TECNICHE DI ANALISI MINERALOGICA

TECNICHE DI ANALISI MINERALOGICA - ESERCITAZIONI

Programma delle lezioni - A.A. 2009-2010

Mineralogia

Litologia

Tecniche di analisi

Geochimica degli isotopi stabili

Datazioni con il metodo del ¹⁴C

L’amianto: mineralogia, effetti sulla salute umana e legislazione ambientale

Bibliografia

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Mineralogia

Definizione di stato solido come stato cristallino - ordine e disordine - isotropia e anisotropia (con particolare riferimento a quella ottica) - simmetria dei cristalli e proprietà ottiche - cristalli ionici e cristalli covalenti: principali differenze - strutture cristalline nei composti ionici - polimorfismo - diadochia (vicarianza) e isomorfismo - dimensione di anioni e cationi - coordinazione - strutture contenenti un anione complesso (CO₃, SO₄,PO₄, SiO₄) - tipi di legame coinvolto negli anioni complessi - regole di Pauling - classificazione strutturale dei silicati - principali classi di minerali (elementi nativi, solfuri (seleniuri, tellururi, arseniuri, antimoniuri), alogenuri, ossidi e idrossidi, nitrati, carbonati e borati, solfati (cromati, molibdati, wolframati), fosfati arseniati e vanadati, silicati, sostanze organiche) - principali classi di silicati (nesosilicati, sorosilicati, ciclosilicati, inosilicati, fillosilicati, tettosilicati), e caratteri ottici microscopici che li contraddistinguono. UP

Litologia

Distinzione genetica di rocce ignee sedimentarie e metamorfiche (con diagramma P-T) - criteri di classificazione di rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche - paragenesi mineralogiche dei tre gruppi di rocce - persistenza dei minerali in ambiente subaereo e carattere residuale di sedimenti e suoli - parametri utilizzati per la caratterizzazione dei vari litotipi - cenni sulla distribuzione dei principali litotipi in Italia. UP

Tecniche di analisi

Generalità

Terminologia utlizzata nei laboratori di analisi - terminologia varia utilizzata nel settore delle scienze della terra - definizione di analisi distruttive, non distruttive, microinvasive.

Parametri rilevanti in una roccia: grana/granulometria, mineralogia, moda, tessitura, chimismo, chimismo delle fasi - Parametri rilevanti in un minerale: abito, chimismo, zonature struttura cristallina.

Analisi fisiche di rocce e terreni

Analisi modale, errori connessi, ed utilizzo - tecniche alternative.

Separazione ed arricchimento di minerali di un campione contenente diverse specie mineralogiche

Analisi termica differenziale - principio del metodo - campi di applicazione nel campo della mineralogia

Analisi granulometriche in sedimenti sciolti (sabbie e terreni) - preparazione del campione - misurazione diretta - setacciatura - fotosedimentometro e tecniche alternative - limiti di applicabilità dei vari metodi - analisi granulometriche in materiali litificati - espressione della distribuzione granulometrica di un campione - istogrammi - curve cumulative - analisi morfometriche.

Microscopia ottica

La microscopia ottica nelle Scienze della Terra - principali tipi di microscopio utilizzati - stereomicroscopio (osservazione di fossili e di sedimenti) - microscopio a luce riflessa con illuminatore episcopico (osservazione di minerali opachi) - cenni sul microscopio a contrasto di fase - microscopio ottico a luce polarizzata trasmessa (“microscopio da mineralogia”) - principi di ottica utilizzati nella microscopia a luce trasmessa - effetti fisici prodotti dall’attraversamento di un mezzo da parte di una radiazione luminosa - fenomeni ottici utili per il riconoscimento dei minerali (linea di Becke, colore, pleocroismo, birifrangenza, estinzioni periodiche, figure conoscopiche - minerali trasparenti ed opachi - minerali incolori e colorati - minerali anisotropi ed isotropi - minerali uniassici e biassici - principali caratteri ottici dei vari minerali - osservazioni con il solo polarizzatore - osservazioni a nicols incrociati - osservazioni conoscopiche.Attivazione neutronica

Attivazione neutronica - peculiarità di utilizzo e limiti di applicabilità - problemi di radioprotezione - metodi alternativi.

Raggi X e loro applicazioni

Produzione dei raggi X - radiazione continua e caratteristica - peculiarità ottiche ed elettromagnetiche della radiazione X - interazione fra raggi X e materia - produzione e caratteristiche di un fascio di elettroni - caratteristiche del fascio - interazione fra elettroni e materia - segnali emessi dal campione di interesse analitico - analisi dei raggi X emessi dal campione - sistemi WDS e EDS.

Spettrometria di fluorescenza a raggi X - principio del metodo - campo di applicabilità (elementi analizzabili e limiti di rilevabilità con analisi di routine) - preparazione dei campioni - vantaggi e svantaggi del metodo rispetto a tecniche di analisi alternative

Principi base sui fenomeni di diffrazione

Fondamenti di diffrazione - il reticolo cristallino come reticolo di diffrazione - approssimazioni del modello e loro significato - direzione delle radiazioni diffratte - condizioni di Laue - legge di Bragg - intensità delle radiazioni diffratte - effetti di diffrazione di un minerale e parametri che ne portano all’identificazione per via diffrattometrica - potere risolutivo per osservazioni che utilizzano radiazioni elettromagnetiche (focalizzabili e non focalizzabili) - utilizzo del fenomeno della diffrazione nella diffrattometria, nella spettrometria XRF e nella microanalisi elettronica.

Tecniche diffrattometriche

Scopi di un’analisi diffrattometrica - metodi con cristallo singolo - metodi che utilizzano polveri - Camera di Debye-Sherrer - Camera di Gandolfi - diffrattometria delle polveri con campione planare - cenni sul diffrattometro a quattro cerchi - procedure di identificazione di un singolo minerale - procedure di identificazione di minerali presenti in una miscela - cenni sulla diffrattometria quantitativa

Tecniche analitiche

Microscopia elettronica a scansione - principio di funzionamento del SEM - segnali ottenibili con il SEM - analisi di immagini a forte ingrandimento (elettroni secondari e retroriflessi) - microanalisi chimica qualitativa - microanalisi chimica semiquantitativa e quantitativa - mappe chimiche di superfici - limitazioni microanalitiche connesse con il metodo - Microsonda elettronica (EPMA) - confronto operativo con il SEM - microanalisi qualitative e quantitative - preparazione dei campioni per le analisi SEM, SEM-EDS e EPMA - cenni sulla microscopia ottica a trasmissione e suo possibile impiego nel campo della mineralogia - confronto fra caratteristiche di SEM, TEM e microscopio ottico.

Datazioni con il metodo del ¹⁴C

Principi base della geocronologia – isotopi stabili, radioattivi e radiogenici - costante del decadimento radioattivo e sua variabilità naturale – metodo del ¹⁴C – possibili applicazioni forensi del metodo di datazione radiometrica basata sul ¹⁴C

Geochimica degli isotopi stabili

definizione del termine “isotopo stabile”; elementi leggeri ai quali si fa riferimento (H, C, N, O ed S); rapporti di abbondanza fra i diversi isotopi e modo di riportare le misure isotopiche.

Definizione dei termini in uso: d, a ed e, standard di riferimento e loro utilizzazione nel caso dei diversi elementi.

Spettrometro di massa e suoi principi di funzionamento; misure isotopiche relative (contro uno degli standard o sottostandard di riferimento); attendibilità delle misure e limite di errore.

Esempi di variazioni naturali della composizione isotopica; acque meteoriche e loro variazioni; effetti della temperatura di condensazione del vapore e dei frazionamenti vapore-liquido; effetti stagionali, effetti di continentalità, effetti latitudinali ed effetto quota.

applicazioni delle misure isotopiche ai problemi che possono risultare di interesse legale: caratterizzazione dell’area di provenienza di una persona sulla base della composizione isotopica del liquido corporeo; sofisticazione dei prodotti alimentari (succhi di frutta, vino, oli vegetali, miele, essenze); definizione delle aree di provenienza ed origine di prodotti diversi, quali zuccheri, vernici, alcool etilico, caffè, esplosivi, ecc...; identificazione dei materiali utilizzati per il taglio degli stupefacenti. UP

L’amianto: mineralogia, effetti sulla salute umana e legislazione ambientale

Terminologia commerciale utilizzata - caratteristiche tecniche dei minerali di amianto - mineralogia dei prodotti commercialmente definiti amianto - amianto di crisotilo e amianto di anfibolo - fibrosità dei due raggruppamenti mineralogici - proprietà fisico-chimiche dei minerali di amianto - produzione e utilizzo dell’amianto nel mondo - rischio di rilascio di fibre nei vari stadi dell’impiego dell’amianto - possibili cause di patogenicità di particelle minerali inalate - patologie connesse con l’amianto, periodo di latenza e decorso - esposizioni occasionali ed occupazionali - cronistoria delle scoperte mediche sugli effetti dell’amianto - studi epidemiologici effettuati sull’amianto - Teoria di Stanton - “ipotesi dell’anfibolo” - cenni sulla legislazione italiana in materia di amianto - tecniche analitiche per la determinazione quali/quantitativa dell’amianto su campioni aerodispersi e su campioni massivi. UP

Bibliografia

Ø MINERALOGIA

& Bibliografia consigliata

Bonatti S. & Franzini M. (1984) - Cristallografia mineralogica - Boringhieri, 361 pp.

Cap.1

Gottardi G. (1978) - I minerali - Boringhieri, 296 pp.

Capp. da 1.7 a 2

Nardelli M. (1978) - Introduzione alla chimica moderna - Ambrosiana, Milano, 870 pp.

Cap. 4

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Carobbi C. - Trattato di mineralogia - USES, 468 pp.

Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. (1971) - An introduction to the rock-forming minerals - Longman, 696 pp.

MacKenzie W.S., Donaldson C.H., Guilford C. (1998) - Atlante dei minerali costituenti le rocce in sezione sottile - Longman, 98 pp.

Mottana A. (1985) - Minerali e rocce - Mondadori, 607 pp.

Ø LITOLOGIA

& Bibliografia consigliata

D’Amico C., Innocenti F., Sassi F.P. (1986) - Magmatismo e metamorfismo - UTET, 536 pp.

Cap. 2.4

D’Argenio B., Innocenti F., Sassi F.P. (1994) - Introduzione allo studio delle rocce - UTET, 162 PP.

Capp. 2.8, 3.11, 4.2

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Bosellini A., Mutti E., Ricci Lucchi F. - Rocce e successioni sedimentarie - UTET, 395 pp.

D’Amico C., Innocenti F., Sassi F.P. (1986) - Magmatismo e metamorfismo - UTET, 536 pp.

MacKenzie W.S., Donaldson C.H., Guilford C. (1998) - Atlas of igneous rocks and their textures - Longman, 148 pp.

Yardley B.W.D., MacKenzie W.S., Guilford C. (1998) - Atlas of metamorphic rocks and their textures - Longman, 120 pp.

Ø MICROSCOPIA OTTICA

& Bibliografia consigliata

Mazzi f. & Bernardini G.P. (1983) - Fondamenti di cristallografia e ottica cristallografica - USES, 261 pp.

Sezione “Ottica cristallografica”

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Bonatti S. & Franzini M. (1984) - Cristallografia mineralogica - Boringhieri, 361 pp.

Heinrich E. Wm. (1965) - Microscopic identification of minerals - McGraw-Hill, 414 pp.

MacKenzie W.S., Donaldson C.H., Guilford C. (1998) - Atlante dei minerali costituenti le rocce in sezione sottile - Longman, 98 pp.

MacKenzie W.S., Donaldson C.H., Guilford C. (1998) - Atlas of igneous rocks and their textures - Longman, 148 pp.

Shelley D. - Igneous and metamorphic rocks under the microscope - Chapman & Hall, 445 pp.

Yardley B.W.D., MacKenzie W.S., Guilford C. - Atlas of metamorphic rocks and their textures - Longman, 120 pp.

Ø ANALISI GRANULOMETRICHE

& Bibliografia consigliata

Calzolari M.A., Mezzadri G., Valloni R. (1984) - Analisi granulometrica dei fanghi: messa a punto ed esame comparato del metodo del fotosedimentografo - Acta Naturalia, 20: 209-224.

Ricci Lucchi F. - Sedimentologia - parte I - Clueb, 226 pp.

Capp. 2.3.1 e 2.3.2

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Jordan Jr. C.R, Fryer G.E., Hemmen E.H. (1971) - Size analysis of silt and clay by hydrophotometer - J. Sedim. Petrol., 41(2): 489-496.

Rose H.E. (1965): The measurement of particle size in very fine powders. Constable and Company Ltd., London.

Simmons G. (1959) - The photoextinction method for the measurement of silt-sized particles - J. Sedim. Petrol., 29(2): 233-245.

Ø SEPARAZIONE DEI MINERALI

& Bibliografia consigliata

Muller L.D. (1977) - Laboratory methods of mineral separation - In Zussman J. (ed.), Physical methods in determinative mineralogy, Academic Press, 720.

Cap. 1

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Hutchison C.S. - Laboratory handbook of petrographic techniques - John Wiley and Sons, New York, 527 pp.

Ø DIFFRATTOMETRIA

& Bibliografia consigliata

Mazzi F. & Bernardini G.P. (1983) - Tecniche sperimentali per l'esame dei cristalli con i raggi X. - In "Carobbi", Fondamenti di cristallografia e ottica cristallografica, vol. 1, 261 pp.,

Sezione “tecniche sperimentali per l’esame dei cristalli con i raggi X”, pp. 141-173.

Nardelli M. (1978) - Introduzione alla chimica moderna - Ambrosiana, Milano, 870 pp.

Cap. 4

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Bish D.L. & Post J.E. - Modern powder diffraction - Rev. in Mineralogy, vol. 20, 369 pp.

Bonatti S. & Franzini M. (1984) - Cristallografia mineralogica - Boringhieri, 361 pp.

Carobbi C. - Trattato di mineralogia - USES, 468 pp.

Ø SPETTROMETRIA XRF

& Bibliografia consigliata

Bonissoni G. (1969) - Elementi introduttivi sulla spettrometria dei raggi X di fluorescenza. Report interno.

& Bibliografia di approfondimento

Bonissoni G. (1977) - Introduzione alla spettrometria dei raggi X di fluorescenza - ETAS libri, 245 pp.

Hutchinson C.S. - Laboratory handbook of petrographic techniques - John Wiley and Sons, New York, 527 pp.

Lachance G.R. & Claisse F. - Quantitative X-ray fluorescence analysis - Theory and application - John Wiley and Sons, New York, 402 pp.

Ø MICROSCOPIA ELETTRONICA A SCANSIONE E MICROANALISI

& Bibliografia consigliata

Salvioli MAriani E. (1998) - Microscopia elettronica a scansione e microanalisi - Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli studi di Parma.

Appunti dalle lezioni

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Armigliato A. & Valdrè U. (1980) - Microscopia elettronica a scansione e microanalisi. Parte I - Laboratorio di microscopia elettronica, Facoltà di Scienze, Istituto di Fisica, Università degli Studi di Bologna, 411 pp.

Armigliato A. & Valdrè U. (1980) - Microscopia elettronica a scansione e microanalisi. Parte II - microanalisi - Laboratorio di microscopia elettronica, Facoltà di Scienze, Istituto di Fisica, Università degli Studi di Bologna, 591 pp.

Ø SPETTROMETRIA DI MASSA DEGLI ISOTOPI STABILI

& Bibliografia consigliata

Appunti dalle lezioni/dispense forniti dal docente

Bibliografia di approfondimento/consultazione

& Hoefs J. (1997) - Stable isotope geochemistry - Springer-Verlag, 203 pp.

Longinelli A. & Deganello P. (1999) - Introduzione alla geochimica - UTET, 452 pp.

Ø ANALISI TERMICA DIFFERENZIALE

& Bibliografia consigliata

Neumann B.S. (1977) - Thermal techniques. In Zussman J. (ed.), Physical methods in determinative mineralogy, Academic Press, 720 pp.

Cap. 12

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Hutchison C.S. - Laboratory handbook of petrographic techniques. John Wiley and Sons, New York, 527 pp.

Smykatz-Kloss W. (1974) - Differential thermal analysis - Applications and results in mineralogy. Springer-Verlag, Berlin, 185 pp.

Ø ANALISI MODALE AL MICROSCOPIO

& Bibliografia consigliata

D’Amico C., Innocenti F., Sassi F.P. (1986) - Magmatismo e metamorfismo. UTET, 536 pp.

App. 1

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Hutchison C.S. (1974) - Laboratory handbook of petrographic techniques. John Wiley and Sons, New York, 527 pp.

Van Der Plas & Tobi A.C. (1965) - A chart for judging the reliability of point counting results. Amer. J. Sci., 263: 87-90.

Ø ATTIVAZIONE NEUTRONICA (INAA)

& Bibliografia consigliata

Conte A. & Morbidelli L. (1982) - Attivazione neutronica. Università degli Studi di Roma “La Sapienza”.

Appunti dalle lezioni

& Bibliografia di approfondimento/consultazione

Goles G.G. (1977) - Instrumental methods of neutron activation analysis - In Zussman J. (ed.), Physical methods in determinative mineralogy, Academic Press, 720 pp, 343-369.

Ottonello G. (1979) - Attivazione neutronica: applicazioni delle metodologie radioanalitiche e strumentali all'indagine geochimica - Rend. Soc. It. Mineral. Petrol. 35(2): 527-553.

Ø L’AMIANTO

AA.VV. (1986) - A come amianto - lavorazione, rischi, inquinamento. - Editore Ediesse, 223 pp.

Boffetta P. (1998) - Health effects of asbesots exposure in humans: a quantitative assessment. - Med. Lav., 89(6): 471-480.

Chung A. (1993) - Asbestos lung burden and disease patterns in man. - In: Guthrie G.D. Jr. & Mossman B.T. (eds.), Health effects of mineral dusts, Rev. in Mineralogy, vol. 28, 409-426.

Hume L.A. & Rimstidt J.D. (1992) - The biodurability of crysotile asbestos. - Am. Mineral., 77(9-10): 1125-1128.

Kane A.B. (1993) - Epidemiology and pathology of asbestos-related diseases. - In: Guthrie G.D. Jr. & Mossman B.T. (eds.), Health effects of mineral dusts, Rev. in Mineralogy, vol. 28, 347-359.

Landrigan P.J., Nicholson W.J., Suzuki Y., Ladou J. (1999) - The hazards of crysotile asbestos: a critical review. - Ind. Health, 1999 jul, 37(3): 271-280.

Nolan R.P. & Langer A.M. (1993) - Limitations of the Stanton hypothesis. - In: Guthrie G.D. Jr. & Mossman B.T. (eds.), Health effects of mineral dusts, Rev. in Mineralogy, vol. 28, 309-326.

Rees D., Goodman K., Fourie E., Chapman R., Blignaut C., Bachmann M.O., Myers J. (1999) - Asbestos exposure and mesothelioma in South Africa. - South Afr. Med. Jour., 89(6): 627-634.

Ross M. (1995) - The schoolroom asbestos abatement program: a public policy debacle. - Env. Geol., 26: 182-188.

Van Oss C.J., Naim J.O., Costanzo P.M., Giese R.F. Jr., Wu W., Sorling A.F. (1999) - Impact of different asbestos species and other mineral particles on pulmonary pathogenesis. - Cays and Clay Min., 47(6): 697-707.

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PDF DELLE SLIDES DELLE LEZIONI

Mia presentazione

Introduzione al corso

Mineralogia generale

Mineralogia sistematica (last update: 6^th may, 2012)

Litologia (last update: 4^th may, 2012)

Introduzione alle tecniche analitiche (last update: 4^th may, 2012)

Separazione minerali

Microscopia ottica

Analisi granulometriche

Analisi modale