DETERMINAÇÃO DE ELEMENTOS TERRA RARAS E OUTROS TRAÇOS EM SOLEIRAS DE DIABÁSIO DA PROVÍNCIA MAGMÁTICA DO PARANÁ POR ATIVAÇÃO NEUTRÔNICA

Transcrição

1 2005 Interntonl Nucler Atlntc Conference - INAC 2005 Sntos, SP, Brzl, August 28 to September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: DETERMINAÇÃO DE ELEMENTOS TERRA RARAS E OUTROS TRAÇOS EM SOLEIRAS DE DIABÁSIO DA PROVÍNCIA MAGMÁTICA DO PARANÁ POR ATIVAÇÃO NEUTRÔNICA Edurdo R.V. Roch Jr. 1, Lel S. Mrques 1 e An M. G. Fgueredo 2 1 Insttuto de Astronom, Geofísc e Cêncs Atmosfércs (IAG - SP) Unversdde de São Pulo - USP Ru do Mtão, São Pulo, SP eroch@g.usp.br; lel@g.usp.br 2 Lbortóro de Análse por Atvção com Nêutrons, Centro do Retor Nucler de Pesquss Insttuto de Pesquss Energétcs e Nucleres (LAN / CRPq IPEN / CNEN - SP) Cx Postl , São Pulo, SP, Brsl grfgue@curngo.pen.br RESUMO Este trblho present determnção de elementos terrs rrs e outros trços em solers de dbáso d Provínc Mgmátc do Prná pel técnc de nálse por tvção com nêutrons térmcos e eptérmcos. Um vez que concentrção destes elementos é bstnte bx ns rochs nvestgds, d ordem de g/g, fo propost um otmzção do método, umentndo o tempo de rrdção com nêutrons térmcos e dmnundo o tempo de resfrmento (tempo decorrdo entre rrdção e medd d tvdde gm nduzd ns mostrs), tnto n tvção com nêutrons térmcos qunto com nêutrons eptérmcos. O procedmento nlítco fo vlddo pel nálse do mterl de referênc JB-1 (GSJ), que possu vlores certfcdos pr os elementos nlsdos. A otmzção deste método permtu determnção d grnde mor dos elementos químcos nlsdos com precsão reltv e extdões nferores 10%, possbltndo su utlzção pr o estudo d gênese dos mgms que orgnrm s solers de dbáso d Provínc Mgmátc do Prná (PMP). 1. INTRODUÇÃO O estudo do comportmento geoquímco de elementos trços, como B, Rb, T, Th, U, Hf, Cs, Sc e Co, bem como elementos terrs rrs (L, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb e Lu) é um ferrment muto útl n nvestgção de problems petrogenétcos, vsto que ts elementos servem de ndcdores ds condções físco-químcs que turm n formção de rochs e mners [1]. Dverss técncs pr nálse de elementos trços têm-se desenvolvdo rpdmente em respost à crescente necessdde de medds precss de concentrções extremmente bxs em dverss mtrzes. Dentre els, técnc de nálse por tvção com nêutrons (AAN) mostrou-se ms sensível, ou sej, com menor lmte de detecção [2], em medds purmente nstruments.

2 A nálse por tvção com nêutrons é um método nlítco que se bse n medd d rdção gm nduzd n mostr pel rrdção com nêutrons. Qundo submetdos um fluxo de nêutrons produzdos em um retor de pesqus, os núcleos tômcos sofrem reções nucleres, sendo que reção (n, ) é um ds ms utlzds, qundo ssocd à espectrometr gm de lt resolução. No cso de mostrs geológcs, como s do presente estudo, determnção de elementos trços obedece um rotn expermentl envolvendo pulverzção e condconmento ds mostrs, rrdção com nêutrons térmcos e eptérmcos, contgem d tvdde gm nduzd e cálculo ds concentrções. Este trblho present os prmeros resultdos obtdos n rrdção com nêutrons térmcos, por 16 hors, sob um fluxo de n cm -2 s -1, com o objetvo de otmzr o máxmo rotn de nálse de mostrs geológcs, de modo determnr, com elevdos níves de precsão e extdão, o mor número de elementos trços, em medds purmente nstruments. Estão sendo tmbém relzds tvções com nêutrons eptérmcos, por 24 hors, com o objetvo de verfcr se rotn de nálse de mostrs geológcs possu níves de precsão e extdão dequdos. Ests condções estão sendo verfcds n determnção ds concentrções de elementos comptíves e ncomptíves em rochs ntrusvs e extrusvs do nordeste d Provínc Mgmátc do Prná (PMP), com o objetvo de nvestgr e quntfcr os processos de orgem e evolução dos mgms que s orgnrm, bem como de mplr o conhecmento sobre nturez ds fontes mntélcs (ltosférc e/ou stenosférc) envolvds em su gênese [1]. 2. O MÉTODO DA ATIVAÇÃO NEUTRÔNICA O método de nálse por tvção com nêutrons é um técnc muto bem estbelecd [3] e bse-se n formção de sótopos rdotvos, por meo de reções nucleres. A nálse por tvção neutrônc permte determnr s concentrções de város elementos ndependentemente d form químc em que se encontrm n mostr [3]. O método utlz nêutrons que o ntergrem com um núcleo lvo, por meo de um colsão nelástc, dá orgem um núcleo composto, em um estdo ltmente exctdo. Este núcleo pode perder su energ trvés d emssão de prtículs e/ou de ros gm prontos, que durm d ordem de s. A sensbldde d AAN depende do fluxo de nêutrons que mostr está submetd, d bundânc sotópc do núcleo lvo, e d seção de choque, que é probbldde de um nêutron ntergr com o núcleo do elemento de nteresse. A me-vd do nuclídeo formdo, s energs e o tpo ds rdções emtds por esses nuclídeos podem nterferr n sensbldde d nálse. 3. PROCEDIMENTO ANALÍTICO 3.1. Preprção ds mostrs e pdrões INAC 2005, Sntos, SP, Brzl.

3 A preprção ds mostrs é fundmentl pr obtenção de resultdos precsos e extos, consderndo possbldde de contmnção nest etp. Inclmente, os frgmentos ds mostrs de roch são trturdos em frções menores, dâmetro máxmo de 0,5 cm. A segur os frgmentos são lvdos com águ e álcool técnco, em pener de ço de 80 mesh (ou 0,177 mm de dâmetro), pr elmnção de grãos fnos produzdos no processo de brtgem. A etp segunte consste em pulverzá-los em um grnulção nferor 100 mesh (ou 0,149 mm de dâmetro), em lmofrz de ágt pr evtr processos de contmnção. Em segud o mterl dever ser muto bem homogenezdo, um vez que quntdde recomendd pr rrdção é d ordem de 100 mg. Depos que s mostrs estão pulverzds, nc-se su preprção pr tvção com nêutrons térmcos e eptérmcos. Pr rrdção com nêutrons térmcos, líquots de mostrs e pdrões geológcos certfcdos são pesds e condconds em envelopes de poletleno, enqunto que n tvção com nêutrons eptérmcos s mostrs e os pdrões são condcondos em envelopes de lumíno. As líquots são rrdds por 16 hors com nêutrons térmcos e por 24 hors com nêutrons eptérmcos, sob um fluxo totl de nêutrons de n cm -2 s -1 no retor nucler IEA-R1 do Insttuto de Pesquss Energétcs e Nucleres (IPEN/CNEN/SP). No cso d tvção com nêutrons eptérmcos, s mostrs são nd envolvds por um chp de cádmo, de proxmdmente 1 mm de espessur, um vez que este elemento possu lt seção de choque pr nêutrons térmcos. Os mters geológcos de referênc de grnto GS-N (ANRT), bslto BE-N (GIT-IWG) e bslto JB-1 (GSJ) são usdos como pdrões pr os cálculos de concentrção por meo de nálses comprtvs Irrdção e contgem Amostrs e pdrões form nserdos em recpentes de lumíno, especlmente desenvolvdos pr uso no retor IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP e rrddos por 16 hors (rrdção térmc) e 24 hors (rrdção eptérmc). Após tempos de decmento dequdos, s mostrs e pdrões tvdos com nêutrons térmcos form trnsferdos pr recpentes de lumíno e, no cso d rrdção com nêutrons eptérmcos, s líquots form trnsferds pr cápsuls de poletleno. As medds d tvdde gm nduzd form efetuds em um espectrômetro de ros gm consttuído de um detector de germâno hperpuro CANBERRA modelo GX2020, cuj resolução nomnl é de 2,0 kev, pr o pco de 1332,49 kev de 60 Co, com 20% de efcênc. As medds são, no cso d tvção térmc, ncds cerc de 7 ds pós o térmno d rrdção, enqunto que n tvção eptérmc, são efetuds dus contgens, um pós 7 ds e outr pós 14 ds d rrdção, sendo que durção de cd contgem é de 4000s Determnção d concentrção dos elementos trços No método de tvção neutrônc, cd rdosótopo é determndo de cordo com su energ crcterístc d emssão gm, sendo que lguns deles são determndos trvés d utlzção de ms de um fotopco. Em cd tpo de tvção (térmc e eptérmc), é INAC 2005, Sntos, SP, Brzl.

4 possível determnr um grupo de dferentes elementos químcos. O 239 Np e 233 P são utlzdos pr determnr concentrção de U e Th, respectvmente. A rotn pr determnção ds concentrções dos elementos terr rrs e de outros trços prtr d medd d rdção gm emtd pelos respectvos rdosótopos estão detlhds em [4]. As concentrções ns mostrs são determnds com o uxílo d expressão clássc de nálse por tvção pelo método comprtvo: A m C p p t C e. (1) Ap m Onde: C e C = concentrção do elemento mostr e pdrão, respectvmente; A e m e p A p = tvdde do rdosótopo n mostr e pdrão, respectvmente; m p = mss d mostr e pdrão, respectvmente; = constnte de decmento do rdosótopo ; t = ntervlo de tempo de decmento entre s contgens do pdrão e d mostr. Os vlores ds concentrções pr os elementos de nteresse, presentes ns mostrs nvestgds, form obtdos por comprção com queles dos mters de referênc GS-N, BE-N e JB-1, utlzndo-se pens s líquots pertencentes o mesmo conjunto de rrdção, evtndo-se ssm problems dcons devdo possíves vrções no fluxo de nêutrons Trtmento esttístco O trtmento esttístco dos ddos obtdos fo efetudo em várs etps. Prmermente, form clculdos lguns prâmetros esttístcos báscos, ts como méds e desvos pdrões. Os vlores representtvos ds grndezs medds form obtdos trvés do cálculo d méd e desvos pdrões que fornecem um ndcção respeto d reprodutbldde do método nlítco utlzdo, e que fornecem precsão dos resultdos [5, 6]. Em segud, fo efetud elmnção de ddos nômlos que ocorrerm em lgums determnções, os qus podem comprometer os resultdos fns. Est etp consste no emprego do teste de r mn e r mx que verfc homogenedde de um conjunto de resultdos. Os detlhes dest técnc encontrm-se em [5, 6]. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultdos obtdos por est metodolog form stsftóros pr mor dos elementos químcos nlsdos. A extdão do método empregdo fo verfcd pel nálse do mterl de referênc JB-1 (bslto), obtendo-se erros reltvos nferores 15% (Fg. 1). Após o trtmento esttístco dos ddos de concentrção de cd mostr, obtverm-se desvos pdrão reltvos entre 0,3 e 9,0%. INAC 2005, Sntos, SP, Brzl.

5 Os fotopcos d rdção gm emtd pelos rdosótopos de 147 Nd (531,01 kev), 169 Yb (177,21 kev e 197,8 kev) não form utlzdos, pos estes resultdos form bstnte dscrepntes. Os vlores de concentrção de lntâno clculdos pelos fotopcos do rdosótopo 140 L (328 kev, 487 kev e 1596,2 kev) consderdos nest nálse, form pens os obtdos n tvção com nêutrons eptérmcos, um vez que est forneceu resultdos ms precsos e extos n nálse do mterl de referênc JB-1. Fgur 1. Vlores obtdos pr o mterl de referênc JB-1 em relção os vlores certfcdos. Concentrções determnds utlzndo-se os mters de referênc GS-N e BE-N. Os erros referem-se à ncertez de 1. Os resultdos mostrm nd, que o umento no tempo de rrdção ds mostrs com nêutrons térmcos pr 16 hors, melhorou sensvelmente s determnções de Lu, Nd e Yb, prtr dos rdosótopos 177 Lu (208,36 kev), 147 Nd (91,1 kev) e 175 Yb (396,33 kev), respectvmente. Os resultdos obtdos n nálse do mterl de referênc JB-1 mostrm que método dotdo é dequdmente precso e exto pr determnção de concentrções de elementos trços ns mostrs nvestgds. A título de lustrção encontrm-se presentdos n Fg. 2 lguns resultdos obtdos n nálse de mostrs de solers d PMP. 4. CONCLUSÕES Com esse estudo, observou-se que rotn dotd forneceu resultdos extos e precsos, sendo possível obter nformções necessárs pr nvestgção dos processos petrogenétcos INAC 2005, Sntos, SP, Brzl.

6 que turm nos mgms que orgnrm s solers, nclundo processos de frconmento n stu nos corpos ms espessos. Além dsso, nvestgções futurs fornecerão s possíves contrbuções de fontes ltosfércs e/ou stenosfércs que orgnrm ests rochs, pel comprção com ddos de bsltos do ssolho oceânco (N-MORB) e d lh Trstão d Cunh. Fgur 2. Pdrões de bundânc de elementos ncomptíves, normlzdos em relção o mnto prmtvo, referentes às mostrs de lgums solers de dbáso d PMP. AGRADECIMENTOS À Regn Beck Tcnell e o Lendro J. Gbol pels sugestões reltvs à preprção ds mostrs e método de tvção neutrônc. Ao Conselho Nconl de Desenvolvmento Centífco e Tecnológco (CNPq) e Fundção de Ampro à Pesqus do Estdo de São Pulo (FAPESP: processos 04/ e 04/ ) pelo poo fnncero. REFERÊNCIAS 1. L. S. Mrques & M. Ernesto, Geolog do contnente Sul-Amercno: Evolução d obr de Fernndo Flávo Mrques de Almed, cpítulo XV: O mgmtsmo toleítco d Bc do Prná, ed. Bec, São Pulo, Brsl (2004). 2. R. J. C. Brown & M. J. T. Mlton, Anlytcl technques for trce element nlyses: n overvew, Trends n Anlytcl Chemstry, UK, Mrço, Vol. 24, pp (2005). 3. L. S. Mrques, Estudo do comportmento geoquímco de lguns elementos trços determndos em rochs vulcâncs d Bc do Prná, Dssertção de Mestrdo, IAG/USP, São Pulo, Brsl, (1983). INAC 2005, Sntos, SP, Brzl.

7 4. A. M. G. Fgueredo & L. S. Mques, Determnton of rre erths nd other trce elements n the Brzln geologcl stndrds BB-1 nd GB-1 by neutron ctvton nlyss, Geochmc Brslenss, Brsl, Vol. 3, pp. 1-8 (1989). 5. L. T. Atll, Interpretção quntttv de resultdos experments, Informção IEA 60, COURP-ARQ 7, Insttuto de Energ Atômc, São Pulo, Brsl (1978). 6. V. V. Nlmov, The pplcton of mthemtcl sttstcs to chemcl nlyss, Redng, Mss., Addson-Wesley (1963). INAC 2005, Sntos, SP, Brzl.