A essência das pedras

Nova microssonda eletrônica começa a funcionar na USP para analisar elementos químicos presentes em minerais 

MARCOS DE OLIVEIRA | Edição 203 - Janeiro de 2013

© LABORATÓRIO DE MICROSSONDA DO IGC-USP

Imagens obtidas na microssonda com a técnica de dispersão de comprimento de onda e raios X. Acima, a presença de alumínio na amostra de mineral silicático, em azul

A mais nova versão de um equipamento que ficou famoso entre os geólogos quando os astronautas da missão Apollo trouxeram rochas da Lua entre 1969 e 1972 está funcionando num prédio especialmente construído para ele no Instituto de Geociências (IGc) da Universidade de São Paulo (USP). A microssonda eletrônica é um instrumento de pesquisa capaz de identificar e quantificar de forma rápida os elementos químicos presentes em um mineral, o que se tornou importante logo após as missões lunares, quando a agência espacial norte-americana (Nasa) cedeu amostras para instituições de vários países. Saber se um mineral de rocha tem cálcio, ferro ou algum tipo de terra-rara é importante tanto para conhecer melhor a natureza geológica de determinado lugar como para saber a existência de material de valor para a mineração ou outros fins industriais. Também pode ser utilizado em metalurgia na análise de constituintes de ligas metálicas ou, ainda, para descobrir os meandros químicos da formação de dentes.

O equipamento, comprado de um dos dois fabricantes mundiais, a japonesa Jeol – o outro é a francesa Cameca –, custou US$ 1,6 milhão e foi integralmente financiado pela FAPESP. Ele vem substituir com mais recursos uma microssonda comprada em 1992, dentro de um programa de financiamento da USP e do Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID), com complementações da FAPESP. Esse, por sua vez, substituiu um modelo norte-americano de 1971, o primeiro instalado no país, inteiramente comprado com recursos do BID. Ele tinha um processo de obtenção de dados complicado e manual, além de registrar informações em cartões perfurados no computador acoplado à máquina que ainda está no IGc. A mais antiga tinha três espectrômetros de raios X, enquanto a mais recente possui cinco desses aparelhos acoplados à microssonda. Esse tipo de espectrômetro faz a análise dos elementos químicos presentes no mineral por meio da leitura do comprimento de onda gerado pelo canhão de feixes de elétrons no momento em que ele atinge a amostra. O resultado é uma radiação em raios X, com o comprimento de onda específico irradiado pela matéria analisada que é captada por um cristal dentro da microssonda. Ele faz o reconhecimento do comprimento de onda do elemento químico e sua intensidade de um ponto específico do material.

© JOHN WOLFF/UNIVERSIDADE ESTADUAL DE WASHINGTON

“No primeiro, a operação era muito difícil e exigia uma preparação e análise da amostra mais complicado e demorado; o segundo já possuía cinco espectrômetros e o mais recente nos traz maior automação do processo de análise, com melhor resolução da interface gráfica e aumento do brilho das imagens. Será possível obter fotos de melhor qualidade, por exemplo, como minerais que possuem manganês e cádmio, capazes de emitir luz quando recebem a incidência de elétrons sobre eles. Outra coisa importante é a maior sofisticação das condições de vácuo por onde o feixe de elétrons corre, sem serem absorvidos pelas moléculas de ar, até chegar a amostra”, diz Celso de Barros Gomes, professor emérito do IGc, que implantou e dirigiu o Laboratório de Microssonda Eletrônica do instituto, além de ser responsável pela compra dos três equipamentos, em 1971, 1992 e 2012. “É um ciclo histórico”, diz ele.

Colchão de areia

Para receber a nova microssonda, foi preciso construir um novo laboratório de 90 metros quadrados no andar térreo do IGc. Mais sensível, o novo equipamento necessitou de um local onde não receba interferências do campo magnético de outros equipamentos do instituto. A microssonda possui 1,80 metro de altura e está conjugada a uma mesa com equipamentos e três telas para verificação dos resultados. O equipamento está assentado em uma espécie de colchão, formado por um buraco com um metro de profundidade e preenchido por areia que tem a função de absorver as vibrações resultantes do tráfego de veículos no entorno do prédio. A microssonda também está envolta por uma gaiola de Faraday, uma espécie de armação metálica, que faz uma blindagem eletrostática do equipamento.
Inaugurado em 14 de dezembro, o novo laboratório já está pronto para receber, de forma mais eficiente, parceiros e consultas que as antigas microssondas estavam acostumadas a receber. “Prestamos serviços a empresas de mineração como a CPRM e principalmente a Vale, que demanda uma diversidade grande de produtos minerais”, conta Gomes. “Também fazemos estudos para Petrobras.” Os valores desses serviços servem para a manutenção do laboratório. Mas a maior procura pela microssonda, ao longo desses anos, segundo o professor Celso Gomes, é de alunos principalmente de mestrado e doutorado tanto da USP como da Universidade Estadual Paulista (Unesp), Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e federais do Paraná (UFPR), Pernambuco (UFPE) e da Bahia (UFBA), que agendam horários para uso do equipamento. “Também recebemos pesquisadores de vários países da América Latina e de Moçambique e de Angola, na África”, diz Gomes. “Com o novo equipamento gostaria de estreitar os estudos com a área de odontologia para analisar a distribuição dos elementos químicos nos dentes, estudar como a natureza se comporta na dentição”, afirma.

© EDUARDO CESAR

Acima: Microssonda, ao fundo, telas e aparelhos que compõem o equipamento Abaixo: lâmina de vidro com substrato de rocha preparado para a análise

“É ótimo ter uma nova microssonda”, diz o professor Marcos Aurélio Farias de Oliveira, do Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (Unesp), da cidade de Rio Claro. “Ela tem mais recursos e traz a possibilidade de realização de experimentos em menos tempo. A antecessora já era muito boa, mas precisava parar mais vezes para manutenção e a fila de espera chegava a seis meses”, diz Oliveira. “Durante cerca de três anos foi a única em funcionamento no país para estudos acadêmicos porque as outras estavam avariadas, como a da Universidade de Brasília [UnB]”, explica. Ele lembra que recentemente a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) comprou uma microssonda e a UnB também, além de a própria Unesp já ter a aprovação de compra de um desses equipamentos com a Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), do Ministério de Ciência e Tecnologia.

Informações genéticas

A formação de novos geólogos está por trás dos trabalhos das microssondas acadêmicas – existem indústrias metalúrgicas que também possuem este tipo de instrumento, por exemplo – principalmente em um momento de expansão de empresas como Petrobras e Vale. “Quantificar os elementos é a motivação na geologia. Porque com base nessa quantificação é possível determinar as condições de pressão e temperatura em que esses minerais se formaram a quilômetros de profundidade. São como informações genéticas da composição química do material analisado”, diz Gomes. Essas informações e outras obtidas com a microssonda, em casos de ocorrência de minérios, são muito importantes para o melhor conhecimento da potencialidade de uma mina e para colaborar na sua instalação e na indicação da infraestrutura necessária para a exploração.
Para começar a elaborar a análise de amostras de rochas coletadas em trabalhos de campo, os pesquisadores que utilizam a microssonda preparam o material – no caso da USP com a assessoria de um técnico – até deixá-lo bem fino, da ordem de micrômetros (1 micrômetro equivale a 1 milímetro dividido por mil). Essa camada fina de rocha é fixada com uma cola transparente na lâmina de vidro que será inserida na microssonda. Aí ela é desgastada até ficar quase incorporada ao vidro. A amostra é levada antes para a microscopia óptica para saber a espessura, que deve ficar entre 30 e 40 micrômetros. Depois a amostra é colocada num aparelho chamado de metalizador para receber uma camada de carbono que tem a função de tornar o material condutor.
“Quando temos uma amostra desconhecida, que não sabemos que minerais ela contém, aí usamos a técnica de dispersão de energia (EDS, na sigla em inglês), quando é possível fazer uma varredura entre todos os elementos químicos da tabela periódica e indicar, por exemplo, se aquele material é um feldspato ou um outro mineral qualquer”, diz o professor Celso Gomes. Pela composição química do mineral é possível identificá-lo. Para fazer a quantificação dos elementos, ou a determinação da porcentagem, por exemplo, de silício, ferro, alumínio ou magnésio, presente em cada mineral de rocha, os geólogos usam na microssonda a técnica de dispersão de comprimento de onda (WDS na sigla em inglês) que, além desse objetivo principal, pode indicar, por exemplo, as condições de formação do material.

“Atualmente essas técnicas são bem conhecidas e difundidas, mas no passado, no início do período de comercialização das microssondas entre os anos 1960 e 1970, era difícil convencer a comunidade acadêmica de sua importância. E o papel fundamental desse convencimento foi a difusão da técnica com dados apresentados em congressos e conferências, além de cursos e estágios e publicação de trabalhos científicos”, diz Gomes. “Iniciamos há 40 anos um processo de convencimento e hoje a microssonda faz parte da cultura científica da geologia brasileira”, afirma.

Projeto

EMU: Aquisição de nova microssonda eletrônica para o Instituto de Geociências da USP – nº 2009/53835-7. Modalidade: Programa Equipamentos Multiusuários. Coordenador: Celso de Barros Gomes – USP. Investimento: R$ 473.729,58 e US$ 1.662.330,00 (FAPESP).