Un equipo de investigación de la Universidad de Málaga ha validado el uso de un sistema para detectar compuestos en rocas de una manera más precisa, mediante la fusión de distintos tipos de datos obtenidos con una misma tecnología láser, que ofrece información inmediata y con muestras de pequeño tamaño. Las investigaciones se han realizado en laboratorio simulando las condiciones atmosféricas de la Tierra y de Marte.

La tecnología utilizada para mejorar la definición de la composición atómica de rocas se conoce como espectroscopía de plasmas inducidos por láser (LIBS). Consiste en la emisión de un haz de luz que transforma el estado de la materia de sólido a plasma. En tan sólo una millonésima de segundo, el sistema capta la emisión de los elementos que constituyen la muestra.

El sistema se basa en un haz de luz y capta la emisión de los elementos que constituyen la muestra y, al mismo tiempo, la onda acústica que se produce en la detonación del mineral
Fuente: Anal. química 2022 , 94 , 3 , 1840-1849

Al mismo tiempo que se produce el cambio de materia, se origina una onda acústica en la detonación del mineral. Los expertos han fusionado la información espectral y la que ofrece la propagación del sonido para obtener datos más fiables. En el artículo ‘LIBS-Acoustic Mid-Level Fusion Scheme for Mineral Differentiation under Terrestrial and Martian Atmospheric Conditions’ publicado en la revista Analytical Chemistry, los expertos confirman que este modelo de análisis de materiales logra mejor definición de los compuestos en menos tiempo y en una escala de análisis que alcanza el attogramo, del orden de la masa que podría tener un virus.

En relación a los resultados obtenidos con LIBS o el conjunto de datos acústicos por separado, el nuevo sistema mejoró la información pasando de un 90 y 77% respectivamente a un 92 en condiciones atmosféricas terrestres y de un 85 y 81% a un 89% en el caso de Marte.

Es decir, el nuevo sistema logra mejorar los resultados de los análisis incluyendo los datos acústicos de la intervención del láser, con una pequeñísima muestra y en tiempo inmediato. “Demostramos por primera vez que la onda acústica producida por láser en la muestra se puede utilizar para la creación de un descriptor estadístico y mejorar la capacidad de LIBS para la diferenciación de rocas”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Málaga, Javier Laserna, autor del artículo.

El investigador de la Universidad de Málaga, Javier Laserna autor del artículo.

Cocina fusión con LIBS

LIBS es ampliamente utilizado por la comunidad científica para la determinación de la composición de rocas, minerales y suelos en distintas condiciones por su alto rendimiento, inmediatez y fiabilidad. Sin embargo, los expertos han dado un paso más al evaluar, de manera simultánea la entrada de la respuesta acústica que ofrecen los plasmas inducidos por el láser. De esta manera, identifican de una manera mucho más exacta las muestras geológicas.

Concretamente, los investigadores seleccionaron dos grupos de minerales, 6 ricos en hierro y 6 ricos en calcio. La hipótesis inicial apuntaba que la composición elemental debía traducirse en espectros LIBS muy similares dentro de cada grupo. Estos elementos son abundantes en el sistema solar y han sido detectados tanto en meteoritos de origen marciano como en materiales analizados en el propio planeta.

Los expertos han fusionado la información espectral y la que ofrece la propagación del sonido para obtener datos más fiables
Fuente: Anal. química 2022 , 94 , 3 , 1840-1849.

En el caso del calcio, uno de los componentes principales en la formación de rocas, su presencia y ordenación ofrece información relevante en el estudio sobre el origen de los planetas Mercurio, Venus, la Tierra y Marte.

El proceso para la obtención de los datos de LIBS y de las respuestas acústicas se origina a partir de la misma prueba que consiste en la aplicación del láser sobre la muestra. Sin embargo, la información que ofrecen es totalmente distinta. En LIBS, la señal proviene principalmente de los átomos que han sufrido un proceso de fragmentación, atomización, ionización y excitación. Es decir, la materia se transforma en plasma y los átomos quedan disponibles para su análisis. En el caso de la acústica, la onda se genera por la expansión del plasma hacia la atmósfera. Por ello, la combinación de ambos puede aportar información complementaria para la obtención de nuevos datos que identifiquen con mayor claridad los distintos elementos y su ordenación.

Este modelo podría ser de gran interés para el análisis de materiales en ambientes complejos, por ejemplo, los realizados en otras atmósferas como en las exploraciones de Marte o en grandes profundidades en el océano. Los expertos continúan sus estudios para la implantación de la técnica en entornos abiertos, ya que la presencia de ecos o interferencias puede modificar la señal acústica y los valores. También se plantean mejorar los datos obtenidos en la atmósfera de Marte con micrófonos más sensibles.

Este modelo podría ser de gran interés para el análisis de materiales en ambientes complejos, por ejemplo, los realizados en otras atmósferas como en las exploraciones de Marte. Fuente: Flickr (Banco de Imágenes Geológicas).

Los estudios se han financiado mediante los proyectos ‘Espectroscopía de plasmas inducidos por láser para el estudio de biofirmas de carbono en materiales geológicos análogos de Marte’ de la Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades de la Junta de Andalucía y ‘Plasmas inducidos por láser (LIP) para espectroscopía de superficies planetarias (LIPSPLANET)’ del Ministerio de Ciencia e Innovación.

Nota traducida al inglés: Validation of a new method to analyse minerals under Terrestrial and Martian atmospheric conditions

Referencias

César Álvarez Llamas, Pablo Purohit, Javier Moros y Javier Laserna. ‘LIBS-Acoustic Mid-Level Fusion Scheme for Mineral Differentiation under Terrestrial and Martian Atmospheric Conditions’. Analytical Chemistry. 2022.

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