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Saber, Saber hacer, Saber ser

ANALISIS DEMUESTRA DE AGUA

2015


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1Saber, Saber hacer, Saber ser

Anlisis de Muestras de Agua

1.INTRODUCCIN AL ANALISIS QUIMICO............................................................... 3

2. MUESTREO ........................................................................................................... 4

3. MTODOS GRAVIMTRICOS DE ANLISIS ............................................................ 7

4.ANLISIS VOLUMTRICO .................................................................................... 11

5. ESPECOMETRIA DE ABSORCIN ATMICA ........................................................ 16

TABLA DE

CONTENIDOS


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2 Saber, Saber hacer, Saber ser

Anlisis de Muestra de Agua


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1INTRODUCCION AL ANLISIS

QUMICO

La qumica analtica es una ciencia de medicin basada en un conjunto de ideas y mtodos que son tiles entodos los campos de la ciencia.

El anlisis cualitativo establece la identidad qumica de los elementos y compuestos de una muestra.

El anlisis cuantitativo determina la cantidad de cada sustancia (analitos) en una muestra en formanumrica.

Los analitos son los componentes de una muestra que se pretende determinar.

Mtodos analticos cuantitativos:

Los mtodos gravimtricos determinan la masa del analito o de algn compuesto relacionadoqumicamente con l.

En los mtodos volumtricos se cuantifica el volumen de una solucin que contiene reactivo sufientepara reaccionar por completo con el analito.

Los mtodos electroanalticos comprenden la medicin de propiedades elctricas tales como elpotencial, corriente, resistencia y cantidad de carga elctrica.

Los mtodos espectroscpicos se basan en la medida de la radiacin electromagntica con los tomos ymolculas del analito o en determinar la produccin de tal radiacin por el analito mismo.


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2MUESTREO

MUESTRAS ANALTICAS Y MTODOS:El muestreo es una de las operaciones ms importantes en un anlisis qumico.Tamao de la muestraClasificacin del anlisis por el tamao de la muestra

TIPOS DE COMPONENTES:

Los componentes principales estn presentes en un intervalo de peso relativo de 1% a 100%.

Los componentes menores estn presentes en un intervalo de peso relativo de 0.01% a 0.1%.

Los componentes traza se encuentran en cantidades entre 100 ppm y 1 ppb.

Los componentes ultratraza estn presentes en cantidades menores que 1 ppb.

Obtencin de una muestra representativa:

El proceso mediante el cual se toma una fraccin representativa se denomina muestreo. El proceso demuestreo debe asegurar que las partes seleccionadas son representativas de todo el material opoblacin.

Los elementos seleccionados para el anlisis se denominan unidades de muestreo o incrementos demuestreo.

La muestra bruta es una rplica en miniatura de todo el material a analizar, esta debe correspondersecon el material en su composicin qumica y, si este esta formado por partculas, en la distribucin portamao de las partculas

Para un anlisis en el laboratorio el tamao de la muestra bruta se reduce y se homogeniza paraconvertirse en la muestra de laboratorio.

Preparacin de una muestra de laboratorio:

Para los slidos heterogneos, la muestra bruta puede pesar desde cientos de gramos hasta kilogramoso ms. Por lo tanto es necesario reducirla hasta obtener una muestra de laboratorio finamente moliday homognea que pese unos cientos de gramos. Este proceso implica un ciclo de operaciones que

comprenden: triturar y moler, tamizar, mezclar y dividir la muestra para reducir su peso.


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Muestra representativa de la sustancia a analizar; es una pequea parte de todo el material a analizar,del cual se ha tomado la muestra.

El contenido del componente en la muestra que analizamos debe reflejar el contenido medio de todoel material.

Toma de la muestra representativa (media) se determina por los factores siguientes:1. Estado fsico (slido, lquido, gas)2.

Estructura (pedazos grandes, pequeos, granulos, polvo)3.

Forma de embalaje (a granel, sacos, frascos)4. Modo de transporte (vagones, camiones, barcos)5. Tamao del objeto.

6. Cambio de la composicin con el tiempo.7.

Precisin necesaria.

Toma de la muestra representativa:

La cantidad necesaria de material se toma de distintos lugares. Es muy grande, entre 1kg y 50kg, paraminerales a veces entre 0.5t y 5t.

Todo el material escogido para la toma de muestra representativa se mezcla cuidadosamente.

Reduccin primaria:

Despus de la toma primaria se obtiene una muestra muy grande. Entonces se emplea el mtodo delcuarteamiento:

Todo el material tomado se coloca en un recipiente no muy profundo en forma de cuadrado y sedivide diagonalmente en 4 tringulos.

Dos partes opuestas se quitan y las dos restantes se unen, se colocan de nuevo en forma de cuadradoy vuelven a cuartearse.

As se hace unas 4 veces hasta que la cantidad de la muestra se reduzca. Luego la muestra se tritura, paraello se emplean los molinos de bolas.


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Reduccin y trituracin secundarias:

Despus de trituracin primaria la muestra se reduce otra vez por medio de tres o cuatrocuarteamientos, hasta que quede de 4kg de material.

A continuacin la muestra reducida se tritura en pequeos molinos de discos, en que la muestra se

hace un polvo fino. La muestra se mueve cuidadosamente y de ella se toman tres porciones de 500 a 800g que se colocan

en frascos o bolsas, se tapan hermticamente y se etiquetan.

La etiqueta debe contener:

Tipo de material.

Masa de partida.

Abastecedor.

Nmero de contrato y de facturas.

Fecha de toma de la muestra.

Apellido de la persona que ha realizado el muestreo.

Los frascos se distribuyen:

1 frasco se entrega al laboratorio para el anlisis.

1 frasco se guarda en el almacn de muestras para repetir el anlisis si es necesario. 1 frasco (de arbitraje) se guarda hasta que sea gastado el material o hasta la recepcindefinitiva del

material por la empresa consumidora.

Tamao de la muestra representativa:La masa de la muestra representativa (Q) depende del tamao (d) de partculas heterogneas

Donde:

Q = kd2

d: mximo dimetro de partculas heterogneas.

k: coeficiente emprico (0,021).


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3MTODOS GRAVIMTRICOS

DE ANLISIS

Los mtodos gravimtricos son mtodos cuantitativos que se basan en la determinacin de la masa deun compuesto puro con el que analito est relacionado qumicamente.

Existen varios mtodos analticos que se basan en medidas de masa.

Tipos de mtodos gravimtricos:

Gravimetra por precipitacin: el analito se separa de la disolucin de la muestra como un precipitado,y se convierte en un compuesto de composicin conocida que se puede pesar.

Gravimetra por volatilizacin:El analito se separa de otros componentes de una muestra y se convierte en un gas de composicin qumicaconocida.

Electrogravimetra:El analito se separa al depositarse en un electrodo mediante una corriente elctrica.

Valoracin gravimtrica:La concentracin de un analito se determina a partir de la masa de un reactivo deconcentracin conocidaque se requiere para reaccionar completamente con l.

Gravimetra por precipitacin:Para que el precipitado pueda ser til en gravimetra es necesario:

Que sea insoluble en el medio en que se produce.

Que se pueda filtrar con facilidad.

Que sea puro y que tenga una composicin constante y conocida.

Clasificacin de las partculas del precipitadoEl tamao de las partculas del precipitado es funcin de la naturaleza del precipitado y de las condicionesexperimentales bajo las cuales se producen.

Por el tamao, el precipitado puede ser:

Coloidal

Cristalino

TIPOS DE PRECIPITADOS:Precipitado coloidal:

El tamao es en el orden de micrmetros (m).

No sedimentan.

No se pueden filtrar usando medios comunes de filtracin.

Precipitado cristalino:

Su tamao es en el orden de milmetros (mm).

Sedimentan con facilidad.

Se pueden filtrar usando una gran variedad de medios.


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Factores que determinan el tamao de la partcula

Solubilidad del precipitado en el medio o

Temperatura

Concentracin de reactivos

Rapidez con que se mezclan los reactivos

Estos factores se pueden explicar en forma cualitativa asumiendo que el tamao de las partculas es funcinde una propiedad llamada sobresaturacin relativa.

Sobresaturacin relativa:Sobresaturacin =Donde:S = solubilidad del precipitado en el medio.Q = concentracin del soluto en cualquier instante en el medio.

Variaciones con lasobresaturacin:

Tamao de las partculas

Nucleacin

Crecimiento de las partculas

Nucleacin:La nucleacin es el proceso en el cual se agrupa una cantidad mnima de tomos, iones o molculaspara formar un slido estable (precipitado coloidal).

Se favorece si la sobresaturacin relativa es baja.

Crecimiento de las partculas:Iones o molculas se van uniendo a los ncleos previamente formados aumentando eltamao de lapartcula de precipitado.

Predomina cuando la sobresaturacin relativa es baja.

Manejo de los precipitados coloidales

Filtracindifcil:Coagulacinconvertir la suspensin coloidal en un slido filtrable.

Calentando la solucin. Agitando vigorosamente la solucin. Aadiendo un electrolito fuerte a la solucin.

En todos estos casos lo que hacemos es reducir el grosor de la doble capa.

Contaminacin de precipitadosLos precipitados pueden contaminarse por coprecipitacin.Adsorcin (principal fuente de contaminacin). Digestin.

Lavar el precipitado con un electrolito no voltil.


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Formacin de cristales mixtos. Remover el ion que interviene.

Utilizar un agente precipitador ms selectivo.

Oclusin.

Disminuir la velocidad de precipitacin.

Entrampamiento mecnico. Mantener una sobresaturacin baja.

Digestin.

Precipitacin homogneaConsiste en producir el precipitado por medio de una reaccin qumica que produce el agenteprecipitador.

Produce precipitados puros y cristalinos.

Tratamiento de un precipitado despus de filtrarloCalentamiento en un horno o flama. Secarlos.

Remover electrolitos voltiles. Cambiar la composicin del precipitado a un compuesto de composicin qumicadefinida.

Incinerar el papel de filtro.

Calcular el % de analito en la muestra.

Repaso de conceptosUnidades de masa:

g, kg, mg

Mol

Masa molar

Relaciones estequiometrias.Determinacin de las cantidades relativas de reactivos o productos envueltos en una reaccin qumica.Resultados se determinan a partir de:

Masa de la muestra.

Masa del producto de composicin conocida.

Concentracin de producto se expresa en porciento de analito

Anlisis espectroqumicoAspectos cuantitativos de las medidas espectroqumicas

Como se muestra en la Tabla, los mtodos espectroqumicos se clasifican en 4 categoras. Los4 requieren la medida de la potencia radiante P, que es la energa de un haz de radiacin que alcanza un

rea dada por segundo.


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En los instrumentos modernos, la potencia radiante se determina con un detector de radiacin queconvierte la energa radiante en una seal elctrica.

Principales clases de mtodos espectroqumicos

Tabla, Principales clases de mtodos espectroqumicos

Mtodos basados en la absorcinComo se muestra en la Tabla, los mtodos cuantitativos basados en la absorcin requieren 2 medidasde potencia: Una, antes de que el haz haya pasado a travs del medio que contiene al analito (P0)

Y la otra, despus (P).

TransmitanciaLa figura a continuacin muestra un haz de radiacin paralelo antes y despus de atravesar un medioque tiene un espesor de b cm y una concentracin c de una especie absorbente. Como consecuenciade las interacciones entre los fotones y los tomos o molculas absorbentes, la potencia del hazdisminuye de P0 a P. La transmitancia T del medio es la fraccin de radiacin incidente transmitida por

el medio.

Absorbancia

La absorbancia es directamente proporcional a la concentracion de la especie absorbente c ya la longitud del trayecto b del medio de absorcin.

Ley de BeerPara una radiacin monocromtica, la absorbancia es directamente proporcional al camino pticob a travs del medio y la concentracin c de la especie absorbente. Estas relaciones vienen dadaspor:

Donde::es una constante de proporcionalidad denominada absortividad.


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4ANLISIS VOLUMTRICO

Las valoraciones volumtricas consisten en la medida del volumen de una solucin de concentracinconocida necesario para reaccionar completamente con el analito.

Los mtodos volumtricos se clasifican en:Mtodos de neutralizacin (cidobase).

Mtodos de oxidacin y reduccin (REDOX)Mtodos de precipitacin.Mtodos de formacin de complejos (complexometra)

Trminos usados en mtodos volumtricosUna disolucin patrn (valorante patrn) es un reactivo de concentracin conocida con exactitudque se usa en las valoraciones.

La valoracin es un proceso en el que se agrega un reactivo patrn a una solucin del analito hastaque se considera completa la reaccin entre el analito y el reactivo.

Un patrn primario es compuesto de elevada pureza y sirve como material de referencia paralos mtodos de anlisis basados en valoraciones.

Un patrn secundario es un compuesto cuya pureza se ha establecido mediante anlisis qumicosy que sirve como material de referencia en los mtodos de anlisis por valoracin.

Ejemplo de determinacin de cobre por volumetra REDOX:

Determinacin de cobre por volumetra REDOXAl analito que es una agente oxidante se de adiciona un exceso de yoduro, liberndose una cantidad de yodoequivalente al analito presente.

El yodo liberado se cuantifica utilizando una solucin de tiosulfato de sodio, en presencia de almidn comoindicador

LODOMETRIA:Procedimiento.

Ataque de la muestra con cido mineral.Adicin de permanganato de potasio.Decoloracin con sulfato ferroso.Adicin de cido actico y acelato de sodioEnmascarar el hierro, con fluoruro.Reduccin del cobre con ioduro.Valorar con tiosulfato estandarizado, utilizado como indicador el almidn.


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Porcin de muestraTiene estrecha relacin con la concentracin del analito, en este caso el cobre, y de a concentracin de lasolucin valorante, de tal manera que el gasto obtenido sea lo suficientemente representativo y confiable.

Para el rango de ocurrencia de trabajo, el peso de 0.25-2.0 g muestra resulta apropiada para una solucinvalorante de aproximadamente 5mg Cu/ml S2032

TRATAMIENTO DE LA MUESTRADescomposicin de la muestra con cido inorgnico.

Acido Clorhdrico (HCL)

Es el disolvente por excelencia para muestras inorgnicas. (aplicacin limitada para compuestos

orgnicos)

Se utiliza para disolver xidos metlicos y xidos en general

El cido concentrado es casi 12M (37% de pureza y d= 1,19 g/mL)

Al calentar con HCI(c). Se pierde HCI gaseoso hasta que queda una solucin 6M a ebullicin constante

(cercana a 110 C).

No es til para muchos xidos, sulfuros, carbonatos y ortofosfatos.

ACIDO SULFRICO (H2SO4)

Deben en parte su afectividad como disolvente a su punto de ebullicin alto (cercano a 340 C).

Se utiliza en la descomposicin de muchos materiales orgnicos, debido a que numerosos compuestos

se deshidratan y oxidan a 340 C; es decir se eliminan de las muestras en forma de CO2y agua.

Ataca los metales y aleaciones en caliente.

Es un agente deshidratante muy enrgico y ataca rpidamente la materia orgnica.

ACIDO PERCLRICO (HCLO4)Es un agente oxidante potente y ataca diversas aleaciones de hierro y aceros inoxidables que no son atacadospor otros cidos minerales. Se utiliza para disolver xidos metlicos y xidos en general.

El cido concentrado se comercializa como cido desde el 60% al 72% de pureza (d=1,541,67 g/mL).

Cuidado:El cido perclrico concentrado en frio no es explosivo, al igual que las disolucionesdiluidas calientes, pero se producen explosiones violentas cuando el cido perclrico

concentrado caliente entra en contacto con materiales orgnicos o sustanciasinorgnicas fcilmente oxidables.

MEZCLAS OXIDANTES:

Agua Regia: Mezcla que contiene 3 volmenes de HCL y 1 volumen de HNO3.

Mezcla de HNO3y HCIO4: incrementa su accin disolvente y acelera la oxidacin. Tiene la ventaja de sermenos peligrosa que el HCIO4slo.


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La adicin de permanganato persigue lo siguiente:

Ya que ms adelante puede ocurrir:

La adicin de fluoruro de sodio.

Una vez que el ion ferroso existe se ha oxidado a ion frrico se procede a enmascararlo.

La adicin del cido actico y acetato de sodio.La conversin cuantitativa del:

2S2O3-2S4O6-2+ 2e-

Necesita de un medio que tenga un pH


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La expresin anterior se entiende como, si se toma en consideracin que la formacin de triyoduro (I 2+ I.=I3.Se favorece con un exceso de al menos un 4% de ioduro, lo que cataliza a la reaccin

La valoracin se representa con:

A medida que va ocurriendo la reaccin empieza a aparecer algunas reacciones colaterales que puedeninterferir en la deteccin del punto final.

Cu++ I.Cul(8)

Este precipitado tiende a adsorber molculas de I2 en su superficie, junto con el exceso de ioduro quese necesita.

El tiocionato no es un indicador, su funcin esta relacionada con:

Liberando el I2adsorbido en el precipitado, siendo este ultimo el I2de nuestro inters en la valoracin

La adicin del tiocianato debe postergarse lo que ms se pueda para evitar:

Que se traduce en resultados inferiores a los esperados en la valoracin con tiosulfato.

CONSIDERACIONES FINALES

El exceso razonable de ioduro de potasio es siempre aconsejable.

La acidez de la solucin debe ser ajustada bajo ciertos limites, ideal es mantenerlo entre 3.5 a 4.0 elbuffer utilizado para ello es el AcetatoAmonio, otorgado por el bifloruro de amonio y el cido actico,que otorga el pH ms alto pero permitido (pH-5).

Por otro lado la acidez no debe ser demasiado alta debido a la oxidacin de ioduro por el aire.

CARACTERSTICAS DE LAS SOLUCIONES DE TIOSULFATO DE SODIO

El ion tiosulfato es un agente reductor moderadamente fuerte.

El tiosulfato de sodio no es lo suficientemente puro para ser patrn primario.

Se utiliza para determinar agentes oxidantes por un procedimiento indirecto que incluye al yodo comointermediario.

La conversin de tiosulfato en tetrationato requiere pH menor a 7.


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Si el pH es muy cido, se corre el riesgo que se produzca la oxidacin por aire del exceso de yodo, dandovalores sobre lo real.

Con el yodo el ion tiosulfato se oxida cuantitativamente a ion tetrationato (S4O62-) de acuerdo a la semi

reaccin:

FUENTES DE ERROR DE LOS MTODOS DE IODOMETRA:

Volatilizacin del yodo.

Oxidacin del yoduro en exceso por accin del oxigeno del aire.

Adicin prematura del almidn.

Descomposicin de las soluciones de tiosulfato de sodio.

Estabilidad de las soluciones de tiosulfato de sodio Tienden a descomponerse si el ambiente es muy cido en:

S2O32- +H+HSO3-+ S(8)

Se normalizan las soluciones frente a: KIO3,K2Cr2O7,KBrO3y Cu metlico.

Las variables que influyen en la estabilidad de las soluciones estn: pH, presencia de microrganismos,concentracin de las soluciones, presencia de iones Cu2+(cataliza la oxidacin atmosfrica del tiosulfato)y la exposicin a la luz del sol (guardad soluciones en frasco oscuro).

Se retarda la descomposicin de las soluciones de tiosulfato de sodio usando agua hervida y fra en supreparacin y adicionando carbonato de sodio (pH=9-10) que retarda la accin de bacterias quemetabolizan el ion tiosulfato a iones sulfito y sulfato.

Por eso es importante la calidad del agua que se utiliza debido a que el CO2 disuelto favorece lasismutacin del ion tiosulfato en HSO3-+ S(8).


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5ESPECTROMETRA DE

ABSORCIN ATMICA

Cuando un tomo en el estado elemental absorbe energa en forma de luz de una longitud de ondaespecfica es elevado a un estado excitado, la cantidad de luz absorbida incrementar conforme incrementael nmero de tomos presentes.

Para determinar la concentracin de un elemento se emplea la relacin entre la cantidad de luz absorbiday la concentracin del elemento en estndares conocidos.

Instrumentacin El esquema siguiente, representa sistemas de absorcin atmica de llama de haz simple y doble.

La fuente de luz en un sistema de absorcin atmica es primaria, la fuente de radiacin es unalmpara de ctodo hueco o una lmpara de descarga, la fuente de energa para la produccin detomos libres es calor en la forma de una llama de aire-acetileno o acetileno xido nitroso.

La seleccin de la lnea en la cual el tomo absorbe energa (lnea de resonancia) la hace unmonocromador el fotodetector ve solamente la lnea de resonancia cuando el sistema es de doble hazste da una lnea de base estable de buena precisin analtica.

Basados en el sistema ptimo hay tres tipos bsicos de instrumentos, haz simple, doble haz y doble

haz dual.


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En el instrumento de un solo haz, el haz de luz pasa directamente de la muestra a travs de la llama

hasta el detector.

En un sistema de doble haz la luz es dividida por un Chopper en dos haces, uno de ellos el haz dereferencia va directamente al detector, el otro, el de la muestra va a travs de la llama a la muestray cualquier diferencia entre el haz de referencia y el de muestra se mide como una funcindirecta de la luz absorbida, reducindose la importancia de la estabilidad de la fuente de poder, sinembargo la mayor ventaja de los equipos de doble haz es que no necesitan calentamiento.

Las ventajas de los equipos de haz simple son el uso de lmparas de baja intensidad y posiciones deSlit y de Gain ms pequeas operando con ruido ms bajo y sensibilidad ms alta, especialmente en elrango ms bajo de longitud de onda.

Con el sistema dual de doble haz se analizan dos elementos a la vez y permite usar la estandarizacininterna, algunos equipo de absorcin atmica pueden ser operados en la forma de emisin (Na y K)otros en la forma de fluorescencia atmica, aplicable a anlisis de trazas ya que tienen mayorsensibilidad.

La mayora de los anlisis de agua se pueden hacer con la llama empleando tcnicas de extraccin quemejoran la sensibilidad.

Los tipos de quemadores ms usados en anlisis de agua por AA son el de flujo laminar (pre-mix) siendoms ventajoso para emisin de llama el de consumo total (surface- mix), para temperaturas ms altas

con llama de acetileno xido nitroso se requiere de quemadores especiales.

Sin embargo el sistema nebulizador quemador solamente quema una fraccin de la muestra, parasuperar esta deficiencia se ha diseado un sistema que atomiza toda la muestra y la retiene en elpaso de luz por un perodo mayor incrementando la sensibilidad de la tcnica, en este sistema lallama es reemplazada por un tubo de grafito calentado elctricamente en el cual se introducedirectamente la muestra.

La sensibilidad y los lmites de deteccin con esta tcnica incrementan porque el calentamientoes programado en varios pasos para activar el solvente y otros componentes de la matrizquedando slo el elemento a determinar dentro del paso de luz en el tubo por un tiempo mayor la

relacin entre la absorbancia y la temperatura, durante el precalentamiento y la atomizacin.


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Otras caractersticas mejoradas son:A. La correccin del background producida por la dispersin de la luz en partculas en la llama y la absorcin

por molculas de la matriz.

B.

La tcnica del vapor fro (sin llama) aplicada a elementos como el Hg de baja sensibilidad a la llama yalta presin de vapor.

C.

La de conversin a hidruros y aspiracin hacia una llama de argn hidrgeno requiere de accesoriosespeciales para la produccin de hidrgeno y calentamiento del hidruro.

Absorcin atmica a llama:

Actualmente las interferencias con esta tcnica estn identificadas y son fcilmente controladas, su

estandarizacin es simple, el costo del equipo es relativamente bajo, el manejo del instrumento es fcil

y requiere una experiencia mnima del operador. Sin embargo, elementos como el B, V, Ta y W no

son disociados completamente en la llama y no se les puede determinar.

Otros metales como el Mo y las tierras alcalinas tampoco se disocian completamente ocasionando

interferencias, aquellos elementos cuyas lneas de resonancia se ubican en el lejano Uv (P, S y

halgenos) no son fcilmente determinados.

Absorcin atmica de plasma inductivamente acoplado

Hay varios sistemas que emplean plasma siendo ste el ms usado.

Los lmites de deteccin para la mayora de los elementos son dos o tres veces ms bajos o msaltos que los de la llama, por ejemplo, los elementos no refractarios pueden ser fcilmente

determinados con el ICP lo mismo que los metales parcialmente disociados en la llama, sin embargose presentan interferencias de otro tipo como ocurre con altas concentraciones de materiainorgnica, las que pueden alterar la posicin de la porcin caliente del plasma y alterar la seal dedeterminado analito.

Deben considerarse diferencias espectrales seleccionando lneas para un elemento especfico condiferentes matrices

Absorcin atmica con horno de grafitoCon esta tcnica se alcanzan los lmites ms bajos de deteccin de 10 a 100 veces mejores que la dellama ICP (...) teniendo la ventaja de requerir pequeos volmenes de muestra, anteriormente la principal

limitacin con esta tcnica eran las interferencias fsicas y qumicas muchas de las cuales han sido corregidaspor diversos medios, siendo an mayor el nivel de interferencias con esta tcnica que con las otras, ademses una tcnica lenta y slo se puede analizar un elemento.

Absorcin atmica por generacin de hidruros

Se aplica para aquellos elementos cuyos hidruros pueden convertirse fcilmente a hidruros metlicosgaseosos a temperatura ambiente.

Es posible determinar As y Se en ppb en aguas y tejidos vegetales o animales, otros elementos quese analizan son Se y Bi.


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Equipamiento:

Los instrumentos de espectroscopia atmica para su funcionamiento requieren de:

rea adecuada para instalacin.

Extractor de aire Aire comprimido Acetileno, xido nitroso.

Hidrgeno y Argn Argn y Nitrgeno para sistemas con horno de grafito Conexiones para gas. Lmparas fuente para AA Cilindros para gas

Servicios de energa, desage, conexin a tierra:

El rea de trabajo para un equipo de AA debe estar libre de polvo y de gases corrosivos la mesa debe

ser lo suficientemente grande como para acondicionar el equipo y accesorios, los cuales estarnlibre de vibraciones si la base de la mesa se asla, especialmente bajo suelo construyendo unbloque de concreto separado con capas de espuma, carbn, etc. del suelo.

El flujo del sistema de ventilacin debe ser 5,400-8000 1/min, en la campana del equipo no debeprepararse muestras ni manipular material corrosivo.

El suministro de aire comprimido debe ser en un mnimo de 20 l/min a una presin de 275 KPa (40Psig) cuidndose de mantener un filtro de aceite y agua entre la compresora y el equipo.

Debido al ruido que produce la compresora debe instalarse fuera del laboratorio en un rea ventilada,

en la cual se pueden almacenar los balones de gas convenientemente asegurados.

Acetileno:Si no existen proveedores para gas acetileno puede usarse el de soldadura. Sin embargo ste puedecontener acetona, lo cual puede dar resultados errneos para elementos con Ca, Sn, Cr, Mo que dependendel flujo combustible /O2 por ello debe reemplazarse cuando la presin llegue a 600 KPa; la presin de usorecomendada es de 80 KPa x 12 psig y nunca < 100 KPa.

Oxido Nitroso:Cuando se emplea este gas debe tenerse especial cuidado porque los envases son de alta presin (5000KPa), igualmente debe evitarse que las lneas estn libres de grasa o materiales orgnicos.

Envase de Drenaje:Este debe ser de plstico con boca ancha y el tubo de drenaje sumergido en agua unos 15 cms.

Lmparas:Las ms empleadas son las de ctodo hueco y las de descarga sin electrodos que tienen mayorelasticidad, sensibilidad y tiempo de vida. Algunos elementos como el Al, Sb, As, Bi, Cu, Pb, Hg, P, K, Q, Ti, Znmejoran su detencin con estas lmparas.

Energa:Se requiere de fuente de 110-220 V 60 Hz, si se detectan variaciones de voltaje serecomiendan

transformadores de 250-500 watts.


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DETERMINACIN DE COBRE POR ESPECTROFOTOMETRA DE ABSORCIN ATMICA:

FUNDAMENTO:

La espectrofotometra de absorcin atmica se basa en la absorcin de radiacin electromagntica por las

partculas atmicas; ya que parte de la luz que pasa a travs de esas partculas atmicas es absorbida

por los tomos, y es utilizada para pasar a su nivel excitado, disminuyendo as la intensidad de la misma.

Como la energa de una radiacin electromagntica viene dada por:

E = h y = c/! Cada tomo absorbe a una longitud de onda determinada porque cada uno tiene una

diferencia de energa distinta entre sus niveles normal y excitados por ello este mtodo es caracterstico

para cada tomo.

Debido a su alta sensibilidad (porque el espectro de absorcin de un elemento atomizado est constituidopor una cantidad limitada de lneas discretas o longitudes de onda caractersticas para cada elemento) y

la facilidad con la que se pueden analizar muchas muestras se trata de una de las principales herramientas

de la qumica analtica.

Los mtodos atmicos estn entre los procedimientos analticos ms selectivos y presentan tambin las

ventajas de la rapidez y comodidad.

La sensibilidad de mtodo se define como la concentracin necesaria de un elemento para producir el

99% de transmitancia, lo que se corresponde con el 0,0044 de absorbancia.

Directamente relacionado con la sensibilidad se encuentra el lmite de deteccin, que corresponde a la

concentracin necesaria de un elemento para producir una seal con una intensidad triple del ruido de

fondo. Por ruido de fondo se entiende toda seal observable cuando el elemento a analizar se encuentra

ausente de la llama y es debido a la absorcin molecular y a la dispersin de las partculas en llama.

En cuanto a la exactitud en condiciones normales, el error relativo asociado con el anlisis en absorcin con

llama es del orden de un 1 a un 2%. Tomando precauciones puede reducirse esta cifra mnimamente.

La tcnica de espectrofotometra de absorcin atmica puede utilizarse adems de para llevar a cabo anlisis

cualitativo, para el anlisis cuantitativo ya que la medida de absorcin de energa radiante por tomos libres

en su estado fundamental de energa y estando en fase gaseosa permite obtener una seal analtica que

puede relacionarse, mediante la Ley de Beer, con la concentracin del elemento en la muestra analizada.


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Siendo la Ley de Beer: ABSORBANCIA = b c- la constante de proporcionalidad llamada coeficiente de absorcin molar.b - es el paso ptico.c - es la concentracin de la especie de la cual estamos midiendo la absorbancia.

En esta prctica tenemos como objetivo la determinacin de Cu2+ en una muestra de concentracindesconocida utilizando la espectrofotometra de absorcin atmica, al ser este un mtodo de anlisisinstrumental, es un mtodo que requiere un calibrado previo para luego, con una extrapolacin poder hallarla concentracin que se nos pide, ya que la Ley de Beer establece un relacin lineal entre la absorbanciay la concentracin del elemento por lo que manteniendo el resto de los parmetros constantes podemosencontrar la concentracin de Cu2+ pedida.

Para llevar a cabo la espectrofotometra de absorcin atmica, es necesario atomizar la materia, esdecir, convertir las molculas de la muestra a analizar en partculas gaseosas elementales, para conseguirlose vaporizan a temperaturas muy elevadas y la concentracin de los tomos del elemento de inters sedetermina midiendo la absorbancia a sus longitudes de onda caractersticas.

La conversin de la mezcla disuelta en tomos libres se lleva a cabo aspirando la disolucin que medianteun nebulizador se transforma en un fino spray (este proceso es el mayor inconveniente que tieneactualmente la absorcin atmica, porque a la llama solo llegan un 7 u 8% de los tomos aspiradospor el nebulizador. Es decir, se produce una muy importante prdida de muestra) y se introduce luego enel interior de la llama producida por un mechero que le aporta la energa necesaria para atomizar dicha

muestra y una vez atomizada, si hacemos pasar un haz de radiacin electromagntica sobre ella este hazve disminuida su energa en una determinada longitud de onda, que ser la lnea de resonancia delelemento que queremos analizar.

Procesos que se producen en la atomizacin:

Nebulizacin desolvatacin

Disolucin del analito aerosol aerosol (slido/gas)

(volatilizacin)

Ionizacin disociacin

(reversible) (reversible) molculas iones atmicos

tomos gaseosas iones tomos molculas excitados

Excitados excitadas


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INSTRUMENTACIN:Espectrmetro de absorcin atmica UNICAM 929. Un espectrmetro de absorcin se componefundamentalmente de cinco partes:

Fuente de radiacin: es por lo general una lmpara de ctodo hueco, que emite las lneas atmicascaractersticas del elemento a analizar, este tipo de lmpara consiste en un nodo de tungsteno y en unctodo cilndrico, cerrados hermticamente en un tubo lleno de Nen o Argn a una presin de 1 a 5Torr. El ctodo est constituido con el metal cuyo espectro queremos obtener. Al aplicar un potencial losuficientemente grande, los cationes gaseosos adquieren una energa cintica suficiente para arrancaralgunos tomos metlicos de la superficie del ctodo y producir una nube atmica, a este fenmeno se lellama chisporroteo. Una parte de los tomos metlicos desprendidos se encuentran excitados, con lo queal volver a su estado fundamental emiten una radiacin caracterstica. La eficacia de la lmpara dependede su geometra y del potencial aplicado a la misma. Existen lmparas para realizar anlisis multielementalcuyo ctodo est recubierto de diferentes metales, pudiendo emitir as, sus espectros caractersticos.

Se requiere que la radiacin de la fuente est modulada para eliminar las posibles interferenciasproducidas por la llama y amplificar selectivamente la luz de la lmpara. Para eliminar la seal nomodulada se puede utilizar un filtro RC de paso alto.

El funcionamiento de la lmpara de ctodo hueco consiste en que al someterla a una descarga se producela ionizacin del gas y los iones de Ar+ chocan contra el interior del ctodo hueco arrancndole los tomosde la superficie del ctodo y produciendo una nube atmica.

Una parte de los tomos metlicos desprendidos se encuentran en estados excitados y al volver a suestado elemental emiten radiacin de su longitud de onda caracterstica (la misma que el elemento adeterminar). Al final los tomos metlicos vuelven a depositarse difundiendo de nuevo hacia la superficie

del ctodo o hacia las paredes de vidrio del tubo.

Sistema para vaporizar y atomizar la muestraPartimos de la muestra en disolucin y mediante un sistema de nebulizacin conseguimos formar un finoaerosol (de rendimiento 10%). En este caso el sistema de nebulizacin es un tubo concntrico que por elefecto Venturi absorbe la disolucin transformndola en un fino aerosol dentro de la cmara de mezcla.En la cmara de mezcla se junta con el aire, que es el oxidante, y con el acetileno, que es el gas decombustin, y se conducen al cabezal del mechero donde ocurre la combustin (2400-2700 K) que


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proporciona la temperatura adecuada para la atomizacin de la muestra. Para que se produzcacorrectamente la combustin ha de llegar una relacin adecuada de gases al quemador; ya que si la relacinno es buena se puede producir el retroceso de la llama y podra llegarse a producir la combustin en lacmara de mezcla.

La llama se divide en tres regiones de tamao y aspecto variable segn la reaccin de flujos existente

entre los gases combustibles y reductores. Estas zonas son:

Zona de combustin primaria:Se reconoce por su luminiscencia azul, aqu no se alcanza el equilibrio trmico, no se produce laespectroscopa de llama.

Zona interconal:Regin rica en tomos libres. Es la zona ms utilizada en espectroscopia.

Cono exterior:Zona de reacciones secundarias donde los productos formados en la regin interior se convierten en xidos

moleculares estables.

Monocromador:Que dispersa las distintas longitudes de onda de la radiacin emitida por la fuente y separa la lneaparticular que se desea medir, en el caso de Cu es =324.8 mm.

Detector de radiacin y amplificador de la seal:Casi siempre se utiliza un fotomultiplicador que transforma la intensidad de radiacin en una corrienteelctrica fcilmente amplificable y medible. Consiste en una clula fotoelctrica; es decir la transduccinde la intensidad luminosa en intensidad fotoelctrica se consigue mediante el efecto fotoelctrico

Registrador de la seal analtica:Es un dispositivo que procesa la corriente resultante proporcionndonos la seal analtica que se relaciona


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con la intensidad de la radiacin absorbida digitalmente. Como la intensidad absorbida depende linealmentedel nmero de tomos de la especie absorbente presentes en la llama, se puede relacionar con laconcentracin de la muestra.

Segn el esquema bsico que presentaremos ms adelante, la radiacin que proviene de la lmpara sehace pasar por la llama del mechero y se mide su intensidad. Se vaporiza el elemento en la llama, elvapor atmico del elemento absorbe gran parte de la radiacin con lo que medimos la reduccin dela intensidad de la radiacin producida por dicho vapor de esta forma conseguimos medir la reduccin de laintensidad de la radiacin producida por la lmpara, al atravesar el vapor atmico del Cu. Esta reduccines la absorbancia del elemento atomizado:

A = Log I0 /I = - Log T T = I/I0

Donde A es la absorbancia, I0 es la intensidad de la radiacin cuando sale de la lmpara, I la intensidad dela radiacin tras atravesar la muestra y T es la transmitancia que expresa el porcentaje de radiacin que

atraviesa la muestra.

Esta reduccin de la intensidad de la radiacin se ve afectada por:

La temperatura

Caudal del gas de combustin y del gas oxidante. Que para que la llama no sufra un retroceso lavelocidad de combustin debe ser inferior al caudal.

Estructura de la llama.

La absorbancia medida presenta una dependencia lineal con el nmero de tomos de la especiaabsorbente que hay en el seno de la llama, as como con la concentracin de dicha especie en la disolucin

aspirada.

ESQUEMA DEL ESPECTROFOTMETRO DE ABSORCIN ATMICA:

FUENTE DE RADIACIN

LLAMA

MONOCROMADOR

SISTEMA DE FOTOMULTIPLICADOR NEBULIZACIN

AMPLIFICADOR

SEAL ANALTICA

Normas de operacin del espectrofotmetro de absorcin atmica UNICAM 929 Introducir el capilar en un vaso con agua destilada limpia.

Comprobar que la cmara de nebulizacin contiene la cantidad mnima de agua. Para ello, aspiraragua abriendo el manorreductor del aire a y comprobar que drena (tenemos que ver como caen lasgotas). Cerrar el aire.

Poner en marcha el instrumento, POWER ON y esperar a que el espectrofotmetro complete sus tesisde inicializacin.

Presionar HOME para acceder al Men Principal.


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Presionar SISTEMA (1). Comprobar que estamos en modo de AA (absorcin atmica).

Presionar SIGUIENTE o ir a LAMPARA (2) en Men Principal (IHOME) y fijar la intensidad de la lmparaen 7,5 mA . Encender la lmpara (posicin ON).

Presionar SIGUIENTE o ir a SET-UP PTICO (3) en Men Principal (HOME) y seleccionar el elemento aanalizar (Zinc).

Presionar SET-UP para que fije la longitud de onda y esperar a que en la parte superior izquierdadel panel de control aparezca el valor seleccionado = 213.9 nm

Ajustar la lmpara moviendo los tornillos posteriores de la misma hasta obtener la mximaintensidad (indicada por una barra rayada en el panel de control). Si la absorbancia baja de ceropresionar AUTO CERO.

Ajustar el mechero buscando obtener siempre mxima intensidad:

Posicin O de la escala amarilla.

Altura (tornillo inferior derecho) con ayuda de un papel.

Profundidad (tornillo parte superior derecha).

Colocar las tapas protectoras del nebulizador y del mechero.

Presionar SIGUIENTE o ir a LLAMA (4) en Men Principal (HOME) y seleccionar el tipo de llama (Aire-

Acetileno)

Comprobar que el capilar de aspiracin est sumergido en el vaso con agua.

Abrir el manorreductor del aire y ajustar la presin a 2 bar para obtener una presin de 35-40 mm enel medidor de flujo del instrumento.

Abrir el manorreductor del acetileno hasta obtener una presin de salida de 0.6 bar, lo que suponeuna presin de 20 mm en el rotmetro del equipo. Mantener presionado el botn 0FF de la llamadurante unos 10 s. hasta or un clic y comprobar que el medidor de flujo del instrumento est en 20mm. Si no es as ajustar la presin con el mando de control de flujo del aparato.

Mantener presionado el botn de encendido IGNITE hasta que se encienda a llama. Comprobar que lallama presenta un perfil horizontal y estable.

Aspirando una disolucin del analito verificar la posicin del mechero, seleccionando aquella queproporcione la mxima absorbancia.

Presionar SIGUIENTE o ir a ANLISIS (5) en Men Principal (HQME) para seleccionar el nmero demuestras a analizar que son cinco, el nmero de rplicas (3) y el tiempo de medida cuatro segundos.

Presionar SIGUIENTE o ir a CALIBRACIN (6) en Men Principal (HOME) para seleccionar el nmerode disoluciones patrn (mximo 5), modo de calibracin (lineal), unidades de concentracin (mg/L) yconcentraciones de las disoluciones patrn.


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Presionar ANALIZAR y seguir las instrucciones de la pantalla. Anotar los resultados e introducir elcapilar en la disolucin blanco (HN03 0.5M) entre disolucin y disolucin para limpieza delinstrumento.

Una vez finalizado el anlisis aspirar agua.

APAGADO. Presionar el botn OFF de la llama. Mantener el flujo de aire durante aproximadamentetreinta segundos, para purgar el sistema de gases inflamables. Cerrar el manorreductor del acetileno.Mantener presionado el botn OFF de la llama hasta que despus de unos segundos suene un clicy baje el regulador de flujo de acetileno hasta cero. Soltar el botn de OFF de la llama y cerrar elmanorreductor aire.

Seleccionar lmpara en el Men Principal y poner en OFF la misma.

Apagar el instrumento: POWER OFF

MATERIAL Y REACTIVOS:

Material:

6 matraces aforados de 100 ml.1 matraz aforado de 1000 ml.1 vaso de 100 ml.1 vaso de 400 ml. PipetaFrasco lavador.

Reactivos:Disolucin patrn de Cu de 1000 mg/L. cido ntrico concentrado

PROCEDIMIENTO OPERATORIO:

Lnea de calibrado:A partir de la disolucin de Cu de 1000 ppm se preparan en matraces de 100 ml, por dilucin con HNO30.5 M las siguientes disoluciones diluidas de 5, 10, 15, 20 y 25 ppm.

5 ppm = 5 mg/L 0.5 ml de la dln patrn

10 ppm = 10 mg/L 1

15 ppm = 15 mg/L 1.5

20 ppm = 20 mg/L 2

25 ppm = 25 mg/L 2.5

Preparacin de HNO3 0.5 M a partir de HNO3 concentrado de riqueza 60 % y cuya densidad es de 1.37 g/L:

Una vez preparadas todas las disoluciones se procede al encendido del aparato, siguiendo las indicaciones


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que se presentaron anteriormente y se comienzan a medir las absorbancias de los diferentes patronespara poder obtener la recta de calibrado.

El proceso es el siguiente estas disoluciones se aspiran sucesivamente en la llama, previo ajuste del cero

de absorbancia que se obtiene volatilizando una disolucin blanco,y teniendo cuidado de volver a meterel blanco entre muestra y muestra para limpiar. Se registran por triplicado las absorbancias producidaspor cada patrn, y con ellas se construye la lnea de calibrado representando los valores medidos frentea las concentraciones.

Calibrado a = 324.8 nm.

MEDIDA mg Cu/L ABSORBANCIA (u.a)

1 0 0.000

2 5 0.093

3 10 0.178

4 15 0.261

5 20 0.339

6 25 0.414

Realizamos un ajuste por mnimos cuadrados:

a = 0.01652 0.00031

Y = aX + b b = 7.6666 10-3 4.6910-3 r = 0.999

Anlisis de la muestra:la disolucin de la muestra preparada en las mismas condiciones que los patrones(HNO3 0.5 M) se aspira en la llama y se registra por triplicado la absorbancia, realizando el procesocinco veces.

N de la medida Absorbancia (u.a) mg/L de Cobre

1 0.237 13.88

2 0.238 13.94

3 0.238 13.94

4 0.244 14.305 0.246 14.42

Calculamos ahora la media de las concentraciones obtenidas as como tambin la de las absorbancias, parapoder dar la concentracin de la disolucin problema, es decir de la muestra.

(13.88+13.94+13.94+14.30+14.42)/5 = 14.096 mg/L de Cobre

Podemos tambin calcular la absorbancia del problema, sustituyendo la concentracin de Cobre calculadaen la recta de regresin, o tambin calculando la media de las absorbancias.

Absorbancia de la disolucin problema: 0.241 u.a.


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Clculo de lmite de deteccin: realizamos 10 lecturas sucesivas de la absorbancia del blanco.

Medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Abs. 0.002 0.000 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.002 0.001 0.000

3 [d.e. blanco] / pendiente = LMITE DE DETECCIN L.D = = 0.1495

El lmite de deteccin se define como la mnima cantidad de analito que ha de estar presente en la muestrapara poder determinarlo con un cierto grado de credibilidad en los resultados

RESULTADOS:Hemos obtenido una disolucin de 14.096 ppm, siendo el valor verdadero de la concentracin de la mismade 15 ppm. La recta de calibrado obtenida es buena, como demuestra el coeficiente de correlacin. El error

cometido puede ser debido a imprecisiones en la utilizacin del material volumtrico o a la actuacinde posibles agentes interferentes.


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Anlisis Qumico de Muestras


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Anlisis Qumico de Muestras

analisis de muestra de agua.pdf

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