FMF - Foro de Mineralogía Formativa

[Adolf Cortel]

La fluorescencia de algunos minerales es una propiedad fascinante. Ya que esta propiedad se debe, en muchos casos, a la presencia de elementos químicos en pequeña cantidad, el análisis de la fluorescencia no suele ser una técnica eficaz para identificar un mineral, aunque puede resultar útil para confirmar el yacimiento, comparando los espectros de muestras de distinta procedencia. En otros casos, como ocurre con varios minerales de uranio, la fluorescencia permite confirmar (o aproximarse a) la identificación.
Los espectros se han tomado iluminando la muestra con un láser violeta de 405 nm: la luz emitida se concentra mediante un espejo en una fibra óptica y se lleva a un espectrómetro. El montaje es parecido a un LIBS iluminando con el láser violeta en vez de un láser de pulsos.
En la fotografía se compara la luz emitida por la andersonita (mina Eureka, Plana de Monrós, Lleida), de un color turquesa, con la de la autunita (Portugal) de color verde- amarillo. El espectro de fluorescencia de la andersonita, con emisión parcialmente en la región azul está ausente en la autunita, lo que justifica los distintos colores observados al iluminar con luz UV. Ambos espectros son debidos al grupo uranilo.

[Josele]

Muy interesante, ¿podrías dar mas detalles de los aparatos que has utilizado, tanto del laser como del espectrógrafo? Y si es posible una foto del montaje, mejor.

Una pregunta, si hubieras excitado las piezas con UV de menor longitud de onda en vez del laser de 405 nm, ¿hubiera salido el mismo espectro? o en otras palabras, ¿el espectro depende de la longitud de onda de la radiación excitante o es una característica intrínseca del mineral?

Gracias y un saludo.

[Adolf Cortel]

Hola Josele,
En el caso de los minerales de uranio no hay diferencia entre iluminar con onda corta o larga o incluso con un láser violeta (es el que llevan los bluray). Iluminar con un láser es mucho más ventajoso respecto de las lamparas ya que concentra toda la luz en un punto y de este modo el espejo la puede concentrar mejor en la fibra óptica. La iluminación con luz violeta no produce fluorescencia en otros casos (como la willemita) y ahí si que se tiene que usar la lámpara de onda corta y acercar la fibra óptica a la zona fluorescente para poder ver algo. Esto tiene algunas pegas, una de ellas es que el láser solo emite una longitud de onda mientras que la lámpara deja pasar algunas de las líneas del mercurio en la región del violeta y azul y bastantes lineas del argón (contenido en la lámpara) en la región del infrarrojo que luego cuestan de eliminar, pero el caso es que en algunas muestras se ha de usar la lámpara de longitud de onda corta para ver algo.

Para demostrar que no miento, ahí vienen los espectros de fluorescencia de la andersonita y la autunita iluminando con una lámpara de onda corta; como la fluorescencia es intensa las lineas incordiantes de la lámpara no destacan pero si la fluorescencia es más débil el espectro queda muy feo.

El montaje es el mismo que el del LIBS que tengo colgado en youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=jHG8zm7kfOo
simplemente coloco el láser violeta entre la lente y el espejo orientado en la trayectoria que seguiría el pulso del láser YAG. Espero poder colgar algunas fotos en este hilo pero será en unos dias, ya que ahora está en la caja. Como para fluorescencia no se necesita gran resolución utilizo un espectrómetro Ocean Optics S2000 que en teoría puede medir un espectro en la región de 380 a 1050 nm aprox. El la práctica el sensor no detecta más allá de 900 nm y si se usa un láser de 405 nm ya no tiene sentido ver el espectro más allá de 810 nm por que sale el espectro de segundo orden.

[Adolf Cortel]

olvidé poner la imagen

[Josele]

Adolf, genial el vídeo, ya veo que tienes mano para el bricolage aparte de una buena base de física y electrónica.

Si no me equivoco, con el LIBS (o con el sistema adaptado que utilizas) puedes identificar los elementos presentes en la muestra, pero no podrías identificar el activador de la fluorescencia, por encontrarse en cantidades mínimas ¿no? Tengo entendido que para eso hay que utilizar la espectroscopía resuelta en el tiempo, capaz de medir el cortísimo intervalo de tiempo que hay entre un pulso de excitación laser y la respuesta luminiscente, lo que tiene pinta de ser mucho mucho mas complicado.

Yo tengo un pequeño espectroscopio de rejilla que solo funciona con una fuente de luz fuerte. Vale para ver espectros de absorción de luz transmitida a través de algunos minerales transparentes pero es inútil para fluorescencias.

Gracias por compartir estos ensayos. Y que sigan...

[miquelgb]

Muy buen aporte! Tendré que probar con unas autunitas que tengo de esa mina :D

[Adolf Cortel]

Hola Josele,
Efectivamente, la técnica LIBS (y otras técnicas de espectroscopia de emisión) no son apropiadas para buscar trazas. A nivel profesional las trazas se pueden determinar usando la excitación por láser (evapora e ioniza el material) combinada con un espectrómetro de masas.
En algunos casos, como ocurre con el manganeso en algunas calcitas, LIBS permite identificar este activador ya que está presente en una cantidad apreciable. En otras muestras hay fluorescencia intrínseca de la estructura a la que se añade fluorescencia debida a algún elemento activador. Si el espectro no es complicado y hay pocos activadores, se pueden llegar a identificar (no por LIBS sino por la posición de las lineas de fluorescencia), aunque en mi opinión, esto tiene un interés limitado a efectos de identificación de la muestra.
Tal como comentas, una forma de identificar los distintos activadores es usar pulsos UV muy cortos y registrar el espectro de fluorescencia en intervalos de distinta duración; de este modo se diferencian los activadores que tienen distinta "vida media"; naturalmente es más complicado de lo que yo estoy haciendo, pero no parece que tenga una gran dificultad, ya que es un problema electrónico de sincronizaciones y retardos en los pulsos de disparo del pulso UV, los que dan inicio a la integración de la luz en el sensor..... (la teoría de todo esto está bien explicada en el libro, que me parece que tu mismo u otros han citado en alguna ocasion en el foro: Ganf, Reisfeld , Luminiscence spectroscopy of minerals).
Para ver los espectros de emisión (de fluorescencia o de otro tipo) se pueden usar sistemas basados en construirse un espectroscopio uno mismo con un trozo de CD o DVD y hacer una fotografia del espectro. La pega es que normalmente las cámaras tienen filtros incorporados que transmiten solamente en la región de 450 a 650 nm, la gran ventaja es que el tiempo de exposición puede ser tan largo como permita la cámara, de modo que se pueden fotografiar espectros muy débiles.
Si te interesa el tema de espectroscopios caseros puedo mandar información.
Saludos

[Adolf Cortel]

El montaje para registrar los espectros de fluorescencia está en las fotos siguientes. Se puede hacer bastante más sencillo pero he aprovechado el montaje que tengo del espectrómetro LIBS que ya tiene incorporado un espejo cóncavo de posición ajustable para poder recoger el máximo posible de luz y los tres tornillos micrométricos que permiten ajustan la posición de la muestra con mucha finura.
La lente que aparece a la derecha de las fotografías no se utiliza ya que solo funciona con el laser YAG para LIBS
El láser violeta está enfocado en la posición de la muestra; se puede poner, sacar y ajustar fácilmente ya que el uso principal del montaje es como espectrómetro LIBS. La luz emitida por la muestra y la luz láser reflejada se concentran en el extremo de la fibra óptica gracias al espejo cóncavo. Resulta muy útil colocar un filtro que absorbe la luz por debajo de 410 nm delante de la fibra óptica para eliminar la luz del láser reflejada por la muestra. En este montaje se puede detectar fluorescencia desde 410 hasta 810 nm.