Difractómetro de Rayos X del Departamento de Cristalografía y Mineralogía

No hay un único modo de preparar las muestras para su estudio mediante difracción de rayos-X, depende de: El equipo disponible, el propósito del análisis, el material que se va a analizar, organización, hábitos, conocimientos de difracción de rayos-X del analista, etc.

Lo primero que hay que hacer, en cualquier caso, con la muestra es secarla, esto se hace en una estufa a 50ºC durante un mínimo de 24 horas. La proporción de muestra que se debe secar dependerá del propósito del análisis, si bien unos 100 g. Pueden ser una cantidad suficiente para un estudio completo.

Una vez seca la muestra hay que proceder a una disgregación o molienda de la misma que permita su posterior estudio. Dependerá del tipo de muestra que tengamos, de si se encuentra suelta o cementada, y del tamaño de grano, pues hay que evitar triturar los granos con objeto de no falsear el tamaño de grano de los filosilicatos.

Posteriormente, se procede a su estudio mediante difracción de rayos-X. El polvo total nos permite conocer la mineralogía global (filosilicatos y no filosilicatos). Pero cuando se trata de muestras arcillosas es necesario, además, conocer cuales son los distintos filosilicatos presentes, para ello hay que proceder a la separación de estos, tanto debido a la poca intensidad de las reflexiones (00l) en polvo, como al enmascaramiento de estas por las de otros minerales. Muchos de los minerales que acompañan a las arcillas pueden ser eliminados extrayendo una fracción lo suficientemente fina. Pero, en general, lo que se hace es preparar lo que se denominan Agregados Orientados (AO) en los que las reflexiones basales se refuerzan, a la vez que los minerales que no sean filosilicatos suelen estar ausentes.

El resto de la muestra se destina al estudio de la fracción arcillosa. Para ello hay que preparar suspensiones de arcilla en agua. Se obtienen añadiendo a la muestra agua destilada (unos 100 g en 2 litros de agua, aproximadamente, si bien depende del tipo de muestra). Se agita un mínimo de 2 horas a varios días hasta que, tras un reposo de 10 minutos, no se observen signos de floculación.

En ocasiones, para conseguir la dispersión es necesario añadir a la mezcla algún dispersante, como por ejemplo 20 c.c. de una solución de NaOH 0,2 N o la misma cantidad de una solución de Calgón (hexametafosfato sódico).

Para ciertos minerales de la arcilla las características de difracción dependen de la naturaleza del catión interlaminar que posean. Para obtener resultados reproducibles lo que se hace es homoionizar la muestra. Para ello basta con tratarla con una solución de cloruro del catión que queramos introducir, 1 M si el catión es monovalente y 2 M si es divalente. Se agita durante un día y se procede a retirar el agua y repetir la operación 2 o 3 veces. Posteriormente, se lava la muestra con agua destilada hasta que esté libre de cloruros. Para comprobar la ausencia de cloruros se añaden unas gotas de AgNo₃ al agua del lavado y si la muestra está libre de cloruros el líquido permanecerá transparente, pero si todavía contiene cloruros se formará una nube blanca como resultado de la formación de AgCl, que es insoluble de color blanco. El lavado se realiza separando el agua de la muestra mediante centrifugación, añadiendo agua destilada limpia y agitando de nuevo.

Una vez conseguida una suspensión estable homoiónica se procede a la separación de las fracciones que se desee, de acuerdo con el objetivo del trabajo. La separación por tamaños de partícula se basa en la ley de Stokes, que es una expresión numérica de la velocidad a la que cae una partícula por la acción de la gravedad y a cuya caída ofrece resistencia un fluido viscoso. Puesto que esta ley está enunciada para partículas esféricas cuando decimos que un material arcilloso tiene un tamaño determinado significa que esa partícula se decanta a la misma velocidad que si tuviese dicho tamaño y su misma densidad. De esta forma se puede calcular el tiempo necesario para que una partícula de un tamaño determinado decante. Así, generalmente, se separan las fracciones:

Una vez transcurrido el tiempo deseado se pueden separar las fracciones por sifonamiento de los 10 cm superiores del recipiente. De cada una de las fracciones separadas se prepararan 3 AO. El objeto de la preparación del AO es reforzar las reflexiones basales, que son las que permiten diferenciar los distintos filosilicatos entre si, a la vez que eliminar las de los minerales no laminares. Los AO se preparan depositando unas gotas de la suspensión acuosa de la muestra sobre un portamuestras de vidrio y dejando evaporar el agua hasta obtener un agregado homogéneo. En general, para la identificación de los minerales de la arcilla es necesario usar tratamientos que permitan diferenciar entre los filosilicatos que tienen el mismo espaciado basal. Así de uno de los tres AO se hace un difractograma sin tratar, otro se solvata con etilenglicol, glicerol o dimetilsulfoxido y el tercero se trata térmicamente (2 horas a 550ºC).

Para la solvatación con etilenglicol, glicerol o dimetilsulfóxido se somete la muestra a una atmósfera saturada en vapor de este compuesto, para ello se pone la muestra en una cápsula Petri o en un desecador en una estufa a 60-65ºC durante 24-48 horas, rodándose a continuación evitando su exposición al aire, para evitar la salida de dicha sustancia del espacio interlaminar.

En algunas ocasiones la muestra no se pone en suspensión por contener elementos cementantes, cuales son estos se puede averiguar, la mayoría de las veces, estudiando el difractograma de polvo. Para eliminar los cementantes los procedimientos son:

• Eliminación de la materia orgánica: Añadir 50-100 ml de agua oxigenada y agitar, con cuidado de no introducir varillas metálicas para evitar su oxidación.
• Carbonatos: Tratamientos ácidos
• Yeso: Lavar la muestra repetidamente con agua caliente hasta conseguir la disolución total del yeso.

En general hay que procurar someter la muestra al mínimo número posible de procesos tanto químicos como físicos, ya que estos pueden modificar sus características. En especial hay que evitar los tratamientos químicos debido a la gran reactividad que presenta la superficie de las láminas de los filosilicatos.