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El IF usará berilio 10 para datar objetos milenarios

Carlos Antonio Sánchez
6/feb/2020

Una colaboración desarrollada en el Instituto de Física, y encabezada por la investigadora Grisel Méndez, ha estandarizado por primera vez un proceso para extraer berilio 10 (10Be) y purificarlo en material particulado en el Laboratorio Nacional de Espectrometría de Masas con Aceleradores (LEMA) para ampliar las capacidades de este laboratorio en múltiples campos de la ciencia.

“Es el primer artículo de ese tipo en México, nadie ha determinado el berilio en material particulado y esto es un avance en nuevas líneas de investigación en espectrometría de masas con aceleradores”, indica Grisel Méndez, primera autora del artículo.

El trabajo, publicado en Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, fue desarrollado por los académicos del IFUNAM, Corina Solís, Santiago Padilla, Efraín Chávez, Luis Acosta, Arcadio Huerta y la tesista de doctorado, Karen de los Ríos.

Grisel Méndez, quien pertenece al Departamento de Física Nuclear y Aplicaciones de la Radiación, ha implementado química analítica para optimizar nuevas técnicas en el LEMA para determinar isótopos cosmogénicos como el 10Be, que puede emplearse para conocer de la manera más precisa la edad de materiales antiguos y de los que se desconoce su fecha de origen.

Grisel Méndez. Foto: Carlos Antonio Sánchez/UCIF.

En años anteriores, el LEMA ha tenido logros importantes en la datación con carbono 14, como el Códice Maya en 2018, pero con él sólo puede fechar edades del orden de 50,000 años. Con los primeros análisis de 10Be, Grisel espera dar el siguiente paso, que es emplear el berilio para la datación de materiales con millares de años de antigüedad.

“El berilio es una herramienta más potente para antigüedades mayores, yo no puedo datar una roca o un meteorito de millones de años con Carbono 14”, explica la investigadora del IFUNAM, Grisel Méndez.

Medir la concentración de berilio en el ambiente permite a varias ciencias comprender cambios ambientales y climáticos en el tiempo, ya que este elemento se adhiere a las rocas que durante muchos años fueron alteradas por partículas de agua, de hielo o de viento y medir estos datos es crucial para comprender el pasado de la Tierra y cómo ha evolucionado.

“Necesitamos saber cuánto berilio se está produciendo y cómo se fija en el ambiente. Esto para futuras aplicaciones como en paleoclima, en la reconstrucción de paisaje o en la estimación de tasas de erosión”, explica Grisel Méndez.

Con el fin de generar un compendio diverso, las muestras se obtuvieron de diferentes partes de México y fueron atrapadas en filtros de cuarzo. El muestreo se realizó al sur de la CDMX, en Ciudad Universitaria, una zona de poco impacto industrial; en el Instituto Mexicano del Petróleo, una zona industrial; en Iztapalapa donde hay menos tráfico vial, y la última, se obtuvo en Cuernavaca, una zona con condiciones ambientales diferentes a la Ciudad de México.

Las muestras se obtuvieron de diferentes partes de México y fueron atrapadas en filtros de cuarzo.

El ataque químico

Primero, en el laboratorio, la muestra se destruye con ácido fluorhídrico para tenerlo en una disolución. “Hay que evaluar la capacidad de retención, los tiempos de elución, cantidad de eluyente, totalmente química y cálculos”, puntualiza la investigadora, quien estudió ingeniera química en el Instituto Tecnológico de Parral.

Después, la muestra ya en disolución se purifica con el empleo de resinas de intercambio iónico, las cuales eliminan componentes que interfieren el estudio. “Estas resinas tienen la capacidad de hacer un cambio de cargas de tal manera que se separan los elementos que no queremos, este proceso nos permite eliminar interferentes durante la medición”, explica Grisel Méndez.

Una vez limpia la muestra, se prensa en un cilindro llamado cátodo, que es el sistema de introducción de muestras del sistema de espectrometría de masas con aceleradores. Será el transporte que llevará de paseo a las 50 muestras por todo el acelerador de espectrometría de masas del LEMA, pudiéndose analizar 12 muestras en una hora.

El ciclo del Be meteórico en el ambiente, desde su producción atmosférica hasta su depositación en los diversos reservorios. Fue adaptada por Karen Gaitán en su tesis de maestría de A.M. Berggre. "Influence of solar activity and environment on 10Be in recent natural archives". PhD Thesis. Acta Universitatis Upsaliensis, 2009.

El trayecto comienza en el carrusel que introduce las muestras hacia una en la fuente de iones, donde se lleva a cabo una pulverización catódica (sputtering), formándose el haz que ha de atravesar varios deflectores electrostáticos, y magnéticos, hasta chocar contra una nube de argón. Los iones cambian de carga y el berilio 10 llega hasta el sistema de detección, donde se creará un espectro de energía que Grisel puede observar en una computadora. Este espectro es comparado con estándares que indican o garantizan el éxito de la medida del 10Be en el sistema.

Con esta investigación, el LEMA incluye al berilio 10 en su catálogo, ya que los investigadores lograron demostrar que el laboratorio puede establecer una técnica eficiente para extraer, limpiar y medir con certeza las concentraciones de la producción de este isótopo en el ambiente bajo la espectrometría de masas con acelerador, pero se continúa en el trabajo en otras matrices como la lluvia, glaciares, nieve, rocas, sedimentos, etc.

De acuerdo con Grisel Méndez, este tipo de análisis no se habían explorado en México, y el poder cuantificar 10Be en el LEMA amplía sus posibilidades de investigación, además de generar vínculos con investigación en geofísica, geología y ciencias ambientales.

Grisel Méndez. Foto: Carlos Antonio Sánchez/UCIF.