Environmental applications of PIXE at the Institute of Physics, UNAM

C. Solísª , A. Mirelesª , E. Andradeª and H. Zolezzi-Ruíz^b

ª Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México, Apartado Postal 20-364. 01000 México D.F.,
e-mail: * corina@fisica.unam.mx , ** alibech_m@hotmail.com , *** andrade@fisica.unam.mx

^b Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria 04510 México, D.F., e-mail: zolezzi@icmyl.unam.mx

Recibido el 2 de marzo de 2006
Aceptado el 18 de agosto de 2006

Abstract

The particle induced X-ray emission technique (PIXE), developed by Johansson and colleagues in Lund, Sweden, in the 70's has been used since then in a high number of studies requiring detection and quantification of trace elements at high sensitivity (better than 1 mg/kg). PIXE is grouped among the nuclear analytical techniques because the samples are bombarded with particles (protons generally) accelerated in an accelerator. When protons interact with matter an X-Ray spectrum is produced by the de excitation of atoms in the sample. From this spectrum the elements contained in the sample as well as their concentrations can be determined. In this work we describe the PIXE technique and several applications in the environmental field developed at the Institute of Physics of the National Autonomous University of México (IFUNAM). These practical applications include field studies for analyses of suspended particles in air using tree leaves, irrigation water quality based on heavy metal analyses, and analyses of trace elements in plants cultivated in waste water irrigated soil.

Keywords: Trace elements; PIXE; biomonitors; heavy metal pollution; México.

Resumen

La técnica de emisión de rayos X inducida por partículas (PIXE), desarrollada por Johanson y su grupo en Suecia y dada a conocer en 1970, es usada desde entonces para la detección y cuantificación de elementos en numerosos estudios que requieren una alta sensibilidad (<1mg/Kg). Se agrupa con las técnicas de origen nuclear porque las muestras se bombardean con partículas (protones en general) generadas por un acelerador. Cuando los protones interactúan con la muestra, se obtiene un espectro de rayos X producidos por el relleno de vacantes electrónicas de los átomos de la muestra. De este espectro pueden obtenerse tanto los elementos que componen la muestra como su concentración. En este trabajo se describe la técnica de PIXE así como algunas aplicaciones en las ciencias ambientales desarrolladas en el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (IFUNAM). Estas aplicaciones prácticas incluyen estudios de campo para el análisis de partículas en el aire usando hojas de árboles, calidad del agua de riego basada en metales pesados, y análisis de elementos traza en plantas cultivadas en suelos regados con aguas residuales.

Descriptores: Elementos traza; PIXE; biomonitores; contaminación por metales pesados; México.

PACS: 82.70.R; 42.62.-b; 80.00; 32.30.Rj

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Acknowledgements

The authors would like to thank K. López, F.J. Jaimes, and E. Zavala, for maintenance and operation of the accelerators,Dr. Katsumi Saitoh from the Akita Prefecture Institute of Environmental Science, Japan, for discussion and performing some leaf analysis and Biol. Graciela Sierra for providing water samples from the Mezquital Valley. This research receives partial support from DGAPA, UNAM Grant IN228603.

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