UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULT ACULTAD DE D E INGENIERÍA INGENI ERÍA GEOLOGICA, GEO LOGICA, MINAS M INAS E INGENIERÍA METALÚRGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA
TEMA: ANALISIS ANALISIS DE Cu, Fe, Pb, Zn EN MINERALES DE CABEZA POR ESPECTROSCOPIA DE
Asignatura: An!isis instru"#nta! $# "in#ra!#s% D&'#nt#: Ing% R&!an$& Ra"&s O(r#g)n Pr#s#nta$& *&r: CONDORI SANC+E, Est-#r CUSCO 1 PERU
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../0./
Esta técnica está basada en el fenómeno de absorción de la luz de determinadas longitudes de onda por parte de átomos vaporizados en estado de reposo. Las bandas de absorción son muy estrechas, por lo cual el espectro total de absorción de un átomo se define como espectro de líneas . El elemento en estudio es situado en una llama, donde es disociado de sus enlaces químicos y, por ganancia de electrones, se sita en un estado atómico base neutra no e!citada ni ionizada. La sensibilidad de los métodos atómicos está dentro de los límites de partes por millón a partes par tes por mil millones, partes por billón "ppb#. Las venta$as adicionales de estos métodos son rapidez, conveniencia, selectividad inusualmente elevada y costos moderados de los instrumentos. La determinación espectroscópica de especies atómicas sólo se puede llevar a cabo dentro de un medio gaseoso, en el cual los átomos individuales están separados unos de los otros. %onsecuentemente, el primer paso en todos los procedimientos espectroscópicos es la ato!"a#!$n, un proceso en el cual la muestra es volatilizado y descompuesto para producir un gas atómico. La eficiencia y reproducibilidad del paso de atomización determina en gran parte la sensibilidad, precisión y e!actitud del método, es decir, la atomización es, con mucho, el paso más importante en la espectroscopia atómica.
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TEMA: ANALISIS DE Cu, Fe, Pb, Zn EN MINERALES DE CABEZA POR ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA (AAS) %& OB'ETIO: &tilizar los métodos espectroscópicos, por ''( para la determinación de elementos metálicos en mineral de cabeza de las bambas.
& MATERIALES PARA LA PRACTICA E)&*+( • • •
''( 3alanza +lancha de ataque.
-'E/*'LE( 0E 1*0/* 4iolas aforados. +ipetas graduadas. Erlenmeyer •
•
-*2E/'LE(
/E'%*1( )&*-*%( -inerales de 829 cabeza de 8%L las bambas a 8:(; -5677 <%L9 • • • •
•
9. 4&20'-E2 E/*%= La espectroscopia de absorción atómica "''(#.5 denominadas las interacciones de la radiación electromagnética con la materia es el tema de la ciencia. La obtención y estudio de espectros del analito mineral o metal.
4orma de representación de una curva. Es un método que utiliza comnmente un nebulador pre5quemador"o cámara de nebulización# para crear una niebla de la muestra y un quemador con forma de ranura que da un a llama con una longitud de trayecto más larga. E)&*+=
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3ásicamente todos los instrumentos de medida de la absorción se componen de cinco partes principales= 4uente de radiación +ortacelda o recipiente para la muestra -onocromador 0etector de la energía radiante &n dispositivo de lectura • • • • •
*2E/4E/E2%*'(= En los métodos de absorción atómica hay distintos tipos de interferencias= a# *nterferencia química. (e produce cuando se forman ciertos compuestos que la llama no puede disociar. +ara arreglarlo, se a>aden soluciones de elementos que desplazan el elemento de interés de esas uniones químicas indeseables por mayor afinidad con el anión. E$emplo= para la determinación de calcio, se a>ade una solución de lantano. b# *nterferencia por ionización. (e produce cuando los átomos de la llama están ionizados en lugar de estar en estado de reposo? en esta situación, no absorben energía incidente, y hay una aparente disminución de concentración de la sustancia. (e puede corregir a>adiendo un e!ceso de una sustancia fácilmente ionizable, que provea de electrones libres al sistema. El e!ceso de electrones hace que los átomos pasen del estado ionizado al de reposo, y sean capaces de absorber energía. La interferencia se reduce también disminuyendo la temperatura de la llama de aire5acetileno. c# *nterferencia de la matriz. +ueden originarse errores por diferencia en la imposición de estándares y muestras. Estos efectos se disminuyen procurando que las soluciones estándar y los problemas sean lo más parecidos posible en su composición. d# *nterferencia de emisión. (e produce cuando una parte apreciable de átomos en la llama se e!citan, y decaen luego a su estado fundamental emitiendo energía en su espectro de líneas característico. Esta energía llega al detector, $unto con la restante del proceso de absorción en la llama, y hace que aparezca que ha habido menos absorción, apareciendo, por tanto, la concentración de elemento falsamente disminuida. +uede ser eliminada por el uso de un @chopperA o fragmentador del haz de luz que sale de la lámpara.
APLICACIONES ANAL*TICAS: AN+LISIS CANTITATIO La espectroscopía de absorción atómica proporciona un medio sensible de determinación de más de B7 elementos. 4undamentalmente se aplica para la determinación de trazas de metales, especialmente en muestras líquidas. El método se adapta bien a las mediciones de rutina por operadores poco entrenados. Preparación de la muestra: 4
&na desventa$a de los métodos espectroscópicos de llama es que la muestra se ha de introducir en la fuente de e!citación necesariamente disuelta, por lo general en agua. 0esafortunadamente, muchos materiales de interés, tales como suelos, te$idos animales, plantas, derivados del petróleo y minerales, no son directamente solubles en los disolventes del analito adecuada para la atomización. +ara la descomposición y disolución de la muestra, algunos de l os procedimientos habituales que se utilizan incluyen el tratamiento con ácidos minerales en caliente? la o!idación con reactivos líquidos como= los ácidos sulfrico, nítrico o perclórico (mineralización por v ía húmeda); La combustión en una bomba de o!ígeno u otro tipo de contenedor cerrado "para evitar la pérdida de analito#? mineralización a alta temperatura? y la fusión a elevada temperatura con reactivos como= ó!ido bórico, carbonato de sodio, peró!ido de sodio o pirosulfato de potasio. • •
• • • •
M-to.o .e la #u/0a .e #al!b/a#!$n: (e debe preparar periódicamente una curva de calibración que cubra el intervalo de concentraciones que se encuentran en la muestra. 'demás, en la atomización y en la medición de la absorbancia e!isten un gran nmero de variables incontroladas que $ustifican la medición de una disolución patrón cada vez que se realiza un análisis "an me$or si se utilizan dos patrones cubriendo un intervalo de concentraciones que englobe a la concentración del analito#. %ualquier desviación del patrón con respecto a la curva de calibración original, se puede utilizar para corregir el resultado analítico.
M-to.o .e a.!#!$n .e est1n.a/ o .e a2/e2a.o 3at/$n = El método de adición de estándar es utilizado ampliamente en la espectroscopia de absorción atómica. 'lgunas soluciones de muestras desconocidas "generalmente ; ó más# a las cuales se le adicionan peque>as cantidades de soluciones con concentraciones conocidas "de la sustancia a determinar#, estos serían los patrones. (e miden las absorbancias de esta serie de muestras y se prepara la curva de calibración de las absorbancias versus la concentración del patrón agregado. La venta$a de este método es que disminuye los errores causados por varias interferencias debidas a las diferencias en la composición. La curva de calibración debe tener buena linealidad en el área de traba$o y debe pasar por el punto cero.
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TECNICAS DE ATOMIZACION DE MESTRAS Los métodos más comunes de atomización de muestras que se utilizan en espectrometría de absorción atómica y espectrometría de fluorescencia atómica= la atomización de llama y la atomización electrotermica.
Ato!"a#!$n .e llaa En un atomizador de llama, una solución de la muestra se nebuliza mediante un flu$o de o!idante gaseoso mezclado con combustible también gaseoso y se lleva hacia una llama donde ocurre la atomización. %omo se ilustra en la figura 6, en la llama ocurre un con$unto comple$o de procesos interconectados. El primero es la desolvatación, en la que el disolvente se evapora para producir un aerosol molecular finamente dividido. Luego, éste se volatiliza para formar moléculas de gas. La disociación de la mayor parte de dichas molecular produce un gas atómico. 'lguno de los átomos del gas se ioniza para formar cationes y electrones. tras moléculas y átomos se producen en la llama como resultado de la interacción del combustible con el o!idante y con las distintas especies de la muestra. %omo se indica en la figura 6, una fracción de las moléculas, átomos y iones se e!cita también por el calor de la llama para producir espectros de emisión atómicos, iónicos y moleculares. %on tantos procesos comple$os que ocurren, no es sorprendente que la atomización sea el paso más decisivo en la espectroscopia de llama y el nico que limita la precisión de tales métodos. %omo resultado de la naturaleza determinante del paso de atomización, es importante entender las características de las llamas y las variables que las afectan.
T!3os .e llaas En la tabla 6 se enlistan los combustibles y o!idantes comunes en espectroscopia de llama y el intervalo apro!imado de temperaturas que se logran con estas mezclas. bservé que cuando el aire es el o!idante, se logran temperaturas de 6C77 D% a :;77 D% con varios combustibles. ' estas temperaturas solo se atomizan las muestras que se descomponen con facilidad, así que se debe usar o!ígeno u ó!ido nitroso como o!idante para
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muestras más refractarios. Estos o!idantes producen temperaturas de :77 D% a 9677 D% con los combustibles comunes.
Figura . R#gi&n#s #n una !!a"a
Ta(!a . Pr&*i#$a$#s $# !a !!a"a
Las velocidades de combustión que se enlistan en la cuarta columna de la tabla 6 son importantes porque las llamas son estables solo en ciertos intervalos de flu$o de gas. (i el flu$o de gas no e!cede la velocidad de combustión, la llama se propaga de regreso hacia el quemador y produce un retroceso de la llama. %uando se incrementa el flu$o, la llama sube hasta que alcanza un punto arriba del quemador donde la velocidad del flu$o y la velocidad de combustión son iguales? en esta región donde la llama es estable. ' velocidades más altas, la llama sube y alcanza con el tiempo un punto en el que se desprende del quemador y lo apaga. %on estos hechos en mente, es fácil ver por qué es tan importante controlar el flu$o de la mescla de combustible5o!idante, el cual depende mucho de los tipo de combustible y o!idante que se utilicen.
Est/u#tu/a .e la llaa %omo se ilustra en la figura :, las regiones importantes de una llama incluyen la zona de combustión primaria, la región interzona y la zona de combustión secundaria. La apariencia y tama>o relativo de estas regiones varía en forma considerable con la relación entre combustible y o!idante, así como en la naturaleza de cada uno de ellos. La zona de combustión primaria es una llama de hidrocarburo es reconocible por la luminiscencia azul que surge de la emisión de banda de % :, %8 y otros radicales. El equilibrio térmico no se alcanza por lo Feneral en esta región y, por tanto, rara vez se usan en la espectroscopia de llama.
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Figura 2 Perfles de temperatura en grados Celsius para una llama de gas natural-aire. (Tomado de B. Leis ! ". #an $l%e& '.Cem. P)s.& 1*43& 11& *4. Con autori+a,in.
El área interzona, que es relativamente estrecha en las llamas de hidrocarburo estequiometricas, puede alcanzar varios centímetros de altura en fuentes de acetileno5o!ígeno o de acetileno5ó!ido nitroso ricas en combustible. 0ebido a que en la región interzona predominan átomos libres, en la parte de la llama que más se usa para la espectroscopia. En la zona de reacción secundaria los productos del ncleo interno se convierten en ó!idos moleculares estables que son dispersados después hacia los alrededores. &n perfil de llama proporciona información til acerca de los procesos que sucede en diferentes partes de una llama? es una gráfica de contorno que revela regiones que tienen valores similares para una variable de interés. 'lgunos de las variables son= temperatura, composición química, absorbancia e intensidad de radiante o fluorescencia.
Pe/4!les .e te3e/atu/a& En la figura 9 se muestra un perfil de temperatura de una llama típica para espectroscopia atómica. La temperatura má!ima se localiza apro!imadamente a :. cm por arriba de la zona de combustión primaria. Es importante G en particular para los métodos de emisión "sección 67%.6# G enfocar la misma parte de la llama en la rendi$a de entrada para todos los calibraciones y mediciones analíticas.
Pe/4!les .e abso/#!$n .e llaa& En la figura ; se muestran los perfiles de absorción característicos para tres elementos. El magnesio manifiesta un /
má!imo de absorbancia en casi la mitad de la llama como resultado de dos efectos que se oponen. El incremento inicial de la absorbancia a medida que aumenta la distancia desde la base resulta de un mayor nmero de átomos de magnesio producidos por la e!posición más prolongada al calor de llama. 2o obstante, cuando se apro!ima a la zona de combustión secundaria, comienza la o!idación apreciable del magnesio. Este proceso conduce a la final a una disminución de la absorbancia porque las partículas de ó!ido que se forman no absorben en la longitud de onda de interés. +ara alcanzar la má!ima sensibilidad analítica, la llama debe a$ustarse arriba y aba$o respecto al haz hasta que se localice la región de absorbancia má!ima.
Figura 3 P#r4!#s $# a(s&r'i)n $# !!a"a *ara tr#s #!#"#nt&s El comportamiento de la plata, que no se o!ida con facilidad, es bastante diferente? como se muestra en la figura ;, se observó un incremento continuo en el nmero de átomos y, por tanto, en la absorbancia, desde la base hasta la periferia de la llama. En contraste, el cromo, que forma ó!idos muy estables, muestra una disminución continua de absorbancia que comienza acerca de la punta del mechero. Lo anterior hace pensar que la formación de ó!ido predomina desde el principio. Estas observaciones sugieren que para identificar cada uno de estos elementos debe usarse una parte de la llama. Los instrumentos más comple$os para la espectroscopia de llamas están equipados con monocromadores que toman muestras de la radiación desde una región relativamente peque>a de la llama y, por tanto, un paso crítico en el me$oramiento de la se>al de salida es el a$uste de oposición de la llama respecto a la rendi$a de entrada.
*
Ato!"a.o/es .e llaa& Los atomizadores de llama se usan para las espectroscopias atómicas de absorción, de fluorescencia y de emisión. La figura es el diagrama de un quemador de flu$o laminar comercial típico que utiliza un nebulizador de tubo concéntrico. El aerosol, formado por el flu$o de o!idante, se mezcla con combustible y pasa por una serie de reflectores que eliminan todo e!cepto las gotas de solución más finas. Los deflectores ocasionan que la mayor parte de la muestra se rena en el fondo de la cámara de mescla donde se drena hacia un recipiente de desechos. En aerosol, el o!idante y el combustible arden entonces en un quemador ranurado que proporciona una llama de a 67 cm de alto.
Figura / 5u#"a$&r $# 6u7& !a"inar% 8C&rt#s9a $# P#rin E!"#r C&r*&rati&n, N&r;a!, CT%< Los quemadores de flu$o laminar produce una llama relativamente estática y una longitud de trayecto larga para llevar al má!imo la absorción. Estas propiedades tienden a incrementar la sensibilidad y reproductibilidad en espectrometría de absorción atómica. La cámara de mescla en esta tipo de quemador contiene una mi!tura potencialmente e!plosiva que puede producir un retroceso de la llama si el flu$o es demasiado ba$o. 2o te que el quemador de flu$o laminar de la figura está equipado con respiradores de alivio de precisión por esta causa. tros tipos de quemadores de flu$o laminar y quemadores de flu$o turbulento están disponibles para la espectroscopia de emisión atómica y la espectrometría de fluorescencia atómica.
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Re2ula.o/es .e #obust!ble 5 o6!.ante. &na variable importante que requiere un control riguroso es la espectroscopia de llama es el flu$o de o!idante y combustible. Es deseable variar cada uno en un amplio intervalo de modo que se pueda determinar de manera e!perimental las condiciones de atomización óptimas. El combustible y el o!idante se suelen combinar en cantidades estequiometricas. (in embargo, para la identificación de metales que forman ó!idos estables es deseable una llama que contenga un e!ceso de combustible. 0e ordinario, los flu$os son controlados por medio de reguladores de presión de doble diafragma seguidos de válvulas de agu$a en la carcasa del instrumento. &n dispositivo muy usado para medir flu$os es el rotámetro, que consta de un tubo transparente, graduado, ahusado, que se monta de modo vertical con el e!tremo más peque>o hacia aba$o. &n flotador de poco peso, cónico o esférico, es elevado por el flu$o de gas? su posición vertical está determinado por el flu$o.
Ca/a#te/7st!#as .e .ese3e8o .e ato!"a.o/es .e llaa& 8asta la fecha han, la atomización de llama es el más reproducible de todos los métodos de introducción de muestra líquida que han sido perfeccionados para la espectrometría de absorción y fluorescencia. (in embargo, la eficiencia de toma de muestras de otros métodos de atomización y, por tanto, su sensibilidad son notablemente me$ores. 8ay dos razones principales de la menor eficiencia de muestreo de la llama. +rimero, una gran porción de la muestra fluye hacia el drena$e. (egundo, el tiempo de residencia de cada uno de los átomos en la trayectoria óptica en breve "H67 5; s#.
Ato!"a#!$n ele#t/ote/!#a Los atomizadores electrotérmicos, que aparecieron por primera vez en el mercado a principios de la década de 6IC7, son por lo general más sensibles debido a que la muestra completa se atomiza en un corto período, y el tiempo de residencia promedio de los átomos en la trayectoria óptica es de un segundo o más. Los atomizadores electrotérmicos se usan para medir la absorción y la fluorescencia atómicas, pero en general no se aplican en la producción directa de espectros de emisión. 2o obstante, se usan para evaporar muestras en la espectroscopia de emisión de plasma acoplado de manera inductiva. 11
En los atomizadores electrotérmicos, unos cuantos mililitros de la muestra se evaporan primero a una temperatura ba$a y luego se convierten en cenizas a una temperatura un poco más alta en un tubo de grafito que se calienta eléctricamente, similar al de la figura B, o en un crisol de grafito. 0espués de convertirlos en ceniza, la corriente se incrementa con rapidez a varios cientos de amperes, que hacen que la temperatura se eleve de :777 a 9777D%? la atomi+a,in de la muestra ocurre en un periodo que va de unos cuantos
milisegundos hasta algunos segundos. La absorción o fluorescencia del vapor atómico se mide entonces en la región inmediatamente por arriba de la superficie calentada.
Ato!"a.o/es ele#t/ot-/!#os La figura B es una vista
transversal de un atomizador electro térmico
comercial. En este dispositivo la atomización ocurre en un tubo de grafito cilíndrico que está abierto en ambos e!tremos y que tiene un orificio central para la introducción de la muestra por medio de un micro pipeta. El tubo es de unos cm de largo y tiene un diámetro interno de poco menos de 6 cm. El tubo de grafito intercambiable se a$usta cómodamente en un par de contactos eléctricos de forma cilíndrica, hechos también de grafito, que se ubican en los dos e!tremos del tubo y se mantienen en una carcasa de metal enfriada por agua. (e suministran dos corrientes de gas inerte. La corriente e!terna evita que entre aire del e!terior e incinere el tubo. La corriente interna fluye hacia los dos e!tremos del tubo y sale del puerto de muestra central. Esta corriente e!cluye no sólo el aire, sino que también sirve para arrastrar vapores generados en la matriz de la muestra durante las dos primeras etapas de calentamiento. En la figura Ba se ilustra la llamada plataforma de LJvoK, que se emplea con frecuencia en hornos de grafito como en el que se muestra en la figura. La plataforma también está hecha de grafito y se localizan deba$o del puerto de entrada de la muestra. En dicha plataforma la muestra se evapora y se convierte en cenizas sin embargo, cuando la temperatura del tubo se incrementa con rapidez, la atomización se retrasa porque la muestra ya no está directamente sobre la pared del horno. %omo resultado, la atomización ocurre
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en un ambiente en el que la temperatura ya no cambia con rapidez, lo cual me$ora la reproductibilidad de las se>ales analíticas.
Figura = a< Vista trans>#rsa! $# un -&rn& $# gra4t& '&n *!ata?&r"a $# L@>&> int#gra$a% (< '&n4gura'i)n !&ngitu$ina! $#! -&rn& $# gra4t&% C< '&n4gura'i)n trans>#rsa! $#! -&rn&% En la figura muestran las dos formas de calentar el horno de grafito mientras se mantiene en la trayectoria óptica. +or tradición, el horno se calentaba en el modo longitudinal que se ilustra en la figura Bb, que provee un perfil de temperatura que varía de manera continua, como se muestra en la figura. El modo transversal que se muestra en la figura Bc, da un perfil de temperatura uniforme a lo largo de todo el tubo. Esta configuración provee condiciones óptimas para la formación de átomos libres a lo largo del tubo. La recombinación de átomos y moléculas, la pérdida de átomos y la condensación en los e!tremos más fríos del tubo que se producen en el modo longitudinal se reducen en el de modo de calentamiento transversal. Los e!perimentos muestran que la reducción de la porosidad natural del tubo de grafito disminuye algunos efectos de la matriz de la muestra y la mala reproductibilidad relacionada con la atomización en el horno de grafito. 0urante la atomización, parte del analito y la matriz parecen difundirse hacia la superficie del tubo, lo cual hace más lento el proceso y produce se>ales de 13
analito más peque>as. +ara vencer este efecto, la mayoría de los hornos de grafito se cubren con una capa delgada de carbono piro lítico para sellar los poros del tubo de grafito. El grafito pirolitico se deposita capa por capa desde un ambiente muy homogéneo. (e forma al hacer pasar una mescla de un gas inerte y un hidrocarburo como el metano por el tubo mientras se le mantiene a una temperatura elevada.
Se8al .e sal!.a ' una longitud de onda a la que ocurre absorbancia o fluorescencia, la salida del transductor se eleva a un má!imo después de algunos segundos de ignición seguida de un rápido descenso a cero cuando los productos de la atomización escapan hacia los alrededores. El cambio es lo bastante rápido con "frecuencia 6 s# como para requerir un sistema de adquisición de datos moderadamente rápido. +or lo general las determinaciones cuantitativas se basan en la altura del pico, aunque también se usa el área de este.
9& PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA: a# 'L%'2%E( +/ E(E -E0.5 para el análisis por este método, los elementos metálicos a determinar debe estar ba$o l as siguientes concentraciones= el cobre dentro 7.777; a 7.77:M, el plomo dentro d 7.76 a 7.7M, el zinc dentro de 7.76 a 7.7;M. b# %20*%*2E( E('0'/
+ara el cobre= 677mgNl de cobre. cobre electrolítico en un mínimo 6=6 y diluir a 6777ml en una fiola
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0isolver 6.77gr de de volumen de 829, con 829.
c# (ELE%%*O2 +/1*(*2'L 0E L( +'/'-E/( F/'0&'%*2 0E ''(. • •
• • • • • • • •
+oner al cero mecánico los instrumentos de medición. Firar los reguladores de corriente de la lámpara al tope izquierdo. 'ccionar la tecla red. Firar la tensión del fotomultiplicador al escalón E"(E1#. &bicar el conmutador de la constante de tiempo 7.seg &bicar el amplificador en el escalón 6. Firar el conmutador de margen de medición a 75677. Fuardar la anchura de rendi$a a unos 67 mm. Firar el conmutador selector de lámpara 6 a cero. Firar el conmutador selector de lámpara : a cifra del sitio del cambiador de lámpara sobre el cual está su$eto 8
d# +&E(' E2 (E/1*%* 0E L' LL'-' "%:8:N'*/# • • • • •
%olocar el cabezal del quemador de 9 ranuras 'bs. 'brir la válvula de la botella de aire. 'brir la válvula de la botella de %:8:. *ntroducir la llave de bloqueo. primir la tecla desbloqueadora %:8: y por giro hacia adentro del tornillo de regulación fina, regular un paso de gas de 677lNh leído en el contador volumétrico
e# +'/'-E/ 0E +E/'%*O2=
8ay que tomar en cuenta especial atención la siguiente tabla que corresponde a ''(62. ELEMENT O
LONIT D DE ONDA
CORRIENT E DE LAMPARA A
AMPLIFICACIO N
TENSION DE FOTOMLTIPLICADO R
LLAMA
Cu Ca Fe Zn Pb
9:;. ;::. :;P.; :69.I :P9.6
.7 C. C.C 67.7 P.7
: : : : :
; ; ;
%:8:N'i r %:8:N'i r %:8:N'i r %:8:N'i r %:8:N'i r
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f# '2'L*(*( 0E ELE-E2( -E'L*%( E2 -*2E/'L 0E %'3EQ'= 'nálisis del cobre total en mineral de cabeza= los pasos para la disolución de un mineral preparado para una determinación cuantitativa por ''( es=
+esar 7.: g de muestra una luna de relo$. Llevar a un vaso precipitado 829 , :-L 0E 8%L cubrir el para evitar las proyecciones. +oner en la plancha caliente y total.
paredes del vaso agregar 7.6g 829 concentrado, poner secado
mineral fina pulverizada en de 77ml y a>adir : ml de vaso con la luna de relo$ hervir hasta la sequedad
Enfriar y lavar las de <%L9 y 9ml de nuevamente al
/etira de la plancha enfriar y comenzando por la luna de vaso con 829 al 67M en
Luego proceder a aforar con e!actitud de la solución del analito, utilizando una fiola de :77ml con agua destilada.
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proceder al lavado relo$ las paredes del peso.
Llevar a ''( para medir la absorvancia y o porcenta$e de transmitacia.
. ER+/E(*2 0E /E(&L'0(= 6# /ealizar todos los cálculos de la preparación de solución estándar" hacer una tabla volumen en ml, nmero de pruebas y concentración en ppm# utilizando la relación matemática siguiente= V 1 C 1=V 2 C 2
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CALCLOS: 20 ml∗10 ppm=1000 ppm∗ x
x =0.2 ml 20 ml∗2 0 ppm=1000 ppm∗ x
x =0. 4 ml 20 ml∗25 ppm=1000 ppm∗ x
x =0. 5 ml 20 ml∗35 ppm =1000 ppm∗ x
x =0.7 ml 20 ml∗100 ppm=1000 ppm∗ x
x =2 ml
Tabla: N; DE PREBAS
OLMEN EN l
CONCENTRACION P3
TRANSMITANCIA
%
7.:
67
7.7I
R
7.;
:7
7.6:
R
=
7.
:
7.69
R
9
7.C
9
7.:9
R
>
7.P
;7
7.9
9P
?
:
677
7.
!
:# 0esarrollar un factor de cálculo para ''( tomando el peso y volumen de aforo de la operación para cada uno de los elementos
1/
a llevar a ensaye. (e muestra como e$emplo la relación y valores hipotéticos. f =
V 1000 ∗W
%2 L( 1'L/E( 0E L' +/S%*%' (E *E2E +'/' EL %3/E=
f =
200 ml 1000 ∗0.2
−3
=1∗10
L mg
9# %onstruir en E!cel con los valores e!actos la curva de absorbancia y de concentración en ppm para el cobre CONCENTRACION 33 %@ @ > => 9@ %@@
>
0.6 0.5
( 0 0.05 0.**
0.4
a(s&r>an'ia
0.3 0.2 0.1 0 0
20
40
60
/0 100 120
'&n'#tra'i&n **"
;# &tilizando el valor de f así como la concentración del elemento a determinar cuantitativamente que corresponde a este valor de medición, se toma la curva estándar de calibración por interpolación para usar la siguiente relación calcular en porcenta$e de = 1*
%Cu= f ∗ L∗100
?& CESTIONARIO: a) ue es la le5 .e Bee/Labe/t 3a/a !ne/ales .e #ob/e 5 !e//o& /eal!"a la .eost/a#!$n .e la e#ua#!$n 4un.aental .e la abso/ban#!a 5 el 3o/#entae .e t/ans!tan#!a& %onocida también como la ley de absorción indica cuantitativamente la forma en que el grado de atenuación del cobre depende de la concentración de las moléculas absorbentes y de la longitud del trayecto en el que ocurre la absorción. +ermite saber si dentro de este metal se encuentran otros metales, ya que en la naturaleza se puede ver que los metales están unidas entre si.
b) Const/u5a las #u/0as .e #al!b/a.o 3a/a #ob/e en t-/!nos .e abso/ban#!a, t/ans!tan#!a o 3o/#entae .e t/ans!tan#!a 5 lo2a/!to .e t/ans!tan#!a en /ela#!$n #on la #on#ent/a#!$n 3a/a los 3untos .e las le#tu/as obten!.as en M!#/oso4t E6#el& Cu/0a .e #al!b/a#!$n .e #ob/e (Cu): CONCENTRACION 33
%@ @ > => 9@ %@@
@&@ @&% @&%= @&= @&= @&>>
0.6 ( 0 0.05 0.**
0.5 0.4
a(s&r>an'ia
0.3 0.2 0.1 0 0
20
40
60
/0
'&n'#tra'i&n **"
20
100
120
#) Coo es la !nst/uenta#!$n 3a/a la es3e#t/oet/7a .e /e2!st/o s!3le 5 .e .oble a"& P/esenta 4otos o esueas .e .!sten#!$n& Inst/uentos .e un solo a" o a" s!3le: &n instrumento de un solo haz, como el que se muestra en la figura consta de varias fuentes de cátodo hueco sólo se muestra "uno#, un cortador o un suministro de potencia por pulsos, un atomizador y un espectrofotómetro de re$illa simple con un transductor fotomultiplicador así, la corriente oscura se anula con un obturador enfrente del transductor. El a$uste de transmitancia de 677M se hace entonces mientras se aspira un blanco en la llama o se quema en un atomizador sin llama. +or ltimo, la transmitancia se obtiene con la muestra en lugar del blanco.
B Es3e#t/$et/os .e llaa t73!#os& a) D!se8o .e un solo Ga" 5 b) .!se8o .e .oble Ga"&
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En general el equipo de absorción atómica consta de tr es partes como se muestra en la figura= una fuente de radiación, un medio para la obtención de átomos libres y un sistema para medir el grado de absorción de la radiación.
$suema de un 889
FENTE DE RADIACIÓN.5 Es una tipo lámpara de cátodo hueco, que emite las líneas atómicas características del elemento a analizar, esta lámpara consiste en un ánodo de tungsteno y en un cátodo cilíndrico, cerrados herméticamente en un tubo lleno de 2eón o 'rgón a una presión de 6 a orr. El cátodo está constituido con el metal cuyo espectro queremos obtener. 'l aplicar un potencial lo suficientemente grande, los cationes gaseosos adquieren una energía cinética suficiente para arrancar algunos átomos metálicos de la superficie del cátodo y producir una nube atómica, a este fenómeno se le llama chisporroteo. &na parte de los átomos metálicos desprendidos se encuentran e!citados, con lo que al volver a su estado fundamental emiten una radiación característica. La eficacia de la lámpara depende de su geometría y del potencial aplicado a la misma. E!isten lámparas para realizar análisis multielemental cuyo cátodo está recubierto de diferentes metales, pudiendo emitir así, sus espectros característicos. Funcionamiento: El funcionamiento de la lámpara de cátodo hueco consiste
en que al someterla a una descarga se produce la ionización del gas y los iones de 'rT chocan contra el interior del cátodo hueco arrancándole los átomos de la superficie del cátodo y produciendo una nube atómica. &na parte de los átomos metálicos desprendidos se encuentran en estados e!citados y al volver a su estado elemental emiten radiación de su longitud de onda característica "la misma que el elemento a determinar#. 'l final los átomos
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metálicos vuelven a depositarse difundiendo de nuevo hacia la superficie del cátodo o hacia las paredes de vidrio del tubo.
La fuente de radiación característica debe poseer tres propiedades fundamentales= •
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•
-onocromaticidad= la línea de resonancia se debe poder seleccionar con toda precisión e!actamente a la longitud de onda del elemento a determinar. *ntensidad= debe ser lo suficientemente intensa a la longitud de onda de interés. Estabilidad= suficiente como para poder realizar las medidas sin fluctuaciones considerables.
4uentes de radiación utilizables=
Emisión continua= abarcan el espectro desde el ultravioleta le$ano hasta el visible. Emisión discontinua= emiten nicamente longitudes de onda muy concretas.
ATOMIZADORES CON LLAMA: (u función es convertir los átomos combinados de la muestra en átomos en estado fundamental, para ello es necesario suministrar a las muestras una cantidad de energía suficiente para disociar las moléculas, romper sus enlaces Los componentes necesarios para obtener los átomos en estado fundamental son= 2ebulizador= cuya misión en convertir la muestra aspirada en una nube de tama>o de gota muy peque>o. %ámara de premezcla= donde penetra la muestra una vez se ha nebulizado. En ella se separan las peque>as gotitas que forman la 23
niebla mezclándose la muestra nebulizada con el o!idante y el combustible íntimamente. -echero. (e sita sobre la cámara de premezcla, y por él sale la llama con temperatura suficiente para poder comunicar a la m uestra la energía suficiente para llevar los átomos a su estado fundamental. La llama es el medio de aporte de energía a la muestra. Entre las llamas se diferencia entre la de aire5acetileno y la de ó!ido nitroso5acetileno. %omo puede observarse en la figura en la llama se pueden distinguir tres Qonas= 5La zona interna= es la más pró!ima al mechero, de color azul y con temperatura relativamente ba$a. 5 La zona de reacción= donde se produce la atomización. 5 La zona e!terna= Es la parte más fría de la llama.
&na #t#rna &na $# r#a''i)n &na
MONOCROMADORES: ienen como función seleccionar la línea de absorción, separándola de las otras líneas de emisión emitidas por el cátodo hueco. Los aparatos comerciales suelen venir equipados con monocromadores del tipo de prima o red de difracción. DETECTORES: -iden la intensidad de la radiación antes y después de la absorción por la muestra. ' partir de los valores obtenidos se podrá calcular la radiación absorbida. En los aparatos comerciales se emplean tubos fotomultiplicadores.
MODLACIÓN: 24
La llama emite energía continuamente a longitudes de onda no deseadas, produciendo interferencia y una gran inestabilidad en las lecturas. Los detectores que se utilizan son sensibles a determinadas frecuencias, ignorando las se>ales continuas ocasionadas por la llama. +or ello, se modula el sistema de alimentación de las lámparas a la misma frecuencia que el tubo fotomultiplicador.
SISTEMA ÓPTICO: (u función es conducir las radiaciones emitidas por la lámpara a través del sistema de obtención de átomos en estado fundamental y el monocromador hasta llegar al detector. El sistema óptico está formado por= Espe$os y lentes, que focalizan sobre la llama la mayor cantidad de energía emitida por la lámpara y la sitan a la entrada del monocromador. Láminas planoparalelas, que se utilizan para aislar los demás elementos del e!terior. /endi$as que, como se ve en la figura se sitan una a la entrada para obtener un haz paralelo y estrecho procedente de la lámpara y otra a la salida para seleccionar la longitud de onda adecuada eliminando el resto de las emisiones . •
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M&n&'r&"a R#n$i7as
Fu#nt#
D#t#'t&r
0e acuerdo con el sistema óptico, los aparatos de absorción atómica pueden ser de doble haz y de haz simple. En los aparatos de doble haz parte de la radiación pasa a través de la muestra y otra parte va directamente al detector. Estos equipos presentan la venta$a de que las variaciones de la intensidad de la fuente de radiación son compensadas automáticamente. (in embargo estos aparatos son más caros que los de haz simple.
.) t!l!"an.o una 4!2u/a esue1t!#a .e un es3e#t/o4ot$et/o .e abso/#!$n at$!#a, e63l!#a/ la 4un#!$n .e #a.a uno .e sus #o3onentes 3/!n#!3ales, #oo una 4un#!$n en la !n2en!e/7a anal7t!#a& 25
La muestra es aspirada ) atomi+ada a tra#:s de una llama.
mediante mono,romad or se dirige un ra)o de lu+ a tra#:s de la llama
so%re un dete,tor se mide la ,antidad de lu+ a%sor%ida.
La absorción depende de los átomos libres no e!citados, pero en general la relación entre átomos no e!citados y átomos e!citados, en un momento determinado, es muy alta. %omo la longitud de onda del rayo de luz es característica solamente de cada metal por determinar, la energía luminosa absorbida por la llama es una medida de la concentración del metal en la muestra.
e) D!4e/en#!e el o/!2en .e los es3e#t/os 4luo/es#en#!a, e!s!$n 5 abso/#!$n en el /e#o//!.o .e una 4uente ele#t/oa2n-t!#a& La espectroscopia atómica es la absorción, emisión yNo fluorescencia de la radiación electromagnética por las partículas atómicas. Emisión y absorción=
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5 *nstrumentos. La principal venta$a del origen de emisión consiste en que la llama acta como fuente. +or el contrario, en absorción necesitan de una lámpara diferente para cada elemento. 5La calidad del monocromador de un instrumento de absorción no tiene que ser tan alta para alcanzar el mismo grado de selectividad. 5 Los métodos de emisión requieren un mayor grado de habilidad por parte del operador. 5 %orrección del fondo. La corrección de los espectros de banda se realiza con mayor facilidad y por lo general con más e!actitud en los métodos de emisión. 5 *nterferencias. 'mbos métodos sufren interferencias químicas seme$antes. 5 Límites de detección. 'mbos procedimientos presentan unos límites de detección complementarios. 4) In0est!2a sob/e los s!steas .e ato!"a#!$n .e anal!tos 3a/a la .ete/!na#!$n #uant!tat!0a a t/a0-s .e la !nt/o.u##!$n .e un 4!no ae/osol& El (istema para vaporizar y atomizar la muestra de analitos se parte de la muestra en disolución y mediante un sistema de nebulización se consigue formar un fino aerosol "de rendimiento 67M#. En este caso el sistema de nebulización es un tubo concéntrico que por el efecto 1enturi absorbe la disolución transformándola en un fino aerosol dentro de la cámara de mezcla. En la cámara de mezcla se $unta con el aire, que es el o!idante, y con el acetileno, que es el gas de combustión, y se conducen al cabezal del mechero donde ocurre la combustión ":;775:C77 D <# que proporciona la temperatura adecuada para la atomización de la muestra. +ara que se produzca correctamente la combustión ha de llegar una relación adecuada de gases al quemador? ya que si la relación no es buena se puede producir el retroceso de la llama y podría llegarse a producir la combustión en la cámara de mezcla. ' continuación tenemos un esquema representativo del sistema de atomizacion
La llama se divide en tres regiones de tama>o y aspecto variable segn la reacción de flu$os e!istente entre los gases combustible y reductor. Estas zonas son=
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5 Zona .e #obust!$n 3/!a/!a= se reconoce por su luminiscencia azul, aquí no se alcanza el equilibrio térmico, no se produce la espectroscopia de llama. 5 Zona !nte/#onal= región rica en átomos libres. Es la zona más utilizada en espectroscopia. 5 Cono e6te/!o/ = zona de reacciones secundarias donde los productos formados en la región interior se convierten en ó!idos moleculares estables.
F!2u/a P/o#esos ue o#u//en .u/ante la ato!"a#!$n& ' estas temperaturas solo se atomizan las muestras que se descomponen con facilidad, así que se debe usar o!ígeno u ó!ido nitroso como o!idante para muestras más refractarios. Estos o!idantes producen temperaturas de :77 D% a 9677 D% con los combustibles comunes.
H& CONCLSIONES: Los métodos espectroscópicos atómicos pueden ser de emisión o
absorción. Las muestras deben ser liquidas o gaseosas y el analito o especie debe de ser fundamentalmente metálica. +or tanto ha de estar atomizada.
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En el siguiente informe se presenta la curva de calibración con ensayos realizados con algn error del equipo.
