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Toma de Muestras Geológicas

Química Analítica (Geología) 2016

Unidad N° 1: Toma de Muestras geológicas

1 Muestras de Interés geológico Mineral: Es un elemento químico o un compuesto químico de ocurrencia natural y origen inorgánico, con una fórmula molecular definida y propiedades químicas propias (óxidos, sulfuros, Oro, Platino, Azufre, Fosfatos, silicatos, etc.) Ejemplos: Silicatos Óxidos Carbonatos Sulfuros Sulfatos Elementos Nativos

Cuarzo Feldespato Corindón Magnetita Calcita Dolomita Pirita Galena Yeso Oro Platino Azufre

SiO2 KAlSi3O8 Al2O3 Fe3O4 CaCO3 CaCO3.MgCO3 FeS2 PbS CaSO4.2H2O Au Pt S

Rocas: Es un agregado de minerales en una solución sólida que presenta cohesión intragranular. Se forma a través de un proceso geológico. Pueden estar formados por una sola especie mineral (rocas monominerales, ejemplo: Rocas Calcáreas) o una asociación de varios minerales (Ejemplo: Granito, cuarzo, mica, feldespato, etc.) Igneas: Derivan de la solidificación de silicatos líquidos Sedimentarias: Formadas por acumulación de sedimentos transportados por el aire, agua, hielo Metamórficas: Formadas por recristalización de rocas ígneas o sedimentarias como consecuencia de cambios de presión y temperatura.

Suelos: Sedimentos originados por la meteorización química y la erosión física de las rocas preexistentes. Pueden ser considerados como una roca no cohesiva. También están formados por varios minerales pero no presentan cohesión intragranular por lo que tienen un volumen de vacios que pueden estar llenos de agua (saturación) o parcialmente llenos (saturación parcial).

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Aguas: Nos puede interesar la calidad por contaminación, (entradas, escorrentías) interacción con el sedimento, fuentes de contaminantes naturales (As por ejemplo). Composición según reacción ácido-base, redox, precipitación, disolución, formación de complejos.

Sedimentos (lagos, ríos, glaciares): Nos Puede interesar el porcentaje de diatomeas (algas microscópicas), minerales, contenido de materia orgánica, acumulaciones de sedimentos, edad de los sedimentos. Observándolos se obtiene datos sobre el clima, periodos de aridez – humedad, gases de la atmosfera.

2 Plan de Muestreo Para conocer la variación de un analito o varios de ellos en la naturaleza es que se llevan a cabo los programas de muestreo. Sin embargo, llevar a cabo un análisis de toda el área bajo estudio es impracticable económica y logísticamente hablando. Po lo tanto, el técnico debe recolectar muestras representativas cuyo objetivo es abarcar de manera colectiva la entera variación química presente en la naturaleza o dominio bajo estudio. El análisis de laboratorio de muestras de rocas, minerales o muestras ambientales es solo un paso de la investigación geológica.

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El muestreo en si mismo acarrea errores sistemáticos y aleatorios. Estos no pueden eliminarse completamente pero si pueden ser reducidos a un nivel donde no influyan de manera significativa en el resultado. Para ello, antes de realizar el muestreo en campo se debe planificar un esquema de muestreo en el que se debe tener encuentra 1) El medio a ser estudiado (roca, agua, suelo, sedimento, grava, etc.) 2) Tipo de parámetro físico-químico a analizar (sustancia disuelta en la matriz, sólidos suspendidos, etc.) 3) El tamaño de la muestra (en litros o kilogramos) 4) El número de muestras requeridas 5) La distribución espacial de los sitios de muestreo 6) La importancia de la variación temporal en el sitio de muestreo 7) La mejor técnica de muestreo para reducir errores 8) El nivel de error de muestreo aceptado 9) El sistema de identificación de muestra Estos pasos aseguran protocolos de muestreos no ambiguos, si bien no hay ningún protocolo universal que reúna todos los requerimientos de cada situación, cada investigación requerirá una nueva evaluación de los nueve puntos.

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Qué Hay?

Cuanto Hay? Plan de Muestreo

Lograr una visión simplificada del sistema bajo estudio

Cómo se extrae?

TÓPICOS

Cuanto Extraigo?

Obtener muestras de la mejor calidad

Cómo Conservo

Tomar el menor número de muestras posible Obtener la mayor representatividad del sistema de estudio

Para el diseño de un plan de muestreo debo responder a las siguientes preguntas  Objetivos del estudio?  Qué sistema debo estudiar?  Que factores afectan al sistema?  El sistema varía espacialmente?  El sistema varía temporalmente?  Qué cuidados de debo tener para tomar la muestra?

2.1 Cantidad de muestra Muchos materiales de interés geológico, tales como rocas, sedimentos, partículas transportadas por el aire son mezclas heterogéneas. El grano individual es representativo de un componente de la mezcla pero no de la mezcla como un todo. Por eso, cualquier muestra debe ser lo suficientemente grande para que la interferencia de esos granos individuales sea insignificante respecto a la composición de la muestra Para el caso de rocas homogéneas (constituidas por un solo material) existen algunas recomendaciones obtenidas empíricamente tal como las mostradas en la tabla 1

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2.2 Número de muestras El número de muestras depende del objetivo científico, de factores de costo y del tiempo disponible. Sin embargo, se pueden seguir algunos criterios tal como, mientras más grande el número de variables a analizar, mayor es el número de muestra a extraer. Si el trabajo en campo es costoso o poco práctico es mejor asegurarse y traer muestras en exceso. La recolección de varias sub muestras que con combinadas para formar una muestra compuesta, generalmente mejoran la precisión sin incrementar el número de muestras a analizar.

3 Terminología para Muestreo Sistema: Parte del universo del que se quiere obtener información Muestra: Elemento representativo del sistema a analizar

4 Tipos de muestras: Muestras Inalteradas: La estructura física no se modifica. Son muestras de rocas o suelos en los cuales no se ha modificado su estructura, es decir, conservan una distribución granulométrica, estratificación, densidad, porcentaje de humedad, compactación, etc. Se utiliza fundamentalmente para ensayos físicos Muestras Alteradas: La muestra se disgregó al realizar la toma y no representa la estructura real. Se obtienen de los sondeos Muestra Puntual: La muestra representa la composición del subsistema para el lugar, tiempo y circunstancias particulares en la que se realizó la captación. Cuando la composición de una fuente es relativamente constante a través de un tiempo prolongado o a lo largo de distancias sustanciales en todos las direcciones puede decirse que la muestra representa un intervalo de tiempo o un volumen mas extenso. Cuando se conoce que el sistema varía con el tiempo, es necesario escoger dos intervalos de muestreo de acuerdo con la frecuencia esperada de los cambios. Muestras compuestas: Es una combinación de diferentes muestras puntuales tomadas en el mismo sitio durante diferentes tiempos. Este tipo de muestras representan un ahorro sustancial en costos y esfuerzos en el laboratorio comparativamente con el análisis esperado de un gran

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número de muestras puntuales. Se usa fundamentalmente para obtener un valor promedio. Hay ciertas determinaciones que no se pueden aplicar a las muestras compuestas, ya que sus características están sujetas a cambios inevitables. Ejemplo: pH, temperatura, gases disueltos, etc. Muestras Integradas: Mezcla de muestras puntuales tomadas simultáneamente en diferentes puntos, o lo más cercano posible. Evalúa la concentración promedio en un sistema que varía en espacio y no en tiempo.

5 Tipo de muestreos Los elementos de una muestra pueden ser seleccionados de dos maneras diferentes:  

Basados en juicio del técnico Selección Aleatoria

5.1 Muestreo de Juicio: Las muestras son tomadas en lugares definidos de acuerdo al conocimiento del sistema por parte del técnico, su experiencia y formación. Si bien este tipo de muestreo está basado en puntos de vistas subjetivos, es un muestreo con un costo usualmente bajo y fácil de obtener.

5.2 Selección Aleatoria 5.2.1

Muestreo Aleatorio Simple:

Cada punto de muestreo tiene igual oportunidad de ser seleccionado. La selección de la muestra es objetiva. Se utiliza cuando se dispone de poca información del sistema. Los puntos de muestreo se ubican en un plano y por una selección Random se seleccionan los puntos en el plano. Es recomendado para áreas homogéneas menores a 5 Ha, delimitadas por referencias visibles a lo largo y a lo ancho de la zona

5.2.2 Muestreo aleatorio estratificado: El sistema es dividido en estratos de características similares (es decir presentan cierta homogeneidad). En cada estrato se realiza un muestreo aleatorio simple. Para aplicar este método es necesario el conocimiento previo del sistema para poder dividirlo en estratos, La división se puede realizar con base a la topografía, los horizontes del suelo, la mancha contaminante, los cambios de color en el suelo, el crecimiento irregular de las plantas, etc. Es recomendado en

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terrenos no homogéneos y mayores a 10 Ha.

5.2.3 Muestreo Sistemático: Reduce la variabilidad de las muestras. Se ubican los puntos de muestreo en un patrón regular en toda la zona de estudio. Puede ubicarse un punto al azar a partir del cual se establece cierta distancia uniforme para ubicar los demás puntos. Puede ser en rejilla rectangular o polar.

Este tipo de muestreo puede llevarse a cabo en superficies de cualquier tamaño, dado que las muestras se pueden ubicar de acuerdo con las dimensiones y formas del terreno, ya sean escalas de centímetros hasta kilómetros.

6 Técnicas de muestreo: 6.1 Muestreo de rocas: El desafío es tomar una muestra representativa, ya que las características de la roca que aflora pueden no ser las mismas de la parte que no aflora. En rocas duras, el muestreo se realiza con una masa, equipo mecánico, recolectando aproximadamente 3 Kg. de granito grueso y 1,5 Kg. para rocas de menor granulometría. Cuando la roca no es cohesiva, se puede usar cucharas, punzones, espátulas. Las muestras se colocan en bolsas de polietileno de 0,2 mm de espesor convenientemente rotuladas.

6.2 Muestreo de Suelos: Antes de obtener cualquier muestra es necesario asegurarse la limpieza del muestrador (palas, barrenos, nucleadores), en lo posible de acero inoxidable, libre de herrumbre para no contaminar la muestra. Si se va a tomar una muestra conjunta, esto debe ser bien homogeneizado antes de colocarlo en bolsas de polietileno de bien rotuladas. Si el objetivo es muestrear nutrientes móviles (Carbonatos o sulfatos por ejemplo) el muestreo de realizarse con una frecuencia anual a una profundidad de 60 cm o mayor. Para aquellos nutrientes de poca movilidad, como pueden ser los fosfatos, es suficiente una profundidad de 15 cm y no es necesaria la frecuencia anual. Las muestras deben ser refrigeradas en caso de analizar compuestos susceptibles de degradación microbiana o compuestos volátiles.

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6.3 Muestreo de Sedimentos: La forma más fácil de obtener sedimentos en suspensión es tomar 1 L de agua. Esta se filtra a través de un filtro de vidrio de 1 µm diámetro poro. Para muestras del fondo se toman muestras excavando con palas o cucharas. Se recomienda una profundidad de 3 cm por debajo de la superficie. Se debe avanzar en el área central de la corriente para evitar influencia de la ladera. Para mayores profundidades se utilizan un blanco testigo.

6.4 Muestreo de aguas superficiales: Si la columna de agua en el punto de muestreo está totalmente mezclada, vamos a tomar una muestra a la altura del codo. Con un litro es suficiente, en envases que no interfieran con el analito (Polietileno, PVC, vidrio), sin cámara de aire, refrigerada, almacenada a pH ácido para el caso de algunos compuestos (metales sobre todo). Para tomar muestras de aguas profundas se utilizan las botellas Van Dorm, para volúmenes de 1 a 20 Litros. Pueden ser vertical o horizontal. Para aguas subterráneas se usan Bailers, vienen de distinto diámetro en función de los litros de agua a tomar....