Le tecniche d’indagine sono quelle usuali per qualsiasi tipo di indagine geologica.
Le prime indagini consistono nel determinare, in genere con un rilevamento di superfice, le caratteristiche geologiche generali della zona quali, l’esatta tipologia della formazione, la sua alterazione superficiale, la zonizzazione geochimica, ecc.
Questa prima fase serve, se le risultanze sono positive, per programmare una più accurata e costosa fase di indagine consistente in sondaggi che possono essre effettuati con varie metodologie.
Generalmente i metodi più usati per ottenere campioni sono:
a) vari tipi di sondaggi a percussione che sminuzzano la roccia durante la perforazione producendo una “sabbia” che viene portata in superficie o da un fluido di perforazione o da un flusso di aria compressa;
b) Sondaggi a carotaggio continuo che recuperano delle “carote” (campioni) più o meno continue della roccia attraversata tagliando con attrezzi speciali (detti carotieri) una porzione anulare di roccia attorno ad una “carota” centrale e recuperandola con appositi sistemi di ritenzione.
I campioni così prelevati vengono inviati a laboratori specializzati che mediante analisi chimico mineralogiche deteminano la concentrazione del minerale nei vari campioni.
Metodi di analisi dei metalli pesanti
L’analisi moderna dei metalli pesanti presenti nei minerali e nei composti chimici prevede l’utilizzo di uno strumento di analisi chiamato SPETTROSCOPIO ad ASSORBIMENTO ATOMICO (AA) ed una sua variante ad EMISSIONE ATOMICA (AE).
Questi due strumenti si basano sulle proprietà che hanno gli atomi e ioni dei metalli di trasizione di assorbire (AA) ed emettere (AE) radiazione luminosa a frequenze caratteristiche a seconda del tipo di ione metallico considerato.
FIGURA 1
In figura 1 è illustrato un modello abbastanza standard di Spettroscopio ad Assorbimento Atomico.
Si può notare al centro il campione in soluzione, a destra il pannello di controllo.
In generale entrambi gli strumenti AA ed AE sono composti da un portacampioni ed una pompa per prelevare in continuo il camipoine che si vuole analizzare in soluzione.
Di seguito la soluzione viene nebulizzata all’interno di una sorgente di calore che può essere a fiamma, un fornetto di grafite, oppure una sorgente al plasma (ICP).
- Nella tecnica ad assorbimento AA una lampada ultravioletta/vilibile illumina la fiamma a frequenze caratteristiche del metallo che si vuole rivelare che in questo modo assorbe la radiazione in arrivo. Un detector posto alla fine della traiettoria del raggio luminoso riceve la radiazione in arrivo e ne misura l’intensità confrontata con l’intensità alla stessa frequenza in assenza di ione assorbente. La differenza viene confrontata con il valore di assorbimento di un campione a concentrazione nota del metallo di interesse (standard).
- Nella tecnia ad emissione AE è il metallo stesso che eccitato dalla temperatura emette una radiazione a frequenze caratteristiche degli stati di eccitazione. IL detector in questo caso confronta l’intensità della radiazione emessa con quella dello standard a concentrazione nota.
Il principio su cui si basano le due tecniche di assorbimento e di emissione è illustrato in figura 2.
FIGURA 2
A sinsitra in alto un fotone di frequenza precisa eccita un elettrone dello strato esterno di un atomo che in questo modo assorbe radiazione: al detector arriveranno meno fotoni di quelli emessi dalla lampada.
Al centro si trova lo stato eccitato per assorbimento di radiazione o per effetto della temperatura
A destra in basso lo stesso atomo eccitato da una sorgente termica si rilassa ad uno stato di energia inferiore ed emette un fotone. Al detector arriveranno i fotoni emessi dagli atomi eccitati dalla temperatura.
Nella figura seguente (figura 3) vengono illustrate alcune frequenze caratteristiche di alcuni degli ioni analizzati dalle tecniche di emissione. Nelle due tecniche lo spettro di assorbimento è in generale a frequenze leggermente più basse di quello di emissione. Gli ultimi due elio ed idrogeno vengono messi per motivi di completezza.
FIGURA 3
In pratica il campione di roccia, minerale o terreno viene solubilizzato tramite fusione alcalina (carbonato di potassio a temperatura di 1500°C in crogiolo di platino) o tramite solubilizzazione in acido notrico, acido cloridrico, acqua regia, acido perclorico.
Successivamente la soluzione filtrata viene iniettata dalla pomap campionatrice attraverso lo strumento e si esegue l’analisi regolando lo strumento in modo da selezionare le diverse frequenze dei vari elementi metallici e quantificare per confronto con gli standard analitici ciascun metallo.
Questa tecnica è l’evoluzione di una tecnica vecchia utilizzata in chimica quantitativa , l’analisi alla fiamma di cui ci siamo occupati in una precedente risposta.