Desenvolvimento de Metodologias para Preparação e Análise de Amostras de Sedimentos por Difração de Raios-X

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Annunziato, F. (PUCRS-IPR) ; Rocha, M. (UNISINOS) ; Martinho, C.T. (PUCRS-IPR)

Resumo

Este trabalho tem o de objetivo testar novas metodologias de preparação e análise de amostra por difração de raios-x com o intuito de melhorar a qualidade da análise e verificar possíveis fontes de contaminação. Os testes de preparação de amostras foram: peneiramento com malhas 270 e 250#; amostras maceradas com e sem álcool; lâmina com amostra em pó pouco pressionada e não pressionada; separação da fração argila e da fração coloidal. Os testes de análise no difratômetro foram: amostra com e sem rotação; diferentes tempos de aquisição e ângulos de incremento durante a varredura. Análise de vidro, porcelana e o Tetrapirofosfato de Sódio (‎Na4P2O7) foi realizada para caracterização dos picos no difratograma e comparação para suspeita de contaminação.

Palavras chaves

Difração de raios-X; Metodologia; Preparação e Análise

Introdução

A difração de raios-X (DRX) é uma técnica muito utilizada para a caracterização mineralógica de sedimentos e rochas. Para sedimentos e rochas ricas em frações granulométricas finas (<62µm), esta técnica é essencial, principalmente para o estudo de argilominerais (<4µm). A DRX permite a caracterização das estruturas cristalinas presentes nas amostras, representada pela distância interplanar de um dado plano do cristal, e a partir destas estruturas identifica-se os minerais (Brindley & Brown, 1980; Moore & Reynolds, 1989; Jenkins & Snyder, 1996.). A análise de DRX não é um método exato, depende muito da natureza da amostra de sedimento. Fatores que podem influenciar na qualidade da análise, e como consequência influenciar na qualidade da interpretação, são diversos e podem variar desde o método de preparação da amostra até a configuração do equipamento para rodar a amostra. Por esse motivo, o objetivo deste trabalho é testar diferentes metodologias tanto de preparação de amostra como de configuração de varredura com o interesse de melhorar a qualidade dos resultados. Adicionalmente, foram analisados por DRX amostras de Tetrapirofosfato de Sódio (Na4P2O7), utilizado como defloculante para amostras ricas em argila; de vidro que é utilizado como porta-amostra; e de porcelana, que é utilizada no gral, para maceração da amostra. O intuito destas análises foi de conhecer os picos característicos destes materiais, para verificação de possíveis fontes de contaminação nos resultados das amostras. Realizou-se também teste metodológico para separação da fração argila (<4µm) e fração coloidal (< 1µm).

Material e métodos

Os testes de preparação de amostras para fins de comparação de resultados foram os seguintes: 1) Em gral de porcelana e pistilo distintos, a mesma amostra foi macerada de dois modos: a seco e com álcool. Após a maceração, a amostra é peneirada para ser colocada no porta-amostras. 2) Foram realizados testes com peneiras de malhas 250 mesh (#) e 270 mesh (#). 3) Após o peneiramento, o acondicionamento do pó no porta-amostras foi realizado pressionando-se levemente, e sem pressionar. A varredura das amostras foi realizada em difratômetro de raios-X Bruker D8 Advance com tubo de cobre, operando com voltagem de 40 kV e corrente de 30mA, varredura de 2Theta de 3o a 70o. Os testes de configuração de varredura foram: 1) diferentes intervalos de tempo de aquisição de dados e diferentes ângulos de incremento; 2) varredura da amostra estática e com rotação de 5 rpm e 10 rpm. No teste de separação da fração argila e fração coloidal para a varredura, 8g da amostra foi colocada em 150 ml de água Milli-Q e 15ml de tetrapirofosfato de sódio, utilizado como defloculante, e submetida ao ultrassom de ponteira por 6 minutos. A amostra foi centrifugada por 7 minutos à 700 rpm. Para a separação da fração argila, o sobrenadante é submetido à uma nova centrifugação de 30 minutos à 3000 rpm. Para a obtenção da fração coloidal, o sobrenadante desta última centrifugação é novamente centrifugado por 35 minutos a 3500rpm.

Resultado e discussão

Para o teste de maceração, o álcool facilitou quando as amostras eram mais duras e não houve comprometimento significativo na qualidade dos resultados. No teste do peneiramento, houve diferenças nos resultados das peneiras. A de abertura de 270# retinha alguns minerais mais grossos comprometendo os resultados de amostra total. A peneira de 250# gerou resultados mais satisfatórios. As amostras pulverizadas que foram levemente pressionadas no porta-amostras apresentaram ligeira orientação preferencial de alguns planos, refletida na intensidade dos picos. Contudo, há maior facilidade e velocidade na preparação da amostra pressionada e considerou-se que mesmo com essa pequena orientação preferencial os resultados finais não são comprometidos. Dos testes de varredura, verificou-se que dos diferentes tempos de análise por incremento de ângulo, (Fig. 1), a melhor qualidade dos resultados e definição dos picos foi o teste de aquisição em 0,3s com incremento de 0,015o. Das amostras analisadas de maneira estática, com rotação de 5 e 10 rpm, não houve diferença na qualidade dos resultados, apenas diferença na velocidade de aquisição do resultado. Desse modo, a amostra estática é o melhor método. O desenvolvimento da metodologia de separação da fração argila e coloidal teve sucesso. O padrão cristalográfico do Na4P2O7 não era reconhecido e sua caracterização ajudará na interpretação de possíveis contaminações. O vidro é um material amorfo e sua análise não mostrou picos, somente ruído, não tendo risco de contaminação na amostra. A porcelana tem alto grau de cristalinidade, e como macera-se a amostra em gral de porcelana os fragmentos podem se misturar com a amostra ocasionando uma contaminação. Seu difratograma gerado irá auxiliar no reconhecimento de uma possível contaminação.

Figura 1: Tabela dos diferentes valores de tempo de aquisição e incremento de ângulo para a varredura no difratômetro de raios-X.

Conclusões

Os resultados dos testes para a obtenção de novas metodologias ajudaram no desenvolvimento de um procedimento operacional padrão (POP) para o laboratório. Os testes escolhidos para preparação de amostras foram: maceração com álcool para amostras muito duras; peneiramento de 250#; pó levemente pressionado no porta-amostras; metodologia para separação da fração argila e coloidal. Para configuração de varredura foram: análise da amostra estática; tempo de 0,3 s e incremento de 0,015o. O difratograma do Na4P2O7, vidro e porcelana foi caracterizado para reconhecimento de contaminações.

Agradecimentos

Agradeço ao Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq) pela bolsa de iniciação científica, processo 135133/2015-7.

Referências

BRINDLEY, G.W. & BROWN, G. Crystal structures of clay minerals and their X-ray identification. Mineralogical Society, London, 495 pp, 1980.

JENKINS & SNYDER. Introduction to X-Ray powder diffractometry. Willey Inter-science. 1996.

MOORE & Reynolds. X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford University Press, 1989.