Espectrometría de Absorción Atómica: Fundamentos y Aplicaciones en Geología

Los espectrómetros PIMA detectan la absorción de radiación infrarroja de onda corta (SWIR) generada por las vibraciones moleculares de OH, H₂O, NH₄, CO₃ y los enlaces del catión OH tales como Al-OH, Mg-OH y Fe-OH en minerales. Esta absorción ocurre entre 1300 a 2500 nm del espectro electromagnético. Cada mineral presenta posiciones características en el espectro, y sus formas típicas son función de los enlaces moleculares presentes. La espectrometría SWIR detecta minerales como filosilicatos, arcillas, carbonatos y sulfatos selectos, y también es sensible a las variaciones de composición en minerales individuales.

El método PIMA complementa cualquier trabajo de DRX (Difracción de Rayos X), ya que DRX requiere de un voltaje muy alto para su funcionamiento, a diferencia del PIMA, que es más sencillo de cargar, similar a una laptop. La integración de resultados con observaciones de campo, petrografía y análisis de difracción de rayos X puede ser necesaria para una evaluación completa. Típicamente, los mapas de alteración están basados en observaciones macroscópicas de campo, ayudadas por algunos estudios petrográficos y/o de difracción con rayos X.

Esquema de Absorción Atómica

La espectrometría de absorción atómica se basa en la capacidad que tienen los átomos libres en estado fundamental de absorber radiación emitida por otro átomo del mismo tipo. El principio fundamental es medir la absorción de radiación de una longitud de onda determinada, que es absorbida selectivamente por átomos que tengan niveles energéticos cuya diferencia en energía corresponda en valor a la energía de los fotones incidentes. Este método es aplicable solo para elementos que se encuentran en solución.

Principios Básicos de la Absorción Atómica

• Todos los átomos pueden absorber luz.
• La longitud de onda a la cual la luz se absorbe es específica para cada elemento.
• La cantidad de luz absorbida es proporcional a la concentración del elemento.

Requerimientos Analíticos

• Convertir la muestra en solución.
• Una muestra con ausencia de analitos (blanco).
• Estándares de calibración.
• Curva de calibración.
• Atomización de la muestra.

Aplicaciones de la Absorción Atómica en Geología

Las aplicaciones de la absorción atómica en geología incluyen la exploración de minerales, rocas, sedimentos y relaves, siempre y cuando estos sean llevados a solución. Permite analizar uno, dos o más elementos en una muestra. Sin embargo, para elementos como Ni y Cr, no es recomendable el análisis por absorción atómica, ya que se necesita una digestión total.

Metodología para Solubilizar Cu, Pb y Zn

Metodología de Análisis de Cobre y Plomo por Espectrometría de Absorción Atómica

1. Preparación mecánica: Desagregación, secado, tamizado a malla 100 (150 μ), cuarteo.
2. Pesado de muestra: 0.5 a 3 g.
3. Preparación química: Digestión con agua regia (HCl/HNO₃ = 3/1) y luego 15% de HCl.
4. Estándares de calibración: Preparación de estándares de Cu y Pb.
5. Atomización y medición de absorbancia.
6. Curva de calibración.
7. Interpolación: Determinación cuantitativa de Cu y Pb.
8. Precisión y exactitud: Verificación de la calidad de los resultados.
9. Referencia: ISO 11466 Soil quality.

Determinación de Mercurio y Arsénico

Método del Vapor Frío para la Determinación de Mercurio

El vapor atómico de mercurio se produce cuando el mercurio oxidado de una solución es reducido a mercurio metálico por cloruro estañoso y llevado a la celda de absorción por un flujo de gas inerte, donde se produce la absorción de la radiación proveniente de un cátodo hueco de mercurio. La reacción es: Hg⁺² + Sn⁺² → Hg⁰ + Sn⁺⁴.

Metodología para el Análisis de Mercurio por el Método del Vapor Frío (Espectrometría de Absorción Atómica)

1. Preparación mecánica: Desagregación, secado, tamizado a malla 100 (150 μ), cuarteo.
2. Pesado de muestra: 0.2 a 3 g.
3. Preparación química: Digestión con agua regia (HCl/HNO₃ = 3/1) en baño de agua a 95ºC por 2 minutos.
4. Adicionar 50 ml de agua destilada + 15 ml de solución de permanganato de potasio (5%) y colocar en baño de agua a 95ºC por 30 minutos. Enfriar.
5. Adicionar solución de hidroxilamina clorhídrica para reducir el exceso de permanganato.
6. Adicionar 5 ml de cloruro estañoso.
7. Estándares de calibración: Preparación de estándares de Hg entre 0 y 20 μg/L.
8. Atomización y medición de absorbancia: Utilizando el método del vapor frío.
9. Curva de calibración: A 253.7 nm.
10. Interpolación: Determinación cuantitativa de Hg.
11. Precisión y exactitud: Verificación.

Espectrometría de Absorción Atómica con Generación de Hidruros (HG-AAS)

La generación de hidruros es un proceso químico que produce hidruros volátiles por la adición de un agente reductor en medio ácido. La reacción general es:
E + NaBH₄ + H₂O + HCl → H₃BO₃ + NaCl + 8H → EH_n(g) + H₂(g)
Donde ‘E’ representa el elemento.

Elementos como As, Se, Sb, Bi, Ge, Pb, Te y Sn pueden formar sus hidruros correspondientes a temperatura ambiente (ej. AsH₃, H₂Se, SbH₃).

Ejemplo: Arsénico (As), Hidruro: AsH₃, Punto de fusión: -116.3°C, Punto de ebullición: -62.4°C

Ventajas de la Generación de Hidruros

• Alta eficiencia de producción de especies volátiles y de su transporte.
• Óptima separación de las fases, evitando efectos de matriz.
• Alta frecuencia de análisis.
• Bajos límites de detección (partes por billón).
• Económicamente accesible.

Desventajas de la Generación de Hidruros

• Sistemas complejos, involucra reacciones en línea.
• Aplicación en un número limitado de analitos.
• Capacidad limitada para análisis multielemental.

Determinación de Oro por el Método de Vía Seca/Absorción Atómica

El oro en la naturaleza ocurre en valores muy pequeños, del orden de ppb. Al ser separado por vía seca, los pesos son muy pequeños (< 1 µg), por lo cual es necesario solubilizarlo y determinarlo por absorción atómica.

Método de Vía Seca

Principio: Colectar el Au (y también Ag, Pt, Pd, Rh, etc.) por plomo en estado líquido a temperaturas entre 900-1000°C.

Reacciones Químicas en Vía Seca (900-1000ºC)

C₆H₁₀O₅ + 12PbO + Au → 12Pb:Au + 6CO₂ + 5H₂O

Reactivos del Flux de Vía Seca

Litargirio (PbO): Funde a 883°C, actúa como oxidante y desulfurizador, y se reduce a Pb para colectar Au, Ag, Pd, Pt, etc.

Etapas de la Vía Seca/Absorción Atómica

1. Etapa de fundición: Se colecta el Au y Ag en un régulo de Pb.
2. Etapa de copelación: Eliminación del Pb, quedando Au y Ag.
3. Etapa de partición: Separación del Au de la Ag.
4. Etapa de pesado: Si la cantidad de oro es menor a 2 µg, pasar al paso 5.
5. Absorción atómica: Solubilización del oro y determinación por absorción atómica.

Determinación de Oro en MIBK Utilizando Absorción Atómica

En este método, la muestra es digerida con agua regia y gotas de HF, colocando al oro como cloruro áurico. Luego, se oxida con HBr y se extrae en MIBK (Metil Isobutil Cetona), del cual es separado y aspirado en un equipo de Absorción Atómica.