Estudio y aplicaciones de señales LIBS en suelos agrarios : cuantificación de carbono
El suelo se compone de diversos nutrientes y minerales donde el elemento principal, el carbono (C), es un indicador de la calidad del suelo junto con otros parámetros de igual importancia. Éste se encuentra principalmente en alta concentración en los suelos más superficiales y en forma orgánica, don...
Guardado en:
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Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad Ciencias Exactas
2018
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El suelo se compone de diversos nutrientes y minerales donde el elemento principal, el carbono (C), es un indicador de la calidad del suelo junto con otros parámetros de igual importancia. Éste se encuentra principalmente en alta concentración en los suelos más superficiales y en forma orgánica, donde predomina la materia orgánica (MO). En zonas más profundas respecto de la superficie del suelo, el C se encuentra en concentraciones menores, con una fuerte predominancia de la fracción inorgánica, formando carbonatos (CO3 -2 ), los cuales ascienden por capilaridad de las napas subterráneas. El trabajo de esta tesis, se basó en cuantificar el C total de diversos suelos de la región Pampeana, realizando un estudio cuantitativo de carbono orgánico (CO) e inorgánico y lograr un análisis previo de la calidad de los mismos. Dado que la determinación de la calidad del suelo no depende exclusivamente de la concentración de C sino también de parámetros tales como la humedad, la alcalinidad, la textura, la composición mineralógica, etc., este trabajo pretende dar una herramienta para facilitar y simplificar el estudio del elemento de mayor importancia del suelo.
La técnica de espectroscopia de plasma producido por láser (LIBS), dependiendo del tipo de esquema espectral utilizado, aporta la cuantificación de los componentes químicos que componen las muestras a analizar. Se basa en incidir un láser sobre una muestra, generando un plasma a una elevada temperatura. Los átomos se excitan y, pasado un determinado intervalo de tiempo, decaen a niveles de menor energía, emitiendo fotones de energías características, con una longitud de onda (ʎ ) determinada. Este parámetro permite identificar a que elemento corresponde y la concentración del mismo.
En este trabajo se logró analizar, mediante dicha técnica la principal línea de C neutro (C I) (247,85 nm ), la cual posee la mayor intensidad respecto a otras líneas de este elemento en el espectro electromagnético. Se armaron muestras de referencia con diferentes concentraciones de C a través del método de adición estándar, por medio de dos procesos, I) secado de la muestra en horno e II) incineración de las muestras en mufla. Las muestras realizadas por el proceso I) se utilizaron para la generación de una curva de calibración, la cual determina la concentración de muestras desconocidas por medio de interpolación. Se realizó un análisis temporal de las muestras de referencia en un intervalo de a , para obtener parámetros óptimos en las mediciones posteriores. Esto incluyó un estudio de curvas de calibración preliminares a fin de definir cada tiempo postbreakdown (tiempo de espera para que el equipo comience a medir), para llegar a las mejores condiciones de ajuste por medio del plasma fino. El mejor parámetro se determinó a través de la sensibilidad (a) y el R 2 , característico en cada una de las curvas de calibración preliminares. Se llevó a cabo este estudio por medio de dos métodos: técnica de integración, en donde se baso en integrar cada 1us la intensidad de la línea de los registros temporales, obteniendo 16 datos resultantes, correspondientes al intervalo de 1 a 17 us ; y por otro lado, se llevo a cabo un método que consideró el promedio de datos temporales de cada 1 us . El mejor resultado se obtuvo con el método de promediado, arrojando un tiempo postbreakdown de 7 us con la ventana temporal preestablecida de 1us.
Obtenido el tiempo óptimo postbreakdown y el de ventana, se realizaron nuevamente curvas de calibración más eficientes por medio de dos métodos: uno correspondiente al ajuste del perfil Lorentziano y un método de integración. Obteniendo un mejor resultado mediante el primer ajuste mencionado.
El sitio A, se dedica a la actividad agrícola ganadera, el cual se estudió por medio de una calicata, con muestras secadas en horno e incineradas en mufla. A partir de las mediciones, se pudo observar que las concentraciones totales de C disminuyen con la profundidad. En cambio, el C inorgánico se concentra en un determinado intervalo de profundidad.
El sitio B, se dedica a la actividad agrícola, el cual se estudió en diversos puntos del campo con muestras secadas en horno, determinando concentraciones de C total. Dichos valores porcentuales rondan por debajo de los obtenidos en los primeros horizontes del sitio A.
El sitio C, se dedica a la actividad ganadera. Las muestras provinieron de un mismo punto pero de dos profundidades diferentes. Se encontró un valor superficial similar a los suelos superficiales de los sitios A y B, mientras que en la zona más profunda se observó un aumento excesivo de la concentración total de C, el cual podría corresponder al gran aporte de MO que generan los animales del sitio o a una excesiva concentración de CO3 -2 .
Es de destacar que los diferentes puntos de los sitios B y C, se encuentran validados por diversos laboratorios que determinan las concentraciones de MO, por ende el CO. |