Desvendando a análise de maturidade térmica baseada em campo com a espectroscopia Raman

Por Mayte McHugh, Analytical Instruments

A maturidade térmica é um fator crítico na avaliação da qualidade e do potencial energético da matéria orgânica em formações geológicas como xisto e carvão. Tradicionalmente, indicadores como a refletância da matéria orgânica (Ro) e a pirólise de temperatura programada (Tmax) exigem trabalho intensivo em laboratório. Mas um estudo recente do U.S. Geological Survey e do Wyoming-Montana Water Science Center está mudando essa narrativa, oferecendo uma solução portátil e simplificada por meio da espectroscopia Raman.

¿Por que a espectroscopia Raman é uma técnica eficaz para a avaliação da maturidade térmica?

A espectroscopia Raman surgiu como uma ferramenta valiosa para a análise geológica, especialmente para avaliar a maturidade térmica da matéria orgânica em amostras de xisto e carvão. Vários fatores contribuem para sua eficácia:

1. Análise não destrutiva: A espectroscopia Raman é uma técnica não destrutiva, que permite o exame de amostras de rochas inteiras sem alterar suas propriedades físicas ou químicas. Essa característica é particularmente importante em estudos geológicos, pois permite que os pesquisadores preservem as amostras para testes e análises posteriores.
2. Medições rápidas e em tempo real: Com os avanços nos sistemas Raman portáteis, os pesquisadores podem obter dados em tempo real sobre a maturidade térmica no campo. Essa análise rápida reduz o tempo e os custos associados ao transporte de amostras para laboratórios, permitindo a tomada imediata de decisões e aumentando a eficiência operacional.
3. Preparação mínima da amostra: A espectroscopia Raman exige uma preparação mínima da amostra em comparação com os métodos tradicionais, como a refletância de matéria orgânica (Ro) e a pirólise de temperatura programada (Tmax). A capacidade de analisar amostras de rochas inteiras trituradas com técnicas simples de lavagem e secagem agiliza o fluxo de trabalho, tornando-o mais acessível para aplicações em campo.
4. Alta sensibilidade e especificidade: A espectroscopia Raman é conhecida por sua sensibilidade às vibrações moleculares, o que permite a identificação precisa de compostos orgânicos e sua maturidade térmica. A técnica pode diferenciar com eficácia vários tipos de querogênio e avaliar as alterações na estrutura molecular que ocorrem durante o processo de maturação térmica.
5. Portabilidade e flexibilidade: O desenvolvimento de sistemas Raman portáteis possibilitou a realização de análises em locais remotos, onde o acesso ao laboratório tradicional pode ser limitado. Essa portabilidade permite que os pesquisadores coletem dados valiosos diretamente do campo, adaptando-se a várias configurações geológicas e aumentando a versatilidade das avaliações de maturidade térmica.

Estudo do U.S. geological survey e do Wyoming-Montana Water Science Center

Publicado no International Journal of Coal Geology, o estudo explora o uso de um analisador Raman de processo portátil com um laser de 785 nm para examinar a matéria orgânica em amostras de xisto e carvão. Os pesquisadores testaram essa ferramenta em 32 amostras com uma ampla gama de maturidades térmicas, idades e tipos de querogênio (Tipos I, II e III), com o objetivo de correlacionar os valores de separação de banda Raman (RBS) com indicadores tradicionais como Ro e Tmax.

Objetivos do estudo

• Desenvolver um método simples e pronto para o campo para avaliar a maturidade térmica da matéria orgânica
• Fazer a ponte entre os valores de RBS obtidos por espectroscopia Raman e os indicadores tradicionais (Ro e Tmax), facilitando as correlações entre os métodos

Metodologia

Preparação da amostra: Depois de testar vários métodos, verificou-se que a lavagem, a secagem e a trituração manual das amostras para passagem por uma peneira de 40 malhas produziram os valores de RBS mais consistentes.

Equipamento e configuração: A coleta de dados usou um sistema Raman de processo portátil com uma estação de energia compacta de 1000 Wh, permitindo o uso intermitente durante vários dias sem recarga. O peso de 9 kg do sistema facilitou o transporte por meio de mochila ou estojo rígido, tornando-o ideal para trabalho de campo remoto.

Resultados e principais descobertas

Os pesquisadores observaram fortes correlações entre os valores de RBS e Ro de até 3% e Tmax de até 551°C, sugerindo que a espectroscopia Raman poderia avaliar de forma confiável a maturidade térmica em contextos geológicos variados. Além disso, a configuração portátil permitiu uma operação de campo estendida, simplificando a coleta de dados e melhorando a eficiência da análise em campo.

Por que a espectroscopia Raman portátil é um divisor de águas

O sucesso do estudo destaca o potencial da espectroscopia Raman para a análise de maturidade térmica em tempo real no local, eliminando os atrasos e os custos associados aos métodos tradicionais baseados em laboratório. Essa configuração portátil pode revolucionar a análise de matéria orgânica em formações de carvão e xisto, fornecendo dados essenciais em locais remotos e aumentando a eficiência das avaliações geológicas.

Conclusão

A abordagem do U.S. Geological Survey com a espectroscopia Raman portátil marca um grande passo para a pesquisa geológica em campo. Com as melhorias contínuas na tecnologia Raman, os geólogos poderão em breve contar com os valores de separação de bandas Raman como um método primário para a análise de maturidade térmica, beneficiando-se tanto da precisão quanto da facilidade de implantação.

Citações e recursos adicionais

1 p. 2, M.R. Stokes, A.M. Jubb, P.C. Hackley, J.E. Birdwell, E.P. Barnhart, C.T. Scott, J.L. Shelton, M.M. Sanders, J.J. Hatcherian, Evaluation of portable Raman spectroscopic analysis for source-rock thermal maturity assessments on bulk crushed rock, International Journal of Coal Geology, Volume 279, 2023, 104374, ISSN 0166-5162, https://doi.org/10.1016/j.coal.2023.104374. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166516223001921)

Foto acima: “Os dados foram coletados usando uma sonda Raman portátil MarqMetrix All-In-One, equipada com uma varinha de mão conectada por um cabo de fibra óptica a um espectrômetro computadorizado combinado que mede 25 × 25 × 7,5 cm. É necessária uma tela de computador para controlar o instrumento e visualizar os dados. O peso total do instrumento é de aproximadamente 9 kg, e ele pode ser facilmente transportado por meio de uma mochila com estrutura externa ou estojo rígido”, escreveram os autores.1