Estudios de variabilidad climática y estacionalidad mediante espectroscopía láser

• Autores: Alicia Marín Roldán
• Directores de la Tesis: Jorge Omar Cáceres Gianni (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 237
• Tribunal Calificador de la Tesis: Roberto Carlos Izquierdo Hornillos (presid.), Juan Daniel Rosales Martínez (secret.), Jesus Anzano Lacarte (voc.), José Javier Laserna Vázquez (voc.), Nerea Bordel García (voc.)
• Materias:
  • Química
    • Química nuclear
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense (pdf)
• Resumen
  • español

    La espectroscopía de ablación láser (LIBS) es una técnica analítica que se basa en la formación de un plasma por la interacción entre un pulso láser de alta energía y la superficie de la muestra. El posterior análisis espectroscópico de la luz emitida por el plasma permite la identificación de la muestra y de los elementos mayoritarios y trazas. LIBS se ha convertido en una técnica muy utilizada debido al conjunto de ventajas que presenta, siendo las más destacables su simplicidad, su velocidad de análisis y su alta versatilidad en cuanto a tamaño y manipulación de las muestras. Así, se ha demostrado su aplicabilidad a una gran variedad de muestras y campos de estudio.

    El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de una metodología analítica basada en LIBS para el estudio de muestras geológicas, biológicas y zoo-arqueológicas. Su desarrollo está motivado a dilucidar la variabilidad climática, estrechamente relacionada con la estacionalidad y los procesos arqueológicos. Por ello, se han realizado diversos estudios para la optimización del análisis de muestras de tejido de origen zoo-arqueológico, tanto tejido blando como óseo. Así, este objetivo general contiene otros objetivos específicos, como la obtención de relaciones elementales mediante la técnica LIBS para la búsqueda de patrones de variabilidad paleoclimática en espeleotemas según la estratigrafía interanual. Se ha realizado la formación de imágenes multielementales por LIBS para el análisis de espeleotemas y el estudio de la dinámica del plasma por LIBS para la optimización de las medidas y mayor comprensión de las muestras. Por ello, también se han utilizado otras técnicas de análisis, como SEM-EDX (microscopía electrónica de barrido y microanálisis por dispersión de energía rayos-X), para el estudio de la morfología de la superficie de la muestra. Dentro del campo de la arqueología se han realizado estudios de reagrupamientos de huesos de ciervo actuales y fósiles para el estudio de yacimientos mediante LIBS y métodos quimiométricos, como el análisis de componentes principales (PCA) o redes neuronales (NN).

    La estructura de la tesis consta de dos partes. La primera (capítulos 1 a 3) desarrolla los fundamentos teóricos de la técnica LIBS y de los métodos quimiométricos utilizados. En el capítulo 1 ¿Introducción¿ se exponen las características de la técnica LIBS, el proceso de ablación, la dinámica del plasma, su evolución temporal, el estado del arte actual de LIBS para muestras geológicas y zoo-arqueológicas, la introducción a la reconstrucción de series paleoclimáticas y la introducción al análisis de tejidos con fines arqueológicos. El capítulo 2 ¿Análisis mediante LIBS¿ expone los distintos métodos de cuantificación y los tipos de análisis cualitativos, así como sus principales aspectos analíticos. El capítulo 3 ¿Métodos quimiométricos¿ expone una introducción a la quimiometría y a los principales modelos quimiométricos, haciendo hincapié en los dos empleados en esta tesis.

    En la segunda parte (capítulos 4 a 6) se presentan los resultados experimentales obtenidos. El capítulo 4 ¿Instrumentación y sistema experimental¿ muestra toda la instrumentación necesaria y los sistemas experimentales utilizados en los distintos centros. El capítulo 5 ¿Geoquímica: análisis de espeleotemas mediante LIBS¿ aborda el análisis de elementos traza presentes en espeleotemas y la realización de imágenes elementales, para su utilización como indicadores paleoclimáticos. El capítulo 6 ¿Análisis arqueológico mediante LIBS¿ incluye el análisis de muestras de tejido blando, el estudio de la dinámica y evolución temporal del plasma, un estudio de estacionalidad sobre muestras dentales y la discriminación de restos óseos actuales y arqueológicos. La finalidad es el análisis de muestras zoo-arqueológicas para estudios sobre comportamiento humano.

    Tras el capítulo 6 se discuten las principales conclusiones y los retos futuros derivados de este trabajo.

  • English

    Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) is an analytical technique based on the formation of a plasm by the interaction between a high-energy laser pulse and the surface of the analysed material. The subsequent spectroscopic analysis of the light emitted by the plasma allows the identification of the material. LIBS has become a widely used spectroscopic technique due to its advantages, such as its simplicity, speed of analysis and high versatility in size and sample handling. Thus, it has been demonstrated its applicability to a great variety of samples and fields of study: metal alloys, forensics, food, geochemistry, zooarchaeology, medicine, among many others. The main objective of this thesis is the development of an analytical methodology based on LIBS for the study of geological, biological and zooarchaeological samples. The development of this thesis is motivated to elucidate climatic variability, closely related to seasonality and archaeological processes. For this reason, several studies based on laser induced breakdown spectroscopy have been carried out during the development of this thesis to optimize the analysis of tissue samples from zooarchaeological origin, both soft and bone tissue. In this way, this general objective contains other specific objectives, such as obtaining elemental relationships (Mg/Ca, Sr/Ca) using the LIBS technique for the search of paleoclimatic variability patterns in speleothems, according to inter-annual stratigraphy. In addition, the formation of multi-element images of megapixels by LIBS for the analysis of speleothems has been achieved. It has also been studied the dynamics of the plasma by LIBS for the optimization of measurements and greater understanding of the samples. For this reason, other analysis techniques, such as EDX-SEM, have also been used for the study of the surface morphology of the sample. In the field of archaeology, studies have been carried out on collections of present deer bones and fossils, for the study of archaeological sites, using LIBS and chemometric methods (PCA and NN)...