MANUAL DE MÉTODOS DE ANÁLISE DE SOLO: Análises Mineralógicas

Princípios:

Para o estudo microscópico do solo em estado natural, são preparadas lâminas delgadas com blocos de solo indeformados. Amostras de solo são em geral muito friáveis para poderem ser cortadas ou polidas sem que se faça uma estabilização pela impregnação com algum material endurecedor.

O material de impregnação deve possuir viscosidade baixa, ter mudança mínima de volume ao endurecer e não ser polar. Quando estabilizado, o material de impregnação deve ser duro à temperatura ambiente, incolor e isótropo na secção delgada. As condições de impregnação não podem afetar o arranjamento interno dos constituintes, nem mudar-lhes as propriedades óticas. Após o endurecimento, o bloco de solo é cortado, polido e colado na lâmina de vidro, quando finalmente é desbastado até atingir espessura que possibilite sua análise ao microscópio petrográfico.

Procedimento:

O método de preparação da lâmina deve ser tal que não altere as características naturais do solo, sendo portanto uma função da natureza da amostra e dos objetivos da análise. Materiais orgânicos ou solos minerais com argila de atividade alta devem ser mantidos úmidos, pois a secagem pode causar modificações drásticas em sua morfologia.

Preparações cujo objetivo seja a quantificação de espaço poroso devem também permanecer com os poros sempre preenchidos, seja qual for o material que constitui a amostra. Nesses casos, as amostras não devem ser secas e impregnadas, como no procedimento aqui descrito. A metodologia mais adequada para esses casos está descrita em Fitzpatrick (1984) e Langton & Lee (1965).

Embalagem e Identificação da Amostra:

•  Identificar a amostra, com as informações (perfil, horizonte, orientação, etc.), em papel colocado no fundo do recipiente de impregnação, com a face escrita para baixo. Usar grafite ou tinta permanente (tipo nanquim), para que não fique ilegível após a impregnação.
• Colocar cuidadosamente a amostra no recipiente de impregnação, sobre o papel de identificação.

Observação:

Se a amostra for coletada em caixa de Kubiena, retirar a tampa mas não retirar o aro. 

Secagem da Amostra:

• Colocar o recipiente de impregnação com a amostra em local arejado por 24h.
• Levar para estufa a 40oC por 48h.

Impregnação da Amostra:

• Colocar o recipiente com a amostra dentro do dissecador, tomando cuidado de verificar se está bem localizada sob a saída de resina. Se o material for argiloso e consistente, pode-se retirar neste momento o aro da caixa de Kubiena.
• Colocar a tampa do dessecador, fechar a torneira da base do funil e abrir a válvula de vácuo.
• Preparar num bécher a mistura de resina, agitando bastante com o bastão. A quantidade de mistura deve ser suficiente para cobrir totalmente a amostra e ainda ter um excesso de 1cm.
• Transferir a mistura para o funil. Ligar a bomba, fazendo vácuo no interior do dessecador, até a pressão atingir 0,1mm. Fechar a válvula de vácuo. Abrir lentamente a torneira do funil, deixando a mistura impregnadora cair vagarosamente no recipiente da amostra, até que o nível fique 1cm acima do topo da amostra (inicialmente a resina borbulha vigorosamente. Pode-se diminuir a velocidade do escoamento da mistura para controlar o borbulhamento). Fechar a torneira do funil.
• Desligar a bomba e desfazer o vácuo lentamente. Retirar o recipiente com a amostra e deixar à temperatura ambiente dentro da capela ou em local arejado, por 2 semanas (se necessário, na primeira semana deste período, à medida que o solvente da mistura impregnadora se evapora, adicionar mais mistura para evitar que a amostra fique exposta).

• Limpar o interior do dessecador com acetona, imediatamente após o uso.
• Levar o recipiente com a amostra à estufa a 40oC por 1 a 2 semanas, quando a amostra estará pronta para ser cortada e polida.

Observação:

O dessecador, ou máquina de impregnação, deve ser colocado na capela e o operador deve trabalhar com máscara e luvas de proteção.

O aumento ou a diminuição da quantidade de catalisador altera a velocidade de endurecimento da mistura. Para materiais muito argilosos, pode-se diminuir a quantidade de catalisador, tornando a mistura mais fluida por mais tempo, possibilitando maior sucesso na impregnação.

Montagem e Polimento da Amostra:

• Utilizando a serra, retirar do bloco impregnado uma fatia de aproximadamente 5mm de espessura.
• Polir uma das faces da fatia na máquina de polimento rotativo, usando esmeril de granulação 600. 
• Lavar a face polida da fatia em água corrente, deixar secar e colar na lâmina de vidro com araldite transparente ultrarrápido. Colocar na prensa por 24h.
• Desbastar a fatia colada na máquina de polimento rotativo, usando carborundum de granulação 600, até esta atingir a espessura aproximada de 0,1mm (100µm).
• Dar o polimento final com carborundum de granulação 1.000 até obter uma lâmina de aproximadamente 30µm de espessura, o que se reconhece pela cor dos grãos de quartzo, que nessa espessura varia de branca a cinza-escura, quando observados em microscópio com os nicóis cruzados.
• Lavar a lâmina de solo, deixar secar e cobrir com lamínula de vidro, usando araldite transparente ultra-rápido (caso as dimensões da preparação permitam).

Observação:

A espessura final da preparação depende da natureza do material e do objetivo da análise. No caso de amostras muito arenosas ou de material cujo objetivo é observar estruturas frágeis de argila como os cutãs, é mais conveniente lâminas com um pouco mais de 30 µm de espessura. Em outros casos, é fundamental que a lâmina tenha menos de 30 µm de espessura, por exemplo, quando observações da anisotropia da fração argila (plasma) são um aspecto importante da análise.

Reagentes

Mistura de resina - resina (Polilyte T-208) + monômero de estireno na proporção de 1:1 + 2 gotas de catalisador para cada 100ml de resina.

Catalisador - peroxol (peróxido de metil-etil-cetona).

Carborundum - granulação 600 e 1.000.

Observação:

A resina Polilyte T-208 tem a vantagem de ser transparente e assim permanecer ao longo do tempo. As resinas de poliester não podem ser usadas para amostras que tenham como objetivo a análise ao microscópio eletrônico. Neste caso, utilizar resina epoxy.

Equipamento:

• Estufa com regulagem de temperatura.
• Dessecador com funil acoplado (Figura 4) e bomba de vácuo ou máquina para impregnação.
• Bomba de água.
• Serra elétrica com disco de diamante.
• Prensa.
• Máquina de polimento rotativo.
• Micrômetro.
• Microscópio petrográfico.

2.1 Princípios:

A amostra de argila em estado pastoso ou em suspensão é colocada em lâmina de vidro sob a forma de uma fina película para que as lamelas dos minerais planares fiquem paralelas umas às outras, intensificando assim seus picos diagnósticos. A identificação de minerais não planares, como quartzo, feldspato óxidos cristalinos de ferro e alumínio, pode ser feita na amostra seca, em pó, montada em porta amostra do tipo “janela”.

A identificação de argila 2:1 é feita através das mudanças de comportamento do mineral ao ser submetido a tratamentos químicos e térmicos. A cada etapa, a amostra é levada ao difratômetro, quando possibilidades de identificação vão sendo confirmadas ou eliminadas.

2.2 Procedimento:

2.2.1 Amostra orientada: 

• Separar a fração argila (Física - método 25).
• Colocar um pouco de argila em estado pastoso sobre uma lâmina de vidro, com o auxílio de uma espátula. Com outra lâmina, friccionar o material, quantas vezes forem necessárias para formar uma película fina.
• Secar à temperatura ambiente.
• Levar ao difratômetro.

Observação:

Se este primeiro difratograma mostrar reflexos superiores a 1,2 nm, proceder como descrito no item 2.2.3.

O fracionamento em argila grossa e fina, assim como uma separação mais precisa da argila total, é feito com o método da centrífuga.

Caso a quantidade de amostra seja muito pequena, preparar uma suspensão de argila em água destilada e gotejar a suspensão sobre a lâmina com o auxílio de uma seringa ou pipeta.

2.2.2 Amostra em pó (não orientada):

• Secar a amostra ao ar ou em estufa a 40°C.
• Preencher a janela com a amostra em pó, sem exercer pressão.
• Levar ao difratômetro.

Observação:

Se o porta amostra do difratômetro for vertical, colocar um pouco de cola plástica dentro da janela antes de preenchê-la com a amostra em pó. Esperar a cola secar um pouco antes de levar ao difratômetro.

2.2.3 Identificação de argila 2:1

• Pesar cerca de 10mg de argila.
• Eliminar a matéria orgânica. Caso a amostra contenha menos de 1% de C orgânico, esta etapa pode ser dispensada.
• Deferrificar a amostra (Química - método 22.1).
• Separar uma parte da amostra e preparar uma lâmina como descrito no item 2.1
• Esperar secar e levar ao difratômetro.
• Dividir o restante da amostra em duas partes iguais. Submeter uma das partes à saturação com Mg e a outra à saturação com K.

a) Oxidação da matéria orgânica:

• Pesar pequena quantidade de amostra contendo aproximadamente 1g de argila em um bécher de 250ml. Colocar em placa aquecedora.
• Umedecer a amostra com água e adicionar 1ml ou mais, se necessário, de H2O2 30%, até que a decomposição da matéria orgânica seja completa e o sobrenadante ficar claro. No caso de excessiva efervescência, esfriar o bécher com água fria. Manter o bécher coberto com vidro de relógio.
• Deixar o bécher na placa aquecedora em fervura branda por aproximadamente 1h para remover o H2O2. Acrescentar água, centrifugar e descartar o sobrenadante. Secar.

b) Tratamento com Magnésio:

• Colocar a amostra em tubo de centrífuga de 100ml.
• Adicionar 5 ml de solução de MgCl2 1M.
• Deixar em contato por 12 horas. · Centrifugar por 15 min.
• Descartar o sobrenadante e adicionar 5 ml de água destilada.
• Centrifugar por 15 min e descartar o sobrenadante.
• Repetir a operação de lavagem mais 2 vezes.
• Confeccionar a lâmina.
• Colocar o etileno glicol em uma placa de petri no fundo do dessecador acoplado à bomba de vácuo.
• Colocar a lâmina Mg-saturada sobre a porcelana perfurada do dissecador e submetê-la à atmosfera de etileno glicol por 24 horas.
• Levar ao difratômetro

c) Tratamento com Potássio:

• Proceder como no tratamento com magnésio até o oitavo item, substituindo o MgCl2 por KCl 1M.
• Levar a lâmina K-saturada ao difratômetro.
• Posteriormente aquecê-la a 110, 350 e 550°C em forno mufla por 2 horas, levando ao difratômetro após cada aquecimento.

Interpretação:

Os difratogramas de raios x mostram picos que correspondem aos valores (espaçamentos) dos minerais em Å(ângstrons) que são obtidos através da escala 2q na base do difratograma. A identificação dos minerais é feita com a utilização das fichas de dados de difração de JCPDS (Centro Internacional de Dados de Difração).

Reagentes:

Mistura de etileno glicol e água na proporção de 1:4.

Solução de MgCl2 1M - dissolver 102g do sal em água e elevar a 1l.

Solução de KCl 1M - dissolver 74,5g do sal em água e elevar a 1l.

Material:

Lâminas de vidro pequenas ( ± 45 x 25mm) para microscopia.

Espátula pequena.

Porta-amostra do tipo “janela”.

Cola plástica.

Equipamento:

• Forno mufla.
• Estufa graduada.
• Dessecador com bomba de vácuo acoplada.
• Difratômetro de raios x.

Princípios:

As frações calhaus (20cm - 2cm) e cascalho (2cm - 2mm) que compõem os fragmentos grosseiros do solo, são obtidos por separação granulométrica no laboratório de física (Física - método 1.2). São constituídas por grânulos minerais (isolados e/ou agregados), litofragmentos (fragmentos de rocha) e concreções. Incluem-se, apenas, na fração cascalho os restos orgânicos vegetais e/ou animais e carvão.

As frações areia grossa (2 - 0,2mm) e areia fina (0,2 - 0,05mm) de solos fazem parte da terra fina seca ao ar (TFSA), de acordo com a classificação textural brasileira, separadas por análise granulométrica (Física - métodos 1.16.1 e 2). São compostas por grânulos minerais (isolados e/ou agregados), concreções, litofragmentos, restos orgânicos vegetais e/ou animais e carvão.

Na caracterização mineralógica das espécies minerais, litofragmentos e concreções, tem-se empregado o microscópio estereoscópio (lupa), microscópio petrográfico e ocasionalmente difração de raios X para os grânulos de natureza duvidosa ou alterada. Utilizam-se microtestes químicos para o manganês e carbonatos quando presentes nos constituintes mineralógicos.

Procedimento:

Exame sob lupa binocular:

As amostras vêm do laboratório de física, com identificação do horizonte e fração granulométrica correspondente.

Para homogeneização do material, agita-se a amostra e, para a análise, coloca-se uma porção em placa de petri.

As concreções e minerais magnéticos, quando presentes na amostra, são afastados para um dos quadrantes da placa de petri com auxílio de ímã, para não dificultar o exame dos outros componentes da amostra e facilitar o seu reconhecimento e a estimativa percentual.

A presença de manganês e/ou carbonatos, na constituição e/ou recobrindo os minerais e outros componentes mineralógicos (concreções e litofragmentos), são detectados por meio de microtestes químicos. Basta adicionar algumas gotas de HCl 1:1 a frio sobre o material selecionado que apresentará reação de efervescência, se houver carbonatos presentes. O mesmo procedimento se aplica ao usar o peróxido de hidrogênio (H2O2) 1:1 a frio, apresentando reação de efervescência na presença de manganês.

Seleção dos grânulos minerais transparentes para exame em microscópio polarizante, quando estes não apresentarem evidências de alteração que impossibilite o seu reconhecimento.

No exame das concreções e litofragmentos são determinados cor, brilho, dureza, forma e natureza. Nas espécies minerais são verificadas cor, forma, clivagem, macla, fratura, dureza, morfoscopia e morfometria.

A estimativa semiquantitativa visual é efetuada por meio de quarteamento da amostra, em placa de petri com auxílio de uma espátula, e seleção de um dos quadrantes como referência para determinação percentual aproximada, dos constituintes mineralógicos

Exame em microscópio petrográfico:

• Seleção dos grãos examinados em lupa, com pinça e/ou estilete.
• Disposição dos grãos sobre uma lâmina.
• Adição de algumas gotas de água.
• Cobertura com uma lamínula.

Observação:

Existem várias restrições em não se empregar a metodologia padrão adotada em exame ótico dos minerais transparentes.

Remoção da matéria orgânica, carbonatos, sais solúveis e óxidos de ferro. Limitação: os restos orgânicos, principalmente dos horizontes superficiais, dificultam a análise semiquantitativa visual e a seleção das espécies minerais; as películas de material carbonatado, ferruginoso e manganoso que recobrem as espécies minerais e litofragmentos, impedem a sua identificação.

Separação densimétrica e magnética. Limitação causada pela presença de minerais, leves e pesados, na mesma amostra, incluindo opaco (magnético e não magnético), concreções e restos orgânicos que dificultam a seleção, identificação e estimativa percentual.

Uso de quarteadores. Limitação ao quarteamento manual aleatório e em quantidades variáveis de amostras; a homogeneização não é suficiente, principalmente, para os minerais leves (micas), pesados, concreções e restos orgânicos.

Montagem de lâminas. Limitação ao emprego de água na confecção de lâminas temporárias, porque apresentam a desvantagem de dissolver espécies minerais solúveis em água e restringir o procedimento das características óticas em exame microscópio petrográfico.