GBC Scientific Equipment de México

Introducción

Los investigadores y analistas en laboratorios forenses y aduanas de todo el mundo utilizan una amplia gama de técnicas para proporcionar análisis de materiales de diversos tipos de muestras, incluidas pinturas, pigmentos, piedras preciosas, plásticos, vidrios, fibras, fluidos corporales y narcóticos.

La caracterización elemental de microanálisis de rayos X se presta bien a este tipo de tareas ya que la técnica garantiza la preservación de la evidencia gracias a su carácter no destructivo. La capacidad de analizar incluso pequeños fragmentos y partículas hace al micro-XRF aplicable a situaciones de la vida real, donde a menudo sólo muy pequeños volúmenes de muestra están disponibles.

El galardonado XGT-5000 presenta el analista con capacidades únicas en una plataforma conveniente de mesa. Una innovadora área de análisis de 10 micras asegura que incluso partículas microscópicas pueden ser rápida y precisamente analizadas, mientras que la capacidad para imágenes de transmisión de rayos-X proporciona información no disponible con viejos instrumentos XRF.

Esta nota de aplicación explora cómo la obtención simultánea de imágenes XRF y de transmisión de rayos X es una herramienta única que permite a los funcionarios de aduana para caracterizar perlas de forma rápida.

Perlas - Conceptos básicos

Mientras que las perlas son un elemento de moda muy conocido, a menudo en altos precios en el mercado, hay una amplia gama de perlas disponibles con precio variable en base a su composición y procedencia.

Las tres clasificaciones principales de perlas son naturales, cultivadas e imitación. Las perlas naturales se forman cuando un pequeño irritante está atrapado dentro de un molusco. El molusco detecta la irritación y comienza a depositar alrededor de ella minerales, principalmente carbonato de calcio (aragonita). Con el tiempo esto se convierte en la tan buscada perla. Las perlas cultivadas se forman en los moluscos a través de la intervención humana - por ejemplo, la siembra con un irritante específico para comenzar el proceso de mineralización. Las perlas de material sintético pueden estar en forma de imitaciones de plástico y de vidrio, o carbonato de calcio reconstruido con un recubrimiento de color.

La estructura interna de las perlas depende de su origen. Por ejemplo, las perlas de agua de mar natural, se forman por lo general sin un núcleo, mientras que las perlas de agua de mar cultivadas a menudo tienen un núcleo y una capa de nácar (conquiolina) de 0,5-2 mm de espesor. Las perlas de agua dulce se pueden encontrar con y sin núcleos, pero la variedad más común (china) no tienen núcleos. Se distinguen de las perlas de agua de mar por sus características superficiales (es decir, el lustre y el patrón). Las perlas de imitación compuestas de plástico o de vidrio de forma rápida se pueden clasificar por su falta de contenido de calcio.

Análisis de perlas por rayos X.

La colimación del haz optimizado proporcionada por los tubos guía de rayos X mono-capilar del instrumento-XGT 5000 permite que incluso los grandes muestras esféricas tales como perlas sean analizadas con precisión (ver Figura 1). El micro-haz paralelo del XGT no se ve afectada por la curvatura significativa de la superficie de la perla. La composición elemental y la estructura interna pueden ser rápida y claramente visualizadas. El XGT es, por tanto, idóneo para la investigación no destructiva de perlas a fin de identificar la posible presencia de núcleos y capas de conquiolina (a través de formación de imágenes de transmisión) y caracterizar la composición (a través de análisis XRF).

Dado que muchas de las perlas de imitación están hechas de plásticos, los cuales son invisibles para un instrumento XRF, pueden ser rápidamente distinguidas de las de calcio que contiene minerales que se encuentran en las perlas naturales y cultivadas (Figura 2). Incluso es posible obtener una perspectiva de los complejos coloridos utilizados para estas imitaciones, como muestra la Figura 3. La fuerte presencia de bismuto quizás no es sorprendente, ya que hay una serie de especies de bismuto utilizados en colorantes típicos nacarados.

Las imágenes de transmisión de rayos X de dos perlas cultivadas (Figura 4) muestran estructuras internas distintas (aparte del agujero perforado en el centro del ejemplar chino). En particular, la estructura de anillo claramente visible en el agua de mar de la perla de Tahití es causada por una membrana gruesa de conquiolina. Las perlas de agua dulce de China se cultivan alrededor de un fragmento de tejido orgánico de moluscos, como resultado no muestran ni núcleos ni conquiolina (nácar).

Las imágenes de transmisión de rayos X de dos perlas cultivadas (Figura 4) muestran estructuras internas distintas (aparte del agujero perforado en el centro del ejemplar chino). En particular, la estructura de anillo claramente visible en el agua de mar de la perla de Tahití es causada por una membrana gruesa de conquiolina. Las perlas de agua dulce de China se cultivan alrededor de un fragmento de tejido orgánico de moluscos, como resultado no muestran ni núcleos ni conquiolina (nácar).

2.3 Límites de detección estimados.

Los límites de detección son calculados empleando la siguiente ecuación:

LOD = k x BEC x RSD0

En donde:

LOD = límites de detección.

k = 3 para valores normales 3-sigma.

BEC = Concentración equivalente de fondo.

RSD0 = Desviación estándar relativa del blanco.

Para calcular LOD , se construye una curva de calibración empleando dos puntos, 0 ppm y 5 ppm, o alguna otra concentración en que la curva de calibración sea linear; esto nos da el valor de BEC. RSD0 es evaluada corriendo el blanco diez veces.

3. Preparación de la muestra.

Se disolvieron 10 g de Pb puro en 40 mL de HNO3 al 50% y diluidos hasta 1000 mL con HNO3 al 1%.

4. Especificación del instrumento.

Este trabajo fue realizado en un JY ULTIMA. Las especificaciones de este instrumento se enlistan abajo en la Tabla 1 y 2.

Tabla 1. Especificaciones del espectrómetro.

Parámetros	Especificaciones
Montaje	Czerny-Turner
Longitud focal	1 m
Purga de Nitrógeno	Sí
Resolución variable	Sí
Número de líneas en Grating	2,400 gr/mm
Orden	12.1

Tabla 2. Especificaciones del generador RF.

Parámetros	Especificaciones
Tipo de generador	Estado Sólido
Observación	Radial
Frecuencia	40.68 MHz
Control de flujo de gas	Por computadora
Control de flujo de la bomba	Por computadora
Enfriamiento	Aire

5. Condiciones de operación.

Las condiciones de operación se enlistan en la Tabla 3.

Tabla 3. Condiciones de operación.

Parámetros	Especificaciones
Potencia Generador RF	1050 W
Flujo de gas plasma	12 L/min
Flujo Gas Auxiliar	0 L/min
Flujo Sheath gas	0.15 L/min
Flujo Gas Nebulizador	0.8 L/min
Flujo Nebulizador	3 bars (45 psi)
Toma Muestra	1 mL/min
Tipo Nebulizador	Concéntrico
Tipo spray chamber	Ciclónica
Humidificador de Argón	Sí
Diámetro tubo inyector	3.0 mm

6. Selección de longitud de onda y condiciones analíticas.

Para cada elemento, la línea con la mayor sensibilidad fue utilizada para el análisis, ya que no se presentaron problemas de interferencia. Las condiciones analíticas fueron las mismas para todos los elementos excepto para los elementos alcalinos.

Tabla 4. Condiciones analíticas.

Elemento	Abertura µm	Modo de análisis	Tiempo de integración (seg)
Secundarios	20 x 15	Pico Directo	8
Primarios	20 x 80	Gaussiano	0.5

El uso del humidificador de argón, el amplio diámetro interno (ID) del tubo inyector redunda en un análisis sin problemáticas, incluso con alto contenido de sales disueltas. El amplio diámetro interno del tubo inyector también asegura una reducción al mínimo de interferencias. Debido al alto contenido de sales disueltas, es conveniente un acondicionamiento previo de la cámara de pulverización para obtener una máxima estabilidad. Es imprescindible utilizar estándares probados o adicionarlos debido a la viscosidad de las soluciones.

7. Límites de detección.

Los límites de detección se calcularon empleando la ecuación del apartado 2.3.

Tabla 5. Límites de detección.

Element	Wavelength (nm)	BEC (mg/L)	LOD (mg/kg)
Ag	328.068	0.042	0.10
Al	167.020	0.04	0.35
Al	396.520	0.12	0.36
As	189.042	0.26	0.78
Au	267.795	0.029	0.087
Ba	455.403	0.0024	0.007
Bi	223.061	0.22	0.30
Cd	228.802	0.014	0.04
Co	228.616	0.02	0.03
Cu	324.754	0.032	0.11
Fe	259.940	0.048	0.04
Hg	194.227	0.26	0.78
K	766.490	0.039	0.12
Ni	221.647	0.066	0.20
Pt	214.423	0.08	0.24
Pt	224.552	0.32	0.96
Pt	265.945	0.10	0.30
Pt	306.471	0.17	0.51
Sb	206.833	0.24	0.72
Se	196.090	0.553	1.6
Te	214.275	0.198	0.6
Te	238.578	0.75	2.25
Tl	190.864	2.45	7
Tl	276.787	0.53	2
Tl	351.924	1.2	4
Sr	407.771	0.0015	0.005
Zn	202.548	0.050	0.15

8. Resumen

Para lograr los límites de detección más bajos, no es recomendable recurrir a diluciones. Los resultados muestran que los espectrómetros JY son capaces de realizar excelentes análisis incluso con alto contenido de sólidos en solución. Esto permite al analista alcanzar los mejores límites de detección posibles.