LIBS para colecciones de museos: Preguntas y respuestas con Russell Harmon

En el artículo reciente, "Análisis de granate por espectroscopia de descomposición inducida por láser: dos aplicaciones prácticas" (Minerals 11, 705 (2021)), los Dres. Russell Harmon, Michael Wise, Richard Hark y Ph.D. el estudiante Peter Defnet evaluó dos aplicaciones prácticas de LIBS que podrían implementarse con un analizador LIBS portátil en el sitio de un museo o durante el trabajo de campo geológico.

En un esfuerzo por profundizar en la importancia del estudio, el Dr. Harmon nos informó sobre el trabajo pasado, presente y futuro con granates, y la importancia del LIBS portátil SciAps para la toma de huellas dactilares geoquímicas y las colecciones de museos en general. Harmon es profesor asociado adjunto del Departamento de Ciencias Marinas, Terrestres y Atmosféricas de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

P: ¿Puede darnos una explicación rápida de qué es la huella digital geoquímica?

Russel Harmon: Cada material tiene una composición química única, y esto se puede descifrar a partir de su firma espectral LIBS. La toma de huellas dactilares geoquímicas no es un análisis cuantitativo, que requiere estándares coincidentes de matriz. En cambio, la huella geoquímica es una técnica de análisis cualitativo rápido que compara toda la información en los espectros de banda ancha de LIBS sobre la composición elemental para diferenciar entre materiales.

Con base en esta idea, se adquirió una gran cantidad de espectros LIBS para las seis clases diferentes de granates (almandina, andradita, grosularia, piropo, espesartina y uvarovita) y luego usamos un análisis de señal sofisticado para un procesamiento estadístico de los datos espectrales para ver si podemos diferenciar esas clases. Este enfoque fue muy exitoso. El siguiente paso es construir una biblioteca espectral de los diferentes tipos de granates, de modo que cuando se presente un granate de tipo desconocido o incierto, su espectro LIBS pueda compararse con la biblioteca para determinar si pertenece o no a uno de los seis granates. clases en la biblioteca.

Podemos aplicar esta técnica a otros materiales geológicos también.

¿Un artefacto de obsidiana proviene de una fuente en particular? ¿Esta muestra de tantalita de columbita proviene de la República Democrática del Congo, donde se extrajo ilícitamente, o proviene de uno de estos otros diez lugares del mundo donde sabemos que los minerales se extraen de manera legítima? ¿A qué formación caliza en una secuencia estratigráfica pertenece este afloramiento aislado?

Los geólogos de campo a menudo se enfrentan a estas y muchas preguntas similares, y LIBS puede ser una herramienta útil para brindar una respuesta conveniente.

P: ¿Por qué usó granates para este estudio?

Russel Harmon: El granate es un mineral mineralógicamente sencillo con la fórmula general X3Y2Si3O12, donde el sitio X divalente normalmente contiene Mg, Fe2+ o Ca y el sitio Y trivalente contiene Al, Cr o Fe3+. Por lo tanto, pensamos que sería fácil usar el análisis quimiométrico de los espectros LIBS para distinguir entre los seis tipos de granate comunes: granate FeAl (almandina), granate MgAl, granate MnAl (espesartina), granate CaAl (grosularia), granate CaFe (andradita) , y granate CaCr (uvarovita). Escribimos el primer artículo sobre granates en 2010, utilizando un sistema LIBS de laboratorio y mi colección personal de granates. Tenía un cadete de West Point que necesitaba un proyecto de investigación de verano. Dan estaba interesado en el lado del procesamiento de datos matemáticos, por lo que, en ese momento, lo consideramos un "problema de juguete" ya que, aunque los seis tipos de granate vienen en muchos colores diferentes, cada espécimen tenía una etiqueta de tipo. Publicamos estos hallazgos en 2010 en Applied Optics, "Huellas dactilares geoquímicas basadas en la espectroscopia de descomposición inducida por láser para el análisis rápido y la discriminación de minerales: el ejemplo del granate" (Daniel Alvey, Russell Harmon, et al. https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-49-13-C168)

Así que esa es la base de lo que Richard (Hark) y yo hicimos unos años más tarde cuando usamos el primer analizador portátil de SciAps, el Z-500, para ver si podíamos obtener resultados similares, lo cual hicimos. (Huellas dactilares geoquímicas mediante espectroscopia de ruptura inducida por láser portátil, 2017). Estos dos estudios luego condujeron al estudio granate actual publicado en Minerales (2021), que se inició cuando Richard y yo comenzamos a trabajar con Michael sabio en el Departamento de Mineralogía de la Museo Smithsonian de Historia Natural y le conté sobre los estudios de granate. Entonces, decidimos revisar su colección de granates. Michael estaba utilizando análisis de microsonda electrónica para granate cuantitativo y había reconocido algunas clasificaciones erróneas. Entonces, EMP y LIBS examinaron unos 200 granates. Para nuestra sorpresa, descubrimos que alrededor del 30 por ciento de los granates estaban mal clasificados, las etiquetas de las muestras estaban equivocadas.

P: Eso es un análisis rápido. ¡Y muchos errores de etiquetado!

Russel Harmon: Bueno, históricamente las colecciones de los museos se han basado en rastros de papel y han aceptado donaciones de minerales con la etiqueta que acompaña a los especímenes. Esto es lo que hace que el estudio sea único.

LIBS de mano puede ver lo que realmente hay allí, justo en el sitio en tiempo real. Es un enfoque totalmente nuevo para la autenticación.

A continuación, estamos planeando llevar el Z-300 a la Museo Peabody en Yale donde hay 800 granates en la colección y solo una cuarta parte de ellos tienen etiquetas. Debido al trabajo que hicimos en el Smithsonian, al curador de la colección de minerales le gustaría verificar la veracidad de esas etiquetas e identificar las demás.

P: ¿Por qué usar LIBS en lugar de otros métodos?

russell armon: Bueno, se requiere mucho tiempo para preparar muestras de minerales para el análisis mediante enfoques de laboratorio tradicionales como el análisis EMP.

Es posible que solo pueda analizar 20-30 en una semana. Pero, LIBS puede hacer cientos de análisis al día.

LIBS es una herramienta analítica, sin el riesgo de radiación asociado con XRF portátil, y puede analizar una colección de minerales muy rápidamente con solo abrir un cajón de un armario y analizar rápidamente su contenido para ver qué tan bien están etiquetadas las muestras, dado que tenemos un buena biblioteca espectral como base para la comparación. Y lo que es más interesante es que esto se puede hacer con muchos otros minerales en colecciones de museos que tienen químicas complejas. Creo que uno encontraría que muchos de los minerales simplemente no están correctamente identificados.

Los museos también podrían usar LIBS para analizar muchos tipos diferentes de artefactos en sus colecciones arqueológicas, como madera, cerámica, fragmentos de cerámica, obsidiana, huesos, monedas antiguas, realmente cualquier tipo de artefacto.

SciAps, Inc. es un fabricante líder de analizadores portátiles XRF y LIBS, capaz de medir prácticamente todos los elementos, en casi cualquier material. Estos innovadores instrumentos han ampliado las aplicaciones para mediciones portátiles en el campo de elementos, minerales y compuestos en todas las industrias importantes del mundo. Inscribete para nuestra lista de correos ser el primero en enterarse de este mundo en expansión del análisis portátil, o Contáctenos para hablar con uno de nuestros especialistas de la industria.