con un cuarteador pequeño hasta 100-150 mg. Se almacena en frascos de vidrio previamente lavados con HNO3.

Molino con disco de Al2O3 Quebradora de acero Molino de rodillos

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

Elementos contaminantes durante el uso de los diferentes tipos de morteros

ANÁLISIS PARA MINERALES Se recomienda realizar una observación previa en lámina delgada 1. Separación de fracciones utilizando tamices de 30, 60, 80, 100 mesh; 1mesh: 0.0025 mm (80-100 mesh = 0.2-0.15 mm) Biotitas y hornblenda normalmente se separan entre 80-100 mesh Zircón, Titanita, Rutilo y Piroxeno 100 mesh 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.

Mesa tipo Wilfley

Separación por líquidos pesados: Bromoformo Yoduro de metano Solución Clerici Politungstato de sodio

Separador magnético tipo Frantz

Ferromagnéticos: magnetita Paramagnéticos: aumentan poco el campo magnético (Gt, tn, px, hbl, bi) Diamagnéticos: disminuyen el campo magnético zr, rt, qz

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

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

MÉTODO Rb-Sr, Sm-Nd Digerir en ácidos (HF/HNO3 y HClO4) para disolver la muestra. 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. Abrir las bombas y evaporar el ácido (SiF4) Agregar HClO4 para eliminar los fluoruros y formar sales de HClO4. Agregar HCl 6N, calentar la muestra, aquí se elimina el oxígeno y los elementos estarán presentes en forma de cloruros, evaporar a sequedad total. Pesar la muestra en bombas de teflón en una balanza analítica de cinco digitos (50-150 mg).

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. Centrifugar. 10. Pasar por columnas de intercambio iónico (P.ej. Rb, Sr, Nd, Sm, U, Pb). 11. Cargar la muestra en los filamentos.

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.

Resina orgánica: Se sulfuran (SO3 H). Tienen afinidad con el agua. La resina sufre una expansión y el SO3H 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.

PREPARACIÓN QUÍMICA: Para medir la calidad de los reactivos utilizados en el proceso químico y de los procedimientos del laboratorio TIPOS: Blancos de ácidos (HCl, HF, HNO3) Blancos de aire Blancos de agua Blancos totales Blancos de columna

Columnas de intercambio iónico tipo DOWEX y Sr-Spec

Campana de flujo laminar para la geoquímica de Pb

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. Dowex: Rb, Sr, REE

HCl 0.18 N 0.4 N

CONDICIONES ÓPTIMAS DEL LABORATORIO Sistema de aire sobre- presurizado ( presión dentro del laboratorio que afuera para evitar la entrada de partículas extrañas) Usar agua desionizada (MQ, MR), y/o agua bidestilada Sistema de aire filtrado

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

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 ml, en HCl)

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

ESPECTRÓMETRO DE MASAS DE IONIZACIÓN TÉRMICA (NIST, FINNIGAN MAT262) Fuentes de iones: Evaporación 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.

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.

La curvatura que se forma esta dada por: r2= m2V/ eH2 Donde: m: masa V: Diferencia de potencial H: Campo magnético e: carga del electrón r: radio de curvatura del haz

Diagrama esquemático de un espectrómetro de masas

Espectrómetro de masas Finnigan modelo MAT-262.

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

Horno inductivo para la extracción del Ar alternativamente se puede usar un laser para fundir las muestras.