μ-XRF y μ-XAS como herramientas para el análisis de muestras

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μ-XRF y μ-XAS como herramientas para el análisis de muestras
medioambientales y biológicas
Xavi Gaona1, Anna Bernaus2, Mireia Grivé1, Lara Duro1, Jordi Bruno1 y Manuel Valiente2
1Enviros, Pg. de Rubí 29-31, 08197 Valldoreix, España
de Tècniques de Separació en Química, Dept. Química, Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra, España
2Grup
1. Introducción
3. Ejemplos prácticos
El acceso a técnicas convencionales a escala microscópica es un reclamo que
la comunidad internacional viene realizando en diferentes ámbitos científicos.
En este sentido, la micro-focalización del haz de luz sincrotrón es una
posibilidad considerada en un gran número de líneas de haz en el conjunto de
laboratorios sincrotrón disponibles a nivel internacional. Esta herramienta
permite acercar a un nivel microscópico la aplicación de otras técnicas
‘estandar’ en laboratorios sincrotrón, facilitando el análisis de una gran
diversidad de muestras con resoluciones espaciales del orden de μm y sub-μm.
Análisis de muestras de mineral, suelos y escorias de una antigua explotación
minera de mercurio así como de suelos del entorno de una industria cloroálcali. El objetivo de los estudios ha sido [3]:
El trabajo que aquí se presenta se ha centrado en la aplicación de técnicas de
fluorescencia (XRF, X-ray Fluorescence) y absorción (EXAFS, Extended X-ray
Absorption Fine Structure y XANES, X-ray Absorption Near Edge
Spectroscopy) en modo focalizado, para el análisis de muestras de origen
medioambiental y biológico. Este tipo de muestras se caracterizan por ser muy
heterogéneas [1], de manera que la pérdida de resolución espacial puede
afectar significativamente a la calidad de los resultados obtenidos y a la
interpretación de los mismos.
- Identificación y análisis de partículas ricas en Hg
- Diferenciación de formas polimórficas de cinabrio (HgS)
- Identificación de heterogeneidades y gradiente o distribución de especies de
Hg. Evaluación de movilidad y disponibilidad
- Estudio de distribuciones elementales mediante ‘mappings’ de XRF.
Establecimiento de correlaciones geoquímicas (Hg-Pb, Hg-S, Hg-Fe, Hg-Mn,
etc.)
Muestra de suelo
- Secado
- Molturación
- Tamizado
Fijación de una
capa delgada de
suelo sobre un
folio de Kapton
2. Línea de haz con microfoco
Todos los experimentos de μ-XRF y μ-XAS fueron realizados en la línea de haz
L del laboratorio sincrotrón HASYLAB (Hamburgo, Alemania) [2], donde se
utilizó un capilar colimador para la reducción del tamaño del haz hasta valores
de 2x2 μm (ver Esquema 1 y Figura 1). Esta línea de haz dispone de un
monocromador de Si (1,1,1), así como de detectores de cámara de ionización
(para I0 y I1) y fluorescencia (1 elemento de Si). Los experimentos de μ-XRF se
realizaron utilizando una radiación incidente de energía constante e igual a
17keV, mientras que los experimentos de μ-XAS monitorizaron el entorno de la
línea LIII del Hg a 12.284keV.
Capilar colimador
Análisis μ-XRF
Análisis μ-XANES
Análisis de muestras dentales con amalgamas de restauración. El objetivo de
los estudios ha sido:
- Evaluación de la distribución espacial de Hg en piezas dentales
0.5 mm
Porta
muestras
Beam
stopper
- Estudio de la interacción entre el mercurio y los componentes minerales del
diente. Estudio de los fenómenos de difusión del mercurio a través del diente
Piezas dentales con
amalgama de Hg
Raiz
1 mm
- Determinación de la especiación y del entorno molecular del mercurio en las
diferentes zonas del diente.
Pulpa
Esquema 1.
Línea de haz con
capilar colimador
dedicada a
estudios de
absorción de
rayos X
Cámaras de
ionización (I0 y I1)
Amalgama
Dentina
Haz de luz
500
counts/s
400
Ca
300
200
100
0
0
Cámara
CCD
Detector de
Fluorescencia
counts/s
Slits
Monocromador
50
100
150
200
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Cu
0
50
100
150
200
0
50
100
150
200
50
100
150
200
3000
5
3
4
2
5
1
3. Cámara ionización 2
- Composición del amalgama
- Estudio de las diferentes
regiones del diente
2000
Zn
1500
1000
500
0
10000
8000
6000
Hg
4000
2000
0
0
4. Detector
Fluorescencia
4
6
2. Cámara ionización 1
- Historial clínico del paciente
- 100 – 150 μm grosor
counts/s
1
- Corte longitudinal
1. Capilar colimador
counts/s
2500
6
4
5
1
5. Cámara CCD
6. Porta-muestras
6
Figura 1. Línea de haz L del Laboratorio sincrotrón HASYLAB, en Hamburgo
(Alemania)
4. Conclusiones
Esta serie de estudios experimentales demuestra el valor añadido que supone la
utilización de herramientas de micro-focalización en líneas de haz
convencionales. La incorporación de estas herramientas supone, además, un
coste relativamente pequeño comparado con el coste total de la línea de haz.
Referencias
Agradecimientos
1. Osán, J., Török, S., Alföldy, B. and Falkenberg, G. (2005). Spectrochimica
Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 59, 701-708
Estos experimentos sincrotrón han sido respaldados económicamente por la
Acción de Infraestructuras de Investigación de la Comunidad Europea, en el
contexto del Programa "Structuring the European Research Area" del VI
Programa Marco.
Los autores quieren agradecer de manera especial el soporte técnico brindado
por Gerald Falkenberg (HASYLAB) durante los experimentos.
2. HASYLAB at DESY [en línea], www.hasylab.de
3. Bernaus, A., Gaona, X., Valiente, M. (2005). Journal of Environmental
Monitoring, 7, 771–777