banco de preguntas ing ambiental
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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS
SEGUNDA ESPECIALIADAD INGENIERIA AMBIENTAL
BANCO DE PREGUNTAS
1 Para conseguir la información del analito es necesario proporcionar un estímulo en forma
de energía este estímulo provoca una respuesta, la información resultante radica en el
fenómeno que surge de la interacción del estímulo con el analito-De acuerdo a ello
complete el siguiente cuadro :
Instrumento Estímulo Señal
Analítica
Transductor de
entrada
Dominio de
los datos de
la
información
transformada
Fotómetro Lámpara
wolframio
Haz de luz Fotocelda Corriente
eléctrica
Espectrofotometro
de emisión
atómica
Llama,
monocromador,
muestra
Radiación
UV-VIS
Tubo
fotomultiplicador
Potencial
eléctrico
Columbímetro Fuente de
corriente
continua
Corriente
de la
celda
Electrodos Corriente
eléctrica
pH metro Muestra Actividad
de
protones
Electrodos de
vidrio
Potencial
eléctrico
2 Bajo la presentación del cuadro anterior definir DOMINIO DE LOS DATOS y describirlos
cuando estos se clasifican como : eléctricos, no eléctricos, analógicos, del tiempo y
digitales
Esta información está codificada en dominios de datos. Estos dominios pueden ser
eléctricos (cuando la codificación se realiza a través de señales eléctricas), o no eléctricos
(cuando no se requiere ninguna codificación eléctrica al comienzo o terminación de un
proceso) Los dominios no eléctricos son los más utilizados por los métodos clásicos. Las
propiedades físicas y químicas analizadas por estos instrumentos son la longitud, la
densidad, la intensidad de la luz.
Por ejemplo, una balanza romana, en la que sabemos el peso al equilibrar los dos brazos,
una regla para medir, un matraz para saber el volumen, etc. Aunque hay casos en los que
un método instrumental también codifica su información en dominios no eléctricos. Son
aquellos en los que el comienzo y el fin pertenecen a dominios no eléctricos, pero entre
medias se dan procesos codificados por dominios eléctricos. Esto es lo que ocurre con las
balanzas electrónicas, ya que la masa no está codificada eléctricamente, y el resultado
obtenido en la pantalla, tampoco lo está.
Los dominios eléctricos, como su nombre indica, son aquellos codificados a través de
señales eléctricas, y dependiendo del almacenamiento de la información, podemos
distinguir:
‐ Dominios analógicos:
La información se codifica como una magnitud de una cantidad eléctrica (tensión,
intensidad, carga o potencia). Estas cantidades son continuas en amplitud y tiempo, y se
pueden registrar como funciones de ciertas variables (longitud de onda, temperatura,
campo magnético) En estos dominios, la técnica más utilizada es la comparación de varias
señales.
‐ Dominios del tiempo:
La información también se codifica como una magnitud de una cantidad eléctrica, pero en
este caso, la información se almacena como variación de la señal con respecto al tiempo
(en vez de la amplitud). Lo que interesa es el tiempo que se tarda en hacer algo (período) o
las veces que se hace algo por unidad de tiempo (frecuencia).
‐ Dominios digitales:
La información se codifica en un esquema de dos niveles, pudiendo haber dos estados en
esta codificación: abierto o cerrado. Estos dos estados son relativos, ya que dependen del
límite que se establezca entre ambos. Así, cada dato analizado será un bit, que podrá estar
abierto o cerrado. Para mejorar este sistema se usan los números binarios. A cada
intervalo de tiempo se le asigna un 2x, siendo x intervalo. Si el bit está abierto, se
multiplica el intervalo 2x por 1, mientras que si está cerrado, por 0.
La mayoría de la información digital está codificada, transferida, procesada y descodificada
en sistema binario, dada su eficacia.
3 Cuales son los criterios para seleccionar un método analítico.
CRITERIOS PARA LA ELECCION DE UN METODO
Basándose en las consideraciones de Egan, la elección de métodos debe considerar:
Dar preferencia a métodos cuya calidad y confianza se ha establecido en estudios
colaborativos, o similares en varios laboratorios (ISO / REMCO, 1993)
Preferir métodos documentados o adoptados por organizaciones internacionales
reconocidas.
Preferir métodos de análisis que se aplican en forma uniforme a varios tipos de
alimentos sobre aquellos que se aplican a alimentos específicos.
Entre los atributos a considerar en la calidad de un método se deben mencionar
aquellas características que son básicas: confiabilidad, aplicabilidad, especifidad,
exactitud, precisión, detectabilidad y sensibilidad.
4 Cómo se entienden los siguientes conceptos :
Buenas prácticas de laboratorio: Las buenas prácticas de laboratorio forman parte del
trabajar con calidad y cubren aspectos sencillos del trabajo diario en el laboratorio que
deben documentarse
Acreditación: La acreditación es un proceso que se inicia cuando la entidad productora de
un servicio asume cumplir un modelo-estándar para el ámbito en el que se desarrolla.
Validación: Se define la validación analítica como el trabajo experimental encaminado a
obtener pruebas documentadas de que un método analítico proporciona
consistentemente la información requerida al uso al que se destina.
5 Presente un protocolo a seguir en la acreditación de un método analítico cualquiera, por
ejemplo determinación de plomo en aguas residuales de la industria minera.
Las directrices específicas escritas que recogen los pasos necesarios para desarrollar el
método analítico sin excepción. (Contiene detalles específicos que no recoge el método).
Conjunto de operaciones analíticas intercaladas que se realizan entre la muestra y el
resultado
6 Qué diferencia existe entre los métodos de adición de estándar y patrón interno.
Método de las adiciones estándar
El método consiste en añadir sobre una serie de alícuotas, cantidades conocidas del
componente a determinar, y medir la magnitud de la propiedad analítica de interés tras
las diferentes adiciones.
Para llevar a la práctica el método, usualmente se toman volúmenes iguales de disolución
problema, y se añaden cantidades conocidas y diferentes de analito a todas las muestras,
excepto a una, diluyendo, finalmente, todas al mismo volumen.
Patrones internos.
Un patrón interno es una cantidad conocida de un compuesto diferente del analito que se
añade a la muestra desconocida. La señal del analito se compara con la del patrón interno,
y de ese modo se determina el analito presente en la muestra. Los patrones internos son
especialmente útiles cuando la cantidad de muestra analizada o la respuesta del
instrumento varía algo de experiencia a experiencia por razones que son difíciles de
controlar.
Para usar un patrón interno, se prepara primero una mezcla conocida de patrón y analito,
para medir la respuesta relativa del detector a las dos especies. A continuación se añade
una cantidad conocida de patrón interno a una muestra que contiene una concentración
desconocida del analito. Se mide de nuevo la relación de señales y se calcula la
concentración del analito.
7 Definir señal y ruido. Cuáles son las fuentes de ruido en los análisis instrumentales.
SEÑAL : Lleva información relativa al analito
RUIDO: Compuesta por información indeseada, ajena al analito. Es constante e
independiente de la magnitud total, es decir, va a ser independiente de la cantidad de
muestra, concentración etc. Para señales pequeñas va a haber, por tanto, mucho ruido,
por el contrario, en señales grandes, los ruidos son menores. Para tener un criterio global,
se habla de la relación señal/ruido (S/N) y se define la magnitud del ruido como la
desviación estándar de la señal medida.
FUENTES DE RUIDO EN ANÁLISIS INSTRUMENTAL
a) Ruido químico: Fluctuaciones de temperatura, presión, humedad, materiales
fotosensibles, etc.
b) Ruido instrumental:
• Ruido térmico ( Ruido Johnson)
• Ruido de disparo (Cuántico)
• Ruido de parpadeo (o 1/f)
• Ruido ambiental
8 Qué métodos hay para lograr la disminución del ruido.
Lo que nos interesa es aumentar la relación S/N, esto los conseguimos modificando los
instrumentos (hardware) o bien limpiando los datos de ruido (software).
a)Método Hardware.
Conexión a tierra o blindaje. Reducimos el ruido de radiación ambiental aislando
los conductores de los instrumentos.
Utilización de amplificadores diferenciales o filtrado.
Modulación y uso de amplificadores de corte de señal. Existen técnicas
espectroscopicas en las que la señal que sale del atomizador (o de cualquier
elemento emisor) ya viene dada con ruido. Este ruido se limpia con un
conmutador, consistente en un disco giratorio situado entre la fuente el
atomizador, que nos hace discontinua la señal procedente de la fuente. El
detector esta preparado para que solo tenga en cuenta la radiación intermitente.
En la espectroscopia de absorción atómica se utilizan los sistemas de doble haz,
uno de ellos atraviesa la muestra y el otro no, así se eliminan las posibles
fluctuaciones de la llama.
a)Método Software
Promediado de conjunto. Hacemos el estudio del máximo de absorbancia para
diferentes concentraciones de un mismo compuesto, y mediante un programa de
ordenador, nos dará un espectro (resultado del promedio) con menos ruido. Es
decir, promedia los máximos de absorbancia entre distintas concentraciones.
Promediado por grupos. Sustituimos un grupo de puntos por su media.
Obteniendo un nuevo espectro, cuyos puntos son los valores medios de los
diferentes grupos, con un nivel menor de ruido. Como las señales de ruido son
aleatorias, al promediar se eliminan entre sí. El principal problema que plantea es
que perdemos puntos al promediar.
Promedio de ventana móvil. Parecida al anterior, con la diferencia que repite
números al promediar, consiguiendo así perder menos puntos.
Filtrado digital por transformada de Fourier.
Método de correlación. Se utiliza en espectroscopia y en cromatografia. Hace una
correlación de los resultados con los datos exactos de la sustancia pura que
creemos que contiene la muestra.
a)Otros tipos de estrategias.
Consiste en trabajar a una longitud de onda superior a la principal. Con esto conseguimos
que la señal quede por encima del ruido. El único inconveniente que plantea es la perdida
de sensibilidad por no trabajar a la longitud de onda principal.
9 Diagrame una celda y señale sus componentes. Cuál es su aplicación en
potenciometría.
Se puede describir la potenciometría simplemente como la medición de un potencial en
una celda electroquímica. Es el único método electroquímico en el que se mide
directamente un potencial de equilibrio termodinámico y en el cual esencialmente no
fluye corriente neta. El instrumental necesario para las medidas potenciométricas
comprende un electrodo de referencia, un electrodo indicador y un dispositivo de medida
de potencial.
10 En potenciometría se utiliza una media celda de referencia y una media celda
indicadora
Cuál es el rol de cada una de ellas .
Electrodos de Referencia
En muchas aplicaciones es deseable que el potencial de media celda de uno de los
electrodos sea conocido, constante y completamente insensible a la composición de la
solución en estudio. Un electrodo con estas características, se denomina electrodo de
referencia.
Un electrodo de referencia debe ser fácil de montar, proporcionar potenciales
reproducibles y tener un potencial sin cambios con el paso de pequeñas corrientes. Dos
electrodos comúnmente utilizados que satisfacen estos requisitos son el Electrodo de
Calomel y el Electrodo de Plata-Cloruro de Plata.
Electrodos Indicadores
Junto con el electrodo de referencia se utiliza un electrodo indicador cuya respuesta
depende de la concentración del analito. Los electrodos indicadores para las medidas
potenciométricas son de dos tipos fundamentales, denominados metálicos y de
membrana. Estos últimos se denominan también electrodos específicos o selectivos para
iones.
11 Describir a detalle el electrodo de referencia de Ag / AgCl indicando su potencial y origen
del mismo.
Electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl). Está formado por un hilo de Ag sobre el cual
se deposita AgCl, generalmente por vía electroquímica, en una solución de NaCl o KCl, en
la cual el hilo de Ag actúa como ánodo, como se muestra en la figura (b).
Figura b) Plata /cloruro de plata, Ag/AgCl
La reacción electródica es la siguiente:
AgCl + e- Ag + Cl-,
y su potencial de equilibrio a 25°C es:
E = 0.2224 - 0.059 log [Cl-].
En agua de mar, el valor del potencial es aproximadamente de + 0.25 V respecto al
electrodo normal de hidrógeno (ENH) a 25°C. El potencial del electrodo depende muy
especialmente de la salinidad de la solución en la cual el electrodo está sumergido.
12 Mediante la membrana de vidrio explicar el funcionamiento del electrodo de medición de
pH.
La determinación de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una
fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de
protones. En consecuencia se conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las
membranas de vidrio delante el pH.
La medición del pH se origina en el sistema de electrodo. Este sistema consiste en un
sensor de pH, cuyo voltaje varía proporcionalmente a la actividad de iones de hidrógeno
de la solución (se trata del electrodo indicador), y un electrodo de referencia, que
proporciona un voltaje de referencia constante y estable en el tiempo
independientemente de las condiciones externas.
El electrodo de pH consiste en una fina membrana de cristal sensible al hidrógeno en el
extremo de un tubo de cristal inerte. Este tubo está lleno de un electrolito, y la señal es
transportada a través de un cable de Ag/AgCl (que actúa como referencia).
13 Cuál es el origen de :
a) Del potencial de asimetría en un electrodo de membrana.: se produce debido
a las tensiones e imperfecciones de la membrana de vidrio.
b) Del potencial de interfase en un electrodo de membrana: Se puede conseguir
de fuentes comerciales una amplia variedad de electrodos de membrana que
permiten la determinación rápida y selectiva de numerosos cationes y aniones
por medidas potencio métricas directas. A menudo, los electrodos de
membrana se denominan electrodos selectivos de iones debido a la gran
selectividad de la mayor parte de estos dispositivos
c) Del potencial de unión del par vidrio/calomelano: debe su origen a las
diferentes movilidades de los aniones y cationes.
Si los aniones y cationes del electrolito de referencia tienen distintas
movilidades, se difunden a diferentes velocidades a través del diafragma.
d) Del potencial de un electrodo de membrana cristalina utilizado para
determinar la concentración del ión fluoruro: Muchas investigaciones
sistematicas se han dedicado al estudio de los efectos de la composicion del
vidrio en la sensibilidad de las membranas frente a protones y otros cationes, y
actualmente se utilizan un cierto numero de formulaciones para la fabricacion
de electrodos. El vidrio Crning 015, que ha sido muy utilizado en las
membranas, consta de aproximadamente un 22 por 100 de Na2O, 6 por 100
de CaO y 72 por 100 de SiO2. Esta membrana tiene una respuesta especifica a
los iones hidrogeno hasta un pH de aproximadamente 9. A valores superiores,
sin embargo, el vidrio empieza a dar una cierta respuesta al sodio, al igual que
a otros cationes monovalentes. Actualmente se utilizan otras formulaciones de
vidrio que sustituyen los iones sodio y calcio en diversos grados por iones bario
y litio. Estas membranas tienen una selectividad superior a pH elevados.
14 Al medir el pH de una muestra se encuentra pH = 4,0 Cuál es el potencial que se debe
registrar cuando se utiliza como electrodo de referencia el Electrodo de calomel saturado.
15 Cuál es el fundamento de la espectroscopía
La espectroscopía es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la
materia, con absorción o emisión de energía radiante. Tiene aplicaciones en química, física
y astronomía, entre otras disciplinas científicas.
El análisis espectral en el cual se basa, permite detectar la absorción o emisión de
radiación electromagnética a ciertas longitudes de onda, y relacionar éstas con los niveles
de energía implicados en una transición cuántica.
16 Cuando el analito es expuesto a una fuente radiante c omo UV, Vis; IR u otra que tipos
de
transiciones ocurren y que relación tienen con la formación de los espectros.
Las moléculas experimentan tres tipos de transiciones cuantizadas cuando se excitan
mediante radiación ultravioleta visible e infrarroja. La radiación ultravioleta visible
determina la promoción de un electrón situado en un orbital molecular o atómico de baja
energía a otro orbital de mayor energía. La diferencia de energía entre estos orbitales
debe coincidir con uno de los fotones con los que se irradia la muestra. A este salto se le
llama transición electrónica. Al proceso de absorción se le conoce como absorción
electrónica. Además, las moléculas presentan otros dos tipos de transiciones inducidas por
la radiación: vibracionales y rotacionales. En cada nivel electrónico existe multitud de
niveles de energía cuantizados propio de los enlaces que mantienen unida a la molécula
Los subniveles de energía son debidos a las vibraciones en los enlaces. La diferencia de
energía entre los distintos estados vibracionales es de un orden inferior de magnitud que
la energía entre los niveles electrónicos. Además, en cada nivel vibracional existen
distintos subniveles de energía llamados subniveles rotacionales debidos a la rotación de
la molécula en torno a su centro de gravedad.
17 Describir los espectros de línea, de bandas y continuos.
La diferencia que existe entre un espectro de continuo, un espectro de líneas y un
espectro de bandas, es que en el primero se calienta un sólido hasta la incandescencia,
por ejemplo: el filamento de una lampara eléctrica; si se excita un vapor de gas
monoatómico, ya sea por acción térmica (combustión) o eléctrica (chispa o arco), se
obtiene un espectro de líneas formado por un conjunto de rayas luminosas separadas
entre si; el espectro de bandas se obtiene cuando se excita un vapor o un gas formado por
moléculas poliatomicas, en el cual en los espectrógrafos de poca dispersión parece
formado por trozos de espectros continuo, aunque con los espectrógrafos que se utilizan
actualmente se alcanza a distinguir que cada banda es una agrupación de líneas muy
próximas.
El espectro continuo se atribuye a la agitación térmica de los átomos, que en el cuerpo
sólido ocupan posiciones bien determinadas de equilibrio, alrededor de las cuales vibran
con mayor energía cuanto mayor es la temperatura del cuerpo. En estos espectros no se
observan rayas o zonas oscuras o negras. Se producen cuando la fuente luminosa es un
sólido o liquido incandescente.
El espectro de líneas se explica por las modificaciones que se producen en el equilibrio de
los electrones que rodean al núcleo del átomo, por eso se dice que es de origen atómico.
Los espectros de líneas se caracterizan por tener líneas brillantes, muy finas, separadas
por intervalos relativamente grandes. El espectro de bandas se origina por las
modificaciones de la energía, en las moléculas formadas por mas de un átomo. Estos
espectros se caracterizan por tener rayas mas anchas y esfumadas.
18 En la determinación de hierro mediante fenantrolina se utiliza una banda espectral de 510
nm. Calcular
a) Energía en Joul/fotón; Kj/mol; elctrón volt
b) Frecuencia
c) Número de onda.
19 Cuál es el fundamento de la absorción por compuesto orgánicos e inorgánicos
Absorción es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o más
componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma
solución (un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida).
Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del
soluto A a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un líquido C, también
en reposo. Un ejemplo es la absorción de amoníaco A del aire B por medio de agua líquida
C. Al proceso inverso de la absorción se le llama empobrecimiento o desabsorción; cuando
el gas es aire puro y el líquido es agua pura, el proceso se llama deshumidificación, la
deshumidificación significa extracción de vapor de agua del aire.
Muchos procesos industriales de absorción van acompañados de una reacción química. Es
especialmente común la reacción en el líquido del componente absorbido y de un reactivo
en el líquido absorbente. Algunas veces, tanto el reactivo como el producto de la reacción
son solubles, como en la absorción del dióxido de carbono en una solución acuosa de
etanolaminas u otras soluciones alcalinas. Por el contrario, los gases de las calderas que
contienen dióxido de azufre pueden ponerse en contacto con lechadas de piedra caliza en
agua, para formar sulfito de calcio insoluble. La reacción entre el soluto absorbido y un
reactivo produce dos hechos favorables a la rapidez de absorción: (1) la destrucción del
soluto absorbido al formar un compuesto reduce la presión parcial en el equilibrio del
soluto y, en consecuencia, aumenta la diferencia de concentración entre el gas y la
interfase; aumenta también la rapidez de absorción; (2) el coeficiente de transferencia de
masa de la fase líquida aumenta en magnitud, lo cual también contribuye a incrementar la
rapidez de absorción. Estos efectos se han analizado bastante desde el punto de vista
teórico, pero se han verificado experimentalmente poco.
20 Una disolución que contiene 4,48 ppm de KMnO4 tiene una transmitacia de 0,309 en una
celda de 1,0 cm a 520 nm. Calcular la absortividad molar específica del KMnO4.
21 En la determinación de hierro en aguas de un desague se tienen los siguientes datos : Una
muestra de 25 ml se acidifico con HNO3, se le añadió KSCN para formar un complejo de
color rojo. La solución se diluyó a 100 ml y se coloco en una celda con trayecto óptico
variable. Con fines de comparación una muestra de referencia de 10 ml cuya
concentración de Fe (III) era 0,00068 M se trato con HNO3 y SCNK y se diluyó a 50 ml. La
solución de referencia se colocó en una celda de trayecto óptico de 1,0 cm. La muestra del
desague presento la misma absorbancia que la solución de referencia cuando el trayecto
óptico fue 2,48 cm. ¿ Cuál es la concentración del hierro en las aguas del desague?
22 Esquematice los componentes de un espectrofotómetro de Absorción molecular
convencional y un espectrofotómetro con arreglo de diodos. Describa sus componentes y
señale las diferencias entre uno y otro espectrofotómetro.
El espectrofotómetro convencional
Un espectrofotómetro convencional enfoca la luz policromática de la fuente en un
monocromador. Este tiene como componentes principales una ranura de entrada, un
elemento que dispersa la luz en sus longitudes de onda componentes (en general una red
de difracción), y una ranura de salida que permite seleccionar la longitud de onda
deseada.
Esa luz monocromática atraviesa la muestra, y llega al detector. Las mediciones
fotométricas se hacen en base a la relación entre la potencia de luz que alcanza al detector
cuando está interpuesta la muestra (P) y cuando no lo está (P0) o cuando está interpuesto
un blanco.
La transmitancia se define como T = P / P0 y la absorbancia como A = - log T = - log P / P0
La base de la espectrometría de absorción y su uso para el análisis cuantitativo está dada
por la relación conocida como ley de Beer:
Al = al . b. C
Donde
al es la absortividad, un coeficiente característico de la sustancia absorbente a cada
longitud de onda l ,
b es la longitud del camino óptico (distancia que atraviesa la luz dentro de la muestra), y
C es la concentración de la sustancia absorbente.
En realidad el monocromador no selecciona una única longitud de onda, sino un rango,
cuya amplitud depende de la calidad (resolución) del mismo. Esta resolución depende
fundamentalmente del diseño (montaje) del monocromador, de su distancia focal y de las
dimensiones y densidad de líneas en la red de difracción.
Para cambiar la longitud de onda de medición, o para hacer un barrido espectral, se
mueve el elemento dispersor o algún espejo por medio de un motor por pasos.
El espectrofotómetro de dispositivo de diodos
El espectrofotómetro de dispositivo de fotodiodos (diode array, mal traducido como
arreglo de diodos) fue introducido a mediados de los ?70. Utiliza una óptica invertida
respecto del convencional: toda la luz de la fuente atraviesa la muestra, luego es
dispersada en un monocromador que en lugar de una ranura de salida tiene en el plano
focal un dispositivo que integra en un pequeño circuito varios cientos de detectores tipo
fotodiodo de silicio. El número de elementos varía actualmente entre 64 y 4096, siendo los
más comunes de 512 y 1024 elementos.
Cada elemento del dispositivo recibe luz de un rango particular de longitudes de onda, y
una computadora procesa los datos recibidos. Las principales ventajas del
espectrofotómetro de dispositivo de fotodiodos son que para obtener un espectro no
hace falta mover ningún elemento, y los espectros se obtienen en forma casi instantánea.
23 Qué es, cómo funcionan y cuáles son los tipos de transductores en espectroscopía de
absorción.
El espectro de absorción de un material muestra la fracción de la radiación
electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias.
Es, en cierto sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico posee
líneas de absorción en algunas longitudes de onda, hecho que está asociado a las
diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos. De hecho, se emplea el espectro
de absorción para identificar los elementos componentes de algunas muestras, como
líquidos y gases; más allá, se puede emplear para determinar la estructura de compuestos
orgánicos. Un ejemplo de las implicaciones de un espectro de absorción es que aquel
objeto que lo haga con los colores azul, verde y amarillo aparecerá de color rojo cuando
incida sobre él luz blanca.
24 Cuáles son las diferencias entre espectroscopía de absorción Molecular y atómica
En las producciones de absorción medimos radiación que proviene de la fuente y al ser
absorbida en parte por la especie a analizar puede potenciar y medimos la diferencia de
potencia con que incidirá.
En emisión se mide lo que emite la propia sustancia. Son técnicas diferentes. Según la
naturaleza de la especie, son los electrones que forman el enlace los excitados a nivel de
energía mayores y los responsables de que se absorba radiación en una longitud de onda
determinada. Con establecer una relación entre la especie y longitud de onda que
presente una sustancia puede identificarla, se hace con fines cualitativos. La
espectroscopia de absorción molecular es por tanto valiosa para identificar grupos
funcionales de una molécula. Sin embargo, son más importantes las aplicaciones de
espectroscopia de absorción de ultravioleta y visible para la determinación cuantitativa de
compuestos que contienen grupos absorbentes. Es un equipo relativamente barato, muy
utilizado en control de calidad de industrias de medicamentos, alimentos, cosmeticos,
pinturas.
En cambio la espectrofotométria de absorción atómica, es mas cara, y casi siempre la
tienen solo entidades gubernamentales, universidades, empresas multinacionales en su
departamento de investigación.
Esta técnica se ha aplicado a cerca de 60 elementos y es una herramienta primordial para
los estudios en donde se determinan vestigios de metales en muestras biológicas o del
medio ambiente. Con frecuencia, también es útil en los casos en donde la muestra
contiene un nivel elevado del metal pero solo se cuenta con una muestra pequeña para el
análisis, como es el caso algunas veces con las metaloproteínas, por ejemplo. El primer
informe de un papel biológico importante del níquel se basó en la determinación por
absorción atómica que demostró que la enzima ureasa, al menos la de ciertos organismos,
contiene dos iones níquel por molécula de proteína. Con frecuencia el primer paso en el
análisis de muestras biológicas es la calcinación para destruir la materia orgánica.
25 Cuáles son los métodos de atomización
Dos métodos generales de atomización son usados: atomización a la flama y atomización
electrotérmica. Pocos elementos son atomizados usando otras técnicas.
Atomización a la flama.
En la atomización a la flama la muestra es primero convertida en una suspensión de
gotitas de la solución. Esto se logra usando un ensamble nebulizador. La muestra es
aspirada en una cámara de spray pasando un vapor a alta presión que consiste de uno o
más gases de combustión, pasa al final de un tubo capilar sumergido en la muestra. El
impacto de la muestra con el vidrio produce gotas en una solución en aerosol. La
suspensión en aerosol se combina con los gases de combustión en la cámara de spray
antes de pasar al quemador donde la energía térmica de la flama desolvata la suspensión
de aerosol para secar el aerosol a pequeñas, partículas sólidas. Después, la energía térmica
volatiliza las partículas, produciendo vapor que consiste de las especies moleculares,
especies iónica y los átomos libres.
La energía térmica en la atomización a la flama es suministrada por la combinación de una
mezcla combustible oxidante. Los combustibles comúnmente usados son aire-acetileno y
óxido de nitrógeno-acetileno. Normalmente, el combustible y el oxidante son mezclados
en proporciones estequiométricas; sin embargo, una mezcla rica puede ser aceptable para
que los átomos sean fácilmente oxidables. El diseño más común para el quemador es con
una ranura. Este quemador provee una longitud de la trayectoria para monitorear la
absorbancia y una flama estable.
El quemador es montado en una fase ajustable que permite al quemador ensamblarse
para moverse vertical y horizontalmente. El ajuste horizontal es necesario para asegurarse
que la flama está alineada con la trayectoria de los instrumentos ópticos. El ajuste vertical
es necesario para ajustar la altura dentro de la flama en el que la absorbancia es
monitoreada. Esto es importante porque dos procesos que compiten, afectan la
concentración de los átomos libres. Un incremento en la residencia del tiempo resulta en
una mejor eficiencia de la atomización; entonces la producción de átomos libres se
incrementa con la altura. Por otro lado, una residencia muy larga de tiempo, puede
conducir a la formación de óxidos metálicos, como Cr, la concentración de los átomos
libres es más grande en la cabeza del quemador. Para metales como Ag, que son difíciles
de oxidar, la concentración de los átomos libres se incrementa firmemente con la altura.
Otros átomos muestran perfiles de concentración que se maximizan a las características
de la altura.
La manera más común de introducir la muestra en el atomizador de flama es por continua
aspiración, en el cual la muestra es pasada continuamente a través del quemador mientras
se monitora la absorbancia. La continua aspiración de la muestra, requiere de 2-5 ml de
muestra. Se puede también alimentar micro-muestras que es útil cuando el volumen es
limitado o cuando la matriz de la muestra no es compatible con el atomizador de flama.
Por ejemplo, la continua aspiración de muestra que contiene altas concentraciones de
sólidos disueltos, como agua de mar, puede resultar en la acumulación de depósitos de
sólidos en la cabeza del quemador. Estos depósitos generalmente obstruyen la flama,
bajando la absorbancia. La inmersión de la muestra se logra con un muestreador
automático. Las alimentación de las micro-muestras a la flama se logra usando una micro-
pipeta para poner 50-250 ðl de muestra en un embudo de teflón conectado al
nebulizador, o sumergiendo el tubo nebulizador en la muestra por corto tiempo. La
sumersión de la muestra se logra con un muestrador automático. La señal para micro-
muestras es un pico transitorio en el que su altura o área es proporcional a la cantidad de
analito que es inyectado.
Atomizadores electrotérmicos.
Una significativa mejora en la sensibilidad se logró con el calentamiento por resistividad en
lugar de la flama. Un atomizador electrotérmico muy común, es conocido como horno de
grafito, que consiste de un tubo cilíndrico de grafito de aproximadamente 1-3 cm de
longitud, y 3-8 mm de diámetro. El tubo de grafito es alojado en un ensamble que sella las
salidas del tubo con ventanas ópticamente transparentes. El ensamble también permite el
paso de corrientes de gas inerte, protegiendo el grafito de la oxidación, y removiendo los
productos gaseosos producidos durante la atomización. Una fuente de poder es usada
para pasar la corriente a través del tubo de grafito, resultando en un calentamiento por la
resistencia.
Las muestras entre 5 y 50 ðl, son inyectadas al tubo de grafito a través de un hoyo de
diámetro pequeño localizado en la parte superior del tubo. La atomización se logra en tres
fases. Primero, la mezcla es secada usando una corriente que eleva la temperatura del
tubo de grafito a 110ºC. En la segunda etapa, que se llama calcinado, la temperatura es
incrementada a 350-1200ºC, a estas temperaturas cualquier material orgánico es
convertido en CO2 y H2O, y materiales inorgánicos son volatilizados. Estos gases son
removidos por una corriente de gas inerte. En la etapa final, la muestra es atomizada
rápidamente incrementando la temperatura a 2000-3000ºC. El resultado es un pico
perecedero cuya altura o área es proporcional a la cantidad de analito inyectado en el
tubo. Estas tres etapas se llevan a cabo en 45-90 segundos, la mayor parte del tiempo es
usada para secar y calcinar la muestra.
Metodos de atomización misceláneos.
Pocos elementos pueden ser atomizados por una reacción química que produce un
producto volátil. Elementos como As, Se, Sb, Bi, Ge, Sn, Te y Pb forman hidruros volátiles
tanto a la flama como en una observación de un tubo de cuarzo calentado en la
trayectoria óptica. El Hg es determinado por un método de vapor frío en el que es
reducido a mercurio elemental con SnCl2. El mercurio volátil es acarreado por un gas
inerte a un tubo de observación situado en la trayectoria óptica del instrumento.
26 Porqué un atomizador electrotérmico es más sensible que un atomizador de llama.
Porque la atomización electrotérmica provee una significativa mejora en la sensibilidad
atrapando el analito gaseoso en un pequeño volumen en el tubo de grafito. La
concentración del analito resultante en el vapor puede ser 1000 veces más grande que la
producida en la atomización a la flama. El avance en sensibilidad y en la detección de
límites, es compensado por una significativa pérdida en la precisión. La eficiencia de la
atomización está fuertemente influenciada por el contacto de la muestra con el tubo de
grafito, en el que es difícil controlar la reproducibilidad.
27 Porqué las líneas espectrales de una lámpara de cátodo hueco son en general más
estrechas que las líneas emitidas por átomos en una llama.
Por que lámpara de cátodo hueco es un tipo de fuente de radiación es de las
ampliamente difundidas en la EAA. Las lámpara de cátodo hueco (LCH o HCL Hollow
Cathode Lamp ) consisten de un cilindro de vidrio sellado al vacío y con un gas inerte en su
interior. Dentro de este mismo cilindro se encuentran dos filamentos; uno de ellos es el
cátodo y el otro el ánodo. El ánodo generalmente es un alambre grueso hecho de níquel o
tungsteno, el cátodo es en forma de un cilindro hueco, en el interior del cual se encuentra
depositado en forma de una capa el elemento metálico que se va a excitar. También
regularmente y cuando esto es posible el cátodo está enteramente hecho del metal a
analizar.
28 Qué tipos de interferencias se dan en absorción atómica y como se las controla.
a) Interferencia Espectral: Se producen cuando la absorción o emisión de una especie
interferente se solapa o aparece muy próxima a la absorción o emisión del analito. La
resolución del monocromador resulta imposible
b) Interferencia Química: Se produce como consecuencia de diversos procesos químicos
que ocurren durante la atomización y que alteran las características de absorción del
analito
c) Interferencias por ionizacion: Se producen cuando la llama es demasiado caliente y el
potencial de ionización de los átomos es bajo. La grafica que se obtiene es una curva
en lugar de una línea recta. Esta interferencia se evita agregando un exceso de metal
mas fácilmente ionizable que el elemento en estudio
d) Interferencias Matriciales o de viscosidad: Se presenta cuando la solución problema
tiene una viscosidad diferente de la de los estándares, ya que el flujo que llega al
quemador no es igual y, por lo tanto, la concentración medida del elemento no
corresponde a la concentración de éste en la solución original. Esto se puede evitar
agregando sales a los estándares para igualar la viscosidad
La interferencia puede ser eliminada por los siguientes medios:
Incremento en la velocidad de flujo de combustible para obtener condiciones
reductoras, con lo que disminuye la formación de óxidos estables
Aumentando la temperatura de llama cambiando el combustible
Extracción selectiva interferente
Agregando un exceso de reactivo que se combine con el interferente
29 Qué es el límite de detección en absorción atómica .
La segunda cantidad utilizada es el límite de detección. Como la concentración
característica, varia de elemento a elemento. El límite de detección se define de esta
forma: es la concentración más baja del elemento que puede detectarse con un nivel de
probabilidad del 95%. Se determina estadísticamente
30 Esquematice y describa el funcionamiento de un HPLC señalando sus aplicaciones en el
control del impacto ambiental.
El principio de funcionamiento de un HPLC es el siguiente:
En la HPLC isocrática el compuesto pasa por la columna cromatográfica a través de la fase
estacionaria (normalmente, un cilindro con pequeñas partículas redondeadas con ciertas
características químicas en su superficie) mediante el bombeo de líquido (fase móvil) a
alta presión a través de la columna. La muestra a analizar es introducida en pequeñas
cantidades y sus componentes se retrasan diferencialmente dependiendo de las
interacciones químicas o físicas con la fase estacionaria a medida que adelantan por la
columna. El grado de retención de los componentes de la muestra depende de la
naturaleza del compuesto, de la composición de la fase estacionaria y de la fase móvil. El
tiempo que tarda un compuesto a ser eluido de la columna se denomina tiempo de
retención y se considera una propiedad identificativa característica de un compuesto en
una determinada fase móvil y estacionaria. La utilización de presión en este tipo de
cromatografías incrementa la velocidad lineal de los compuestos dentro la columna y
reduce así su difusión dentro de la columna mejorando la resolución de la cromatografía.
Los disolventes más utilizados son el agua, el metanol y el acetonitrilo. El agua puede
contener tampones, sales, o compuestos como el ácido trifluoroacético, que ayudan a la
separación de los compuestos.
Una mejora introducida a la técnica de HPLC descrita es la variación en la composición de
la fase móvil durante el análisis, conocida como elución en gradiente. Un gradiente normal
en una cromatografía de fase reversa puede empezar a un 5% de acetonitrilo y progresar
de forma lineal hasta un 50% en 25 minutos. El gradiente utilizado varía en función de la
hidrofobicidad del compuesto. El gradiente separa los componentes de la muestra como
una función de la afinidad del compuesto por la fase móvil utilizada respecto a la afinidad
por la fase estacionaria. En el ejemplo, utilizando un gradiente agua/acetonitrilo los
compuestos más hidrofílicos eluirán a mayor concentración de agua, mientras que los
compuestos más hidrofóbicos eluirán a concentraciones elevadas de acetonitrilo. A
menudo, hace falta realizar una serie de pruebas previas con tal de optimizar el gradiente
de forma que permita una buena separación de los compuestos.
Cromatología líquida de alta resolución H.P.L.C. Es ampliamente utilizado para determinar
la pureza, composición y estabilidad de todo tipo de productos. Este tipo de
cromatografía es ampliamente utilizado en las siguientes aplicaciones: purificación de
agua, concentración de componentes traza, Ligand-exchange chromatography, Ion-
exchange chromatography of proteins, High-pH anion-exchange chromatography of
carbohydrates and oligosaccharides, etc.
31 Esquematice y describa el funcionamiento de un GC señalando sus aplicaciones en el
control del impacto ambiental.
El principio de funcionamiento del cromatógrafo de gases es el siguiente:
El gas portador fluye de un tanque a presión por una válvula reductora, extrangulada por
un regulador volumétrico de gas, al bloque de inyección, y de ahí a la columna separadora
y al detector. El paso puede regularse exactamente. Luego se regula la temperatura del
bloque, conducciones y columnas separadoras. Debe transcurrir un tiempo determinado,
por lo general de 1 a 2 horas, hasta que todo el sistema se encuentre en equilibrio y el
análisis pueda empezar. Dicho estado se reconoce por la línea horizontal uniforme que
escribe el registrador, el cual, ajustado a alta sensibilidad, debe trazar una línea recta.
Luego se inyecta la muestra, con una jeringa de 1mL a lo sumo, y a través de una
membrana de goma de silicona, en el bloque de inyección. La muestra se evapora y llega a
la columna separadora, en la cual, impulsada por la corriente del gas portador,
permanece, según su coeficiente de distribución, más o menos tiempo. Al final de la
columna las substancias separadas llegan al detector. Este mide una característica física o
química de la substancia, por ejemplo, en nuestro caso, de conductividad térmica, y
traslada los valores al registrador. Los valores quedan registrados en papel y la gráfica
resultante constituye el cromatograma . La sensibilidad del registrador se regula de
acuerdo con la cantidad de substancias presentes. Dado que a menudo esto sólo puede
comprobarse después de finalizar un análisis, se debe realizar un segundo y tercer
cromatograma.
La GC tiene dos importantes campos de aplicación. Por una parte su capacidad para
separar mezclas orgánicas complejas, compuestos organometálicos y sistemas
bioquímicos. Su otra aplicación es como método para determinar cuantitativa y
cualitativamente los componentes de la muestra. Para el análisis cualitativo se suele
emplear el tiempo de retención, que es único para cada compuesto dadas unas
determinadas condiciones (mismo gas portador, rampa de temperatura y flujo), o el
volumen de retención. En aplicaciones cuantitativas, integrando las áreas de cada
compuesto o midiendo su altura, con los calibrados adecuados, se obtiene la
concentración o cantidad presente de cada analito.