Analytische geochemie

Professor: Patrick Degryse
Wat? Hoorcollege, practicum
Studiepunten: 3
Examenvorm: mondeling met schriftelijke voorbereiding.
Examenperiode: januari

2025

Januari

• Deel 1: Radiogene isotopen (Degryse)
  • Grafiek van 87Sr/86Sr in zeewater en grafiek van 187Os/186Os in zeewater gegeven:
    • Leg uit hoe volgende termen/processen de isotpenratios hebben beïnvloedt doorheen de tijd:
      • Differentiatie van de mantel en de korst
      • MOR
      • Verwering
      • Platentektoniek
      • Bolide inslag (meteorietinslag)
• Deel 2: Analytische geochemie (Van Ham-Meert)
  • Leg AAS uit: obv welk principe werkt het, wat zijn de nadelen, hoe worden de metingen gekwantificeerd
  • Oefening: een kwartsader bevat volgende ertsen: AgPbSbS3, Ag2S, PbS en Sb2S3. Massapercentages zijn gegeven voor Ag(7,34%), Pb(10,17%) en Sb(7,2%)
    • Hoeveel gram zwavel zit er in 100g erts
    • Bereken de massapercentages van de mineralen
• Deel 3: stabiele isotopen (Bouillon + Moens)
  • Figuur gegeven van d18O en d2H metingen in ijskernen van Antarctica. Verklaar deze figuur. Hoe kunnen de metingen helpen bij de reconstructie van paleotemperaturen? Duid op de figuur een warme periode aan.
  • Leg de fractionatie binnen een C3 plant uit. Waarom is de waarde waterafhankelijk?

2023

Januari

• Deel 1 Bouillon
  • afbeelding schommelingen delta 13c in de zomer en in de winter, en globaal afnemende dalende trend verklaren
  • d18o en d2h bij stromboli en sicilië verschil naargelang hoogte verklaren

• Deel 2 Degryse
  • afbeelding met Osmium isotopen in de zee verklaren, en Sr in de zee Hoezo constant cenozoïcum en dan plots krijt-tertiair niet?
  • Juist of fout en uitleg geven: Rb-Sr systeem:
    • a) even oud?
    • b) verschillende initiële 87Sr/86Sr?
    • c) gelijkende 87Rb/86Sr?

• Deel 3 Van Ham-Meert
  • a) AAS verklaren: principe, hoe werkt, nadelen, wat meet etc.
  • oefening moeilijk! Kwartsader heeft verschillende mineralen: Freieslebeniet (AgPbSbS3) Acantiet (Ag2S) Stibniet (Sb2S3) en galena (PbS) en de massa% van Ag, Pb en Sb zijn gegeven. Hoeveel mol/100g zwavel en hoeveel massapercent zijn alle mineralen?

2022

Januari(schriftelijk door corona)

• Deel 1&2 (technieken en radioactieve)
  • bespreek het principe en de werking van MC-ICP-MS.
    • Welke species kan je analyseren en hoe voorbereiden?
    • Nadelen van deze techniek?
  • Een kwartsader met Arsenopyriet, pyriet en chalcopyriet wordt beschouwd. Gegeven zijn de massapercentages voor Fe (4.5%), As (3.2%) en Cu (0.25%). Ook gegeven is de molaire massa van Fe, As, Cu en S.
    • Hoeveel gram zwavel zit er in 100g van de ader?
  • Wat is het massapercentage van elk aanwezig mineraal?
• Gegeven: ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr en ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr voor drie mineralen. Lambda=1.42*10^-11. Stel een isochronencurve op op milimeterpapier en bepaal de ouderdom. Geef ook de initiele ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr.

• Deel 3 (Stabiele isotopen)

• • Veronderstel d¹³C onderzoek in de jaarringen van een 150 jaar oude boom op de campus.
    • Wat voor waarden verwacht je?
    • Zijn er lange termijn trends die je verwacht?
    • Welke factoren zouden een rol kunnen spelen bij jaarlijkse variaties?
  • Gegeven: Afbeelding van d^18O curves naargelang de groeilijnen van een bivalveschelp (aragoniet) en een afbeelding met relatie d^18O en temperatuur voor aragoniet en calciet. Wat kan je afleiden?

2018

Januari

• Bespreek het principe van ICP-OES. Ga dieper in op de fysische principes, en op de gebruikte bron/detector, essentiële onderdelen en welke vorm van staal nodig is.
  • • Welke atomen/moleculen/speciës kunnen gemeten worden?
    • In welke gehaltes?
    • Met welke precisie/accuraatheid?
    • Welke beperkingen zijn er aan deze technieken?
• Als je een zandsteen voor neven- en spoorelementen analyseert, welke staal voorbereiding en analytische techniek zou je dan aanraden? Waarom? #Vraag over laboverslag

2016

Januari

Reeks 1

• Ik heb een blok graniet van 5 kg waarin ik Sr wil meten in de verschillende veldspaten, en Rb in de bulk. Stel een techniek voor, leg de staalpreparatie uit en geef een korte uitleg over de werking van de techniek.

Reeks 2

• In een graniet wil ik het gehalte aan het element Ca in de verschillende types veldspaten, en het gehalte aan het element Sr in het bulk gesteente meten. Je hebt een blok van 5kg graniet ter beschikking. Leg uit hoe je dit aanpakt van staalpreparatie over de voorbereiding in het (chemisch) laboratorium tot de meting van de gehaltes. Bespreek kort het principe van de methodes die je mij aanraadt. (Leg alles kort en bondig uit).

2015

Januari

Reeks 1

• Welke procedure volg je om de hoeveelheid Mg en Rb in een basalt te meten? Je beschikt over een handstuk van 5 kg. Beschrijf de procedure zo volledig mogelijk.
• Welke procedure volg je als je wilt weten welke mineralen in die basalt Rb en Mg bevatten?

Reeks 2

• Bij een mijnontginning wil men volgende zaken zo nauwkeurig mogelijk meten: Al in een lateriet, Nb in columbiet-tantaliet, Ti in een zwart zand (dat voornamelijk kwarts, magnetiet en rutiel bevat). Beschrijf de volledige procedure van staalvoorbereiding, over onsluiting tot meting.

2013

Januari

Reeks 1 - Professor Degryse

• Sediment van een rivier uit Congo bevat klei en silt. In dit sediment kan er Ta en Nb die economische belangrijk zijn gevonden worden dat in een bepaald mineraal zit ( ben de naam kwijt, cassiriet )?. Men gaat opzoek naar de concentraties van dit mineraal. Beschrijf me de hele procedure van het nemen van een staal tot de Chemische analyse
• 10 meetresultaten, Kan hier een resultaat weggelaten worden ? blad met formules gegeven

Reeks 2

• Placer zand bevat naast kwarts en plagioklaas, ook de mineralen cassiteriet en goud. Een groot ontginningsbedrijf wilt de relatieve hoeveelheid Tin en Goud aanwezig in de placer weten. Geef de gehele onderzoeksprocedure hiervoor.
• = vraag 2 reeks 1

2012

Januari

Reeks 2

Gesloten boek

• Geef de procedure voor de bereiding van een stockoplossing van 0.02M kalium-dichromaat (K2Cr2O7) in 500mL 0.1 M zwavelzuur. Bereid uit deze stockoplossing drie standaardoplossingen van Cr, die respectievelijk ongeveer 10µg/mL, 100µg/mL en 250µg/mL bevatten in 0.1M zwavelzuur. U beschikt over analytisch zuiver kalium-dichromaat zout, een analytische balans, een fles 2M zwavelzuur, gedemineraliseerd water, maatkolven van 500mL en van 100mL, en een stel volumetrische pipetten van 5, 10, 20 en 25mL. De atoomgewichten zijn: K=39,10; Cr=52,0; O=16,0.
• Bereken de chemische samenstelling (in wt.%) van een silicaatmineraal met als formule: (Mg₁₀Al₂)(Si₆Al₂)O₂₀(OH)₁₆. De atoomgewichten zijn: Mg=24,31; Al=26,98; Si=28,09; O= 16,00; H=1,01.
• Welke theoretische en praktische betekenis heeft de 'diffractie orde' in de spectrofotometrie?

Open boek

• Met een quadrupool-ICP-MS kunnen ionen afzonderlijk gemeten worden die 1 eenheid verschillen in m/z verhouding. Een element M vormt in een plasma niet alleen M⁺ ionen maar ook een kleine (0,5 à 2%) fractie MO⁺ ionen die de meting kunnen verstoren van ionen van elementen met een hoger ranggetal. Een gekend probleem van de zgn. 'oxide interferentie' is de meting van het ion 45Sc+, het enige ion van het mono-isotopische element scandium. Welke hoofdelementen creëren potentiële problemen voor de meting van 45Sc+ ? De isotopische samenstelling van zuurstof is: ¹⁶O=99,76%; ¹⁷O=0,038%; ¹⁸O= 0,20%. #Er wordt gevraagd in een smeltparel van een opgemalen silicaatgesteente een analyse uit te voeren van de elementen Mg, Al, Si, P, S Ca en Ti met een vlak-kristal X-stralenfluorescentie apparaat. Welke instelling van de 2-theta hoek is nodig voor de volgende analysen: #*Mg, Al, Si met TAP(001) #*Si, P, S met Ge(111)
  • Ca, Ti met PET(002)
  • De Ka X-stralen van de elementen worden gemeten. De energie hiervan is (in Kev):
    • Mg: 1,2536
    • Al: 1,4867
    • Si: 1,7400
    • P: 2,0137
    • S: 2,3078
    • Ca: 3,6917
    • Ti: 4,5108
• Welke effectieve bandbreedte moet een monohromator hebben om de twee atoon spectraallijnen van 589,0nm en 589,6nm afzonderlijk te kunnen meten?

2011

Januari

Gesloten boek

• Je kreeg een gesteen waarin een maximaal en minale hoeveelheid La zou kunnen zitten, om dit gesteente te bepalen met icp-oes zijn 3 ijkoplossingen nodig. Hoe zou jij deze bereiden, je krijgt standaard materiaal(zoals in het labo eigenlijk)
• Wat is het verschil tussen PM en dissolved solids in natuurlijke waters met als bijvraag waar trekt men de grens tussen bijden
• Leg uit waarvoor de kjelhdal methode dient, een zinneke was genoeg zei hem

Open boek

• Een aquifer is vervuild door een pekel, ge krijgt een tabel me een aantal ionen/kationen metingen in mg/mL en een leeg piper diagram ==> plot het piper diagram
• Een reeks metingen gedaan met AAS 1 meting verschild veel van de andere, bepaal of we deze mogen laten vallen -> n test etc
• Je krijgt een de lengte van een gas chromatografie.vervolgens de retentie en dode tijd van een meting en ook de standaard deviatie in sec bepaal het aantal theoretische platen.
• Leg uit wat de Kjelhdal methode is

2010

Januari

Gesloten boek

• zo'n uitgebreide oefening waarvan een uitgewerkt voorbeeld in u cursus staat. Andere getallen dan in cursus natuurlijk en de formule krijg je ...
• Voor de meeste Chemische Analyse technieken is 'resolutie' of 'oplossend vermogen' een belangrijke parameter. Wat bedoelt men hier mee? Geef enkele voorbeelden.

Open boek

• Bereken de afstand ( in millimeter) tussen de centra van de gefocusseerde lichtlijnen van golflengten 564 en 572 nm voor een spectrofotometer met een rooster van 1600 blades/ mm, een invalshoek van i = 45°, en een sferische spiegel met focale lengte van 45 cm
• Welk is de optimale molariteit van het HNO3 eluens voor de scheiding van Sr2+ en Rb + met 'kroonether chromatografie' ?
• Waarom is ICP een efficiënte excitatie methode voor chemische analyse via meting van emissie-licht ?

===Juni 2008===

Reeks 1

#Gegeven: fles zwavelzuur 2M, kaliumdichromaat, gedemineraliseerd water stockoplossing van 0.01M kalium dichromaat (K₂Cr₂O₇) in 500ml zwavelzuur 0.1M bereiden en dan 3 standardoplossingen met van 10µg/ml, 100µg/ml en 250µg/ml Cr in 0,1M zwavelzuur met zoals in het labo een beperkt aantal pipetten die je mag gebruiken, etc. #Hier moesten we voor verschillende elementen en verschillende van die kristallen (bv TAP 001) de hoek berekenen. De E_Kev was gegeven (dus gewoon via wet van Duane Hunt de golflengte berekenen, en dan via wet van Bragg u hoek, niet zo moeilijk). #Zo'n kolomvraag:
Gegeven: L=18m; t_m=3.2min; t_r=16.3min; σ_t = 2,4s.
Gevraagd: aantal theoretische platen. #Een resonantielijn van 645nm, welke correctietechniek is niet geschikt?

Reeks 2 http://geos.scientica.be/files/public/onderwijs/geochemie.jpg

===Juni 2007===

Reeks 2

#Wat is de effectieve bandbreedte om 2 Na-atoom spectraallijnen van 589nm en 589,6nm afzonderlijk te kunnen meten? (Antwoord moest 0,3nm zijn) #Er waren 14 metingen van een blanco-oplossing gegeven alsook de ijklijn : A = 0,035 x concentratie (µg/ml). Wat is de kritieke signaalwaarde,detectielimiet en kwantificeerbaarheidslimiet uitgedrukt in absorbantiewaarden en in concentratiewaarden (µg/ml).De meetoplossing van 25ml werd bereid door 100mg gesteentepoeder op te lossen. #Er werd 200mg monster in 100ml zuur opgelost en 10 keer verdund. De ijklijn voor Si is Concentratie (µg/ml) = 12x10^-5 x Signaal (tellen/sec) Het gemeten signaal was 85721 tellen per seconde. Wat is de wt% oxide van SiO2? #We hebben een gaschromatograaf van 12m lengte en tm = 2 min, tr = 14min en breedte van de elutiepiek =sigma(t) = 2s. Wat is het aantal theoretische platen?

===Januari 2006===

#Je hebt een atoom met een resonantielijn λ=640 nm. Welke methode voor de correctie van moleculaire absorptie is niet geschikt en waarom? #Het atoom Ge (Kα=???) Leg uit waarom TAP (001) geen geschikt kristal voor WDXRF. #Bereken de retentietijd van een species i: transportsnelheid van het eluens: 2cm/min, lengte van de kolom is 28cm, capaciteitsfactor = 20 #Bereken de reflectiehoek en de reciproke lineaire dispersie: #*1200 blazes/mm #*golflengte: 640, 420 en 360 nanometer #*F is 48 cm #*invalshoek is 35° #uranium in gesteente: concentratiebereik: 6-8 µg/g #*150 g gesteente wordt opgelost in 250 ml in 0,45 M HNO3 #*Bereken standaard ijkoplossingen, gebruikmakend van een stockoplossing van 0,05 mg/ml #Tabel: drinkwater en zeewater. Bereken de invloed van 5% en 10% contaminatie van het drinkwater met zeewater. Zet de resultaten in een Piperdiagram.

===Januari 2003===

#de aciditeitsconstante van een zuur base reactie HB +H2O <--> H3O + B #*K= [H₃O][B]/[HB] of K*=[H₃0](B)/(HB) #*K is de echte thermodynamische evenwichtsconstante, en K* de schijnbare constante. Rechte haken wijzen op activiteiten, ronde op concentraties. Voor het hydronium ion behoudt met activiteit in de uitdrukking van K* omdat deze door pH electrodes gemeten wordt. Bereken met behulp van de extended debye huckel betrekking de schijnbare pK* waarden bij 20°C van een verdunde oplossing van het driebasisch zuur H3PO4 in een oplossing van 0,005M Na2SO4/0,02M KCl . Verwaarloos de bijdrage van de fosfaat species tot de ion sterkte van de oplossing.De debye huckel a-waarde (ion grootte) voor de fosfaat species is gelijk aan 4. De pK waarden voor fosforzuur bij 20°C zijn: 2.1, 7.3, 12.7. #Bereken de oplosbaarheid (g/l) van het mineraal fluoriet (CaF₂) in zuiver water bij 25°C en pH 3, 5 en 6. Er wordt aangenomen dat alle activiteitscoefficienten gelijk zijn aan 1. Thermodynamische gegevens moet ge maar opzoeken in uw oefeningen (oefening 6&7) #in de bijgevoegde figuur zijn chemische parameters van grondwatermonsters in contact met een klei-rijke bodem geplot op een stabiliteitsdiagram van K-Al silicaten in evenwicht met water bij 20°C. Wat kan je uit de ligging van de punten besluiten. #in de alpen worden in drie meetstations gelegen op respectievelijk 500, 1500 en 3000m hoogte maandelijks monsters genomen vna de gemiddelde neerslag. Schets de verwachte variatie van zuurstof 18 isotoop in de neerslag doorheen het jaar voor deze drie stations. #kan de isotopen dilutie methode toegepast worden bij ICP-AES? #In welke zin heeft het Auger effect een weerslag op de gevoeligheid waarmee elementen kunen geanalyseerd worden door middel van XRF en EPMA?