Universidad Mayor de San Simón Facultad de Ciencias y Tecnología Departamento de Química
Practica Nº2
“PREPARACION DE MUESTRAS”
Materia: Laboratorio de Química Analítica Cuantitativa. Docente: Dra. Virginia Vargas. Estudiante : Israel Cornelio Saavedra Mancilla. Carrera: Ingeniería Química. Auxiliar: Univ. Marco Antonio Colque Achacollo. Grupo: Jueves 8:15 – 12:45
Cochabamba - Bolivia
PRACTICA Nº2 PREPARACION DE MUESTRAS 1.-OBJETIVOS: Objetivo General:
Conocer e Identificar los criterios al momento de preparar, analizar y adecuar muestras para la realización de un análisis químico cualitativo. Objetivo Específico:
Diferenciar los métodos de preparación que se deben aplicar a las muestras, dependiendo de su naturaleza orgánica e inorgánica. Identificar las operaciones previas se deben realizar antes de proceder a la realización del análisis. 2.- MARCO TEORICO
PREPARACIÓN DE UNA MUESTRA PARA EL ANÁLISIS QUÍMICO Antes de realizar un análisis químico es necesario llevar la muestra a condiciones adecuadas para que el mismo pueda efectuarse. La solubilización de la muestra es una operación que en la mayoría de los análisis, debe realizarse. Otra operación previa al análisis, cuando deben analizarse compuestos inorgánicos, es la eliminación de compuestos orgánicos que en muchos casos los acompañan e interfieren en los ensayos de dichas sustancias inorgánicas. La materia orgánica (M.O.) se reconoce por la carbonización que experimenta la muestra sólida o el residuo de una cuidadosa evaporación que queda si la muestra es una solución, al calentar fuertemente. El residuo carbonoso de M.O. es insoluble en HCl o HNO 3 distinguiéndose así de algunos óxidos de metales pesados que son de color oscuro y que son solubles en dichos ácidos. La eliminación de la M.O. puede hacerse por distintos métodos, la elección del mismo depende de la naturaleza de la materia orgánica y su proporción en la muestra. Los principales son: Vía Seca: alta temperatura (calcinación) y baja temperatura. Implica un tratamiento con m ezcla sulfo-nítrica. Alta Temperatura: tiene el inconveniente que dado el calentamiento intenso a que se somete la muestra se eliminan no solo aniones que molestan sino también pueden quedar residuos insolubles en ácidos formados por óxidos metálicos de Cr, Fe, Al, etc. En general este método es de uso restringido, se usa cuando debe destruirse gran cantidad de M.O. y los inconvenientes citados no afectan los datos analíticos que se buscan. Baja temperatura: se emplea una descarga de radiofrecuencia para producir radicales de oxígeno activado, que son muy reactivos y atacan la M.O. a bajas temperaturas. Así es posible mantener temperaturas menores a 100º C y se minimizan las pérdidas por volatilización. El método de mezcla sulfo-nítrica: puede dejar residuos insolubles en agua formados por sulfatos de metales alcalinotérreos, de Pb, o hidroxisulfato de Cr o Cu. En este caso puede usarse una disgregación. En este tratamiento se eliminan aniones incompatibles (boratos, fluoruros, cianuros, etc).
Vía Húmeda implica un tratamiento con mezcla nítrico- perclórica. El tratamiento con mezcla nítrico-perclórica: consiste en el ataque de la m uestra con HNO3(C) y HClO4(C) al 60% en caliente. Se trata primero con HNO3 ya que la reacción del HClO 4 sobre la M.O. es violenta y puede provocar explosiones, pero se evitan con el uso HNO3 previamente al HClO4. En este tratamiento se eliminan fluoruros y oxalatos. Como la mezcla nítrico-perclórica es más oxidante que la sulfo-nítrica, pude alterarse el estado de oxidación de algunos componentes de la m uestra. El Tratamiento con mezcla nítrico-perclórica- sulfúrica: es una mezcla de mayor eficiencia es la de estos tres ácidos fuertes en una relación aproximada de 3:1:1. El HClO4 es un agente oxidante de gran eficacia cuando está deshidratado y en caliente y destruye las últimas trazas de M.O. 2 mL de esta mezcla suelen ser suficientes para atacar 10 g de tejido fresco como sangre. Las muestras se calientan hasta que el HNO 3 se expulsa y queda HClO4 fumante, cuyos vapores son menos densos que los de SO 3(g) . El HClO4 se mantiene en ebullición hasta que aparecen los vapores de SO 3 (g). Esta mezcla permite recuperar el Pb, Se, As, Cu, Co, Ag, Sb, Mo, Fe y otros más.
SOLUBILIZACION Y DISGREGACIÓN Una de las primeras operaciones que se efectúan en el análisis cualitativo o cuantitativo de una muestra que se presenta en estado sólido es la búsqueda del disolvente más adecuado para ponerla en solución, ya que excepto las reacciones por vía térmica, que pueden aplicarse directamente sobre la muestra sólida, todas las demás reacciones se efectúan sobre una solución. Una misma muestra puede ser sometida a la acción de muchos solventes pero en la práctica estos se limitan a los cuatro siguientes: Agua, HCl, HNO3 y agua regia. Ocasionalmente se emplean como solventes, ácido sulfúrico, ácido acético, alcohol etílico u otros solventes orgánicos. La solubilidad de una muestra en medio ácido no trae inconvenientes si posteriormente deben hacerse ensayos de identificación o determinaciones de cationes, pero si los trae sí debe hacerse análisis de aniones. Algunos aniones por acción de los ácidos dan productos volátiles por ej: carbonatos, sulfitos, cianuros, etc., por lo tanto se destruyen. Además el medio ácido hace aumentar el poder oxidante o reductor de ciertos aniones y si estos existen en la muestra, cambia su estado de oxidación y pueden reaccionar con otros analitos. En medio alcalino los aniones son más estables, tanto en lo que corresponde a su transformación en sus productos volátiles como en sus propiedades oxidantes y reductoras. Como norma general, cuando se recibe una muestra sólida (puede ser un metal, vegetal, balanceado, suelo, sales o mezcla de sales minerales, etc.), si se halla al estado de polvo fino o cristales muy pequeños, se somete directamente a la acción de los disolventes. Si se presenta en trozos o cristales grandes se la pulveriza, mediante morteros, molinillos, etc. En el caso de metales deben obtenerse virutas o limaduras. Un compendio útil de la solubilidad de las sales más comunes en agua y ácidos lo dan las tablas de solubilidad que permiten conocer rápidamente en que solvente es más soluble un determinado compuesto. Hay tablas con indicación cuantitativa de la solubilidad expresada generalmente en g de soluto por 100g o cm3 de solvente. Al decir que una sustancia es soluble, medianamente soluble, poco soluble o insoluble en un determinado solvente se quiere indicar que lo valores de solubilidad son aproximadamente los siguientes: - Soluble: más de 3 g de soluto por 100 cm3 de solvente. - Medianamente soluble: entre 1 y 3 g de soluto por 100 cm3 de solvente. - Poco soluble: entre 0,1 y 1 g de soluto por 100 cm3 de solvente. - Insoluble: menos de 0,1 g de soluto por 100 cm3 de solvente. Las sustancias que resisten la acción disolvente de los ácidos concentrados y el agua regia pueden transformarse, con mayor o menor facilidad según sea su naturaleza, en otras sustancias que se disuelven en agua o en ácidos, mediante la acción de reactivos sólidos, líquidos o gaseosos, que actúan a elevada temperatura y alta concentración. Tales reactivos han recibido el término genérico de disgregantes o fundentes y la operación en que se usan se llama disgregación. El procedimiento que se sigue para disgregar las sustancias insolubles varía con las características químicas de las mismas. Los disgregantes pueden actuar por doble, descomposición, oxidación, reducción, sulfuración, cloruración, etc. de unos varios componentes de la muestra. Debe tenerse idea de la naturaleza de la muestra para poder aplicar el procedimiento adecuado. En general, si la muestra es de naturaleza básica será mejor atacada por el disgregante ácido y viceversa. Las disgregaciones pueden hacerse por vía seca o húmeda.
CONSIDERACIONES GENERALES Y TEÓRICAS SOBRE EL MUESTREO Existen una serie de etapas implicadas en un análisis: 1. Identificación del problema analítico. 2. Elección del método a utilizar. 3. Muestreo. 4. Procedimiento analítico. 5. Determinación. 6. Evaluación del resultado e informe. Definiciones básicas:
Lote.- Material completo del que se toman las muestras. Puede ser toda el agua de un lago. Según la norma UNE, Lote
es la cantidad definida de una determinada mercancía fabricada o producida en condiciones que se suponen uniformes. Incremento de muestra se llama a una pequeña parte tomada del grueso o lote. La norma UNE lo denomina: extracción elemental y lo define como cantidad de materia tomada de una sola vez de una cantidad de materia más importante. Muestra bruta está conformada por un grupo de incrementos de muestra o, según la norma UNE, de extracciones elementales. Muestra de laboratorio, se toma de la muestra bruta, es más reducida, la cual debe tener la misma composición de aquella. En caso de muestras sólidas puede lograrse pulverizando finamente toda una muestra bruta sólida y mezclándola bien por sistema de cuarteo. Muestra de ensayo o porción es de ensayo (alícuotas)son aquéllas sobre las que se realizan los análisis individuales. Plan de muestreo según la norma UNE es un plan según el cual se toman una o varias muestras con objeto de obtener información y, eventualmente, tomar una decisión. TIPOS DE MUESTRAS
Representativa: composición y propiedades similares al conjunto de la muestra. Selectiva: obtenida en el muestreo de determinadas zonas. Sistemática: obtenida según un procedimiento sistemático. Aleatoria: obtenida al azar. Compósita : formada por dos o más submuestras
Tamaño de muestra: Al planificar la toma de muestra se ha de estimar el tamaño de muestra necesario para minimizar los errores aleatorios Va a depender de: •La matriz de la muestra •De la distribución del analito. •Del grado de homogeneidad. •De la magnitud del error exigida.
Para muestras homogéneas en el espacio y el tiempo, dependerá fundamentalmente de la etapa de determinación final y de la concentración del analito, ya que en la muestra final ésta deberá superar el límite de cuantificación del método. Para muestras heterogéneas es necesario aplicarla estadística, en muchos casos, la complejidad de las muestras hacen que un tratamiento estadístico por lo que se decide el tamaño de muestra de acuerdo con la experiencia. MUESTREO
Proceso de selección de una porción de material que represente o proporcione información sobre el sistema en estudio (población). Implica: Recogida de la muestra. Conservación. Reducción del tamaño de partícula. Homogeneización. Submuestreo. Uno de los aspectos más importantes para obtener resultados de calidad en un análisis es disponer de una muestra que represente el lote que se va a analizar. Es fundamental conocer e identificar los errores que se pueden cometer en el proceso y durante la manipulación de la muestra hasta que llega al laboratorio. La mayoría de las técnicas analíticas requieren disponer de la muestra en disolución, por lo que abordaremos los tratamientos químicos más importantes y los posibles errores que se puedan cometer para obtener una disolución que represente a la muestra. (Tratamiento de la muestra).
Etapas del muestreo. 1. Identificación de la población 2. Toma de una muestra bruta 3. Reducción de muestra bruta a la muestra de laboratorio.
Requisitos básicos del muestreo. La cantidad de muestra para los análisis correspondientes es una fracción muy pequeña y sólo una pequeña parte de la misma es la que se utiliza en la obtención de la señal analítica. En cualquier caso, tanto la muestra como submuestras deben cumplir los requisitos siguientes: 1. La composición de la muestra que llega al laboratorio y la que se utiliza para realizar los análisis debe ser en principio igual a la de la muestra inicial. Sin embargo, ésta es una condición ideal que no siempre puede cumplirse a raja tabla por lo que en la práctica generalmente se sigue una situación de compromiso, lo que implica aumentar el número de alícuotas a muestrear. 2. La varianza de los niveles de concentración de las muestras analíticas analizadas en el laboratorio debe ser igual a la varianza de la muestra original (varianza representativa). 3. El error total introducido en todo el proceso de muestreo debe ser menor, o al menos del mismo orden de magnitud, que el error en el subsecuente procedimiento analítico. Plan de muestreo.
Procedimiento para seleccionar, extraer, conservar, transportar y preparar las porciones a separar de la población en calidad de muestras. El proceso de muestreo debe estar planificado, detallado y escrito y el plan de muestreo debe incluir: Donde realizar la toma de la muestra Quien tiene que realizar la toma de la muestra Que procedimiento debe seguirse en la toma de la muestra.
Requisitos del plan de muestreo.
Informar sobre la naturaleza de la muestra y su matriz Informar sobre la instrumentación a utilizar en el muestreo Conocer el grado de homogeneidad de la muestra Indicar el número de submuestras necesarias para una exactitud determinada Presentar un esquema sobre las precauciones a seguir en la preparación de la muestra
TIPOS DE MUESTREO
Intuitivo: Basado en la experiencia en algún tipo particular de muestra Estadístico: Mediante un modelo estadístico previamente validado Sistemático: Siguiendo un protocolo en el que se especifica: tipo, tamaño, frecuencia, periodo del muestreo y lugar.
En la planificación del muestreo, han de considerarse los siguientes aspectos: Cuando, donde y como recoger la muestra Equipos de muestreo : mantenimiento y calibración Contenedores de la muestra : limpieza , adición de estabilizantes y conservación Transporte de la muestra Pretratamiento de la muestra : secado, homogeneización y manejo de la muestra Submuestreo Sistema informativo en el laboratorio
Representatividad de la muestra La concentración de los analitos en la muestra obtenida debe ser idéntica a la concentración en la muestra real en la posición y tiempo en la que se ha realizado el muestreo y que esta no varíe hasta la ejecución de los análisis. Precauciones en el transporte Evitar la exposición a humedades extremas y mantenerlas a 4 º C. Las muestras biológicas o de alimentos es necesario transportarlas congeladas
Precauciones para la conservación
Reducir los riesgos de alteraciones por contacto con la atmósfera, absorción y oxidación Evitar su exposición al aire ya la luz y su manipulación Los sólidos se mantienen secos eliminando el agua en una estufa Las muestras biológicas se congelan en nitrógeno líquido o se liofilizan El tratamiento de los líquidos depende del tipo de análisis
Almacenamiento de la muestra Las muestras se almacenan por dos motivos: Porque su análisis no va a ser inmediato Para guardar un duplicado con el fin de hacer un chequeo de los resultados obtenidos en los análisis iniciales Para conservar las muestras durante largos periodos de tiempo en sus recipientes es recomendable: Que el aire contenido en el espacio libre del recipiente sea mínimo Que el material sea hidrófobo Que su superficie sea lisa y no porosa Los materiales utilizados para almacenar las muestras son de tres tipos: Polimeros ( teflón, polietileno, polipropileno, plexiglás y goma de silicona ) Vidrios (cuarzo sintético y borosilicato de vidrio) Metales (papel de aluminio, platino y titanio de elevada pureza).
3.- EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS Equipos:
Balanza electrónica
Materiales
Matraz Erlenmeyer de 250 ml. Matraz aforado de 100 ml. Vidrio reloj. Pipeta volumétrica 10 ml. Pizeta. Agua destilada. Propipeta. Gotero. Espátula. Hornilla. Rejilla.
Reactivos:
Ácido Nítrico (HNO3) Ácido Clorhídrico (HCl) Muestra de suelo.
4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Disolución de harina 1. Tarar la balanza analítica e introducir el vidrio reloj, volver a tarar la balanza para realizar la lectura del peso deseado. 2. Pesar 0.03 gr.de harina de trigo en la balanza analítica 3. Introducir la masa de harina de trigo en el matraz Erlenmeyer. 4. Agregar 6 ml. de ácido sulfúrico concentrado al Erlenmeyer y taparlo con el vidrio reloj. 5. Agitar y calentar en la hormilla aproximadamente 15 minutos hasta observar la digestión ácida. 6. Sacar el matraz de la hornilla y dejarlo entibiar tapado con el vidrio reloj. 7. Agregar gota a gota peróxido de hidrogeno hasta obtener una solución mas clara. 8. Si después de 80 gotas la solución mantiene su color oscuro, volver a calentar el matraz tapándolo con el vidrio reloj, destapar un poco de rato en rato mientras calienta. 9. Una vez clara la solución, retirar el matraz de la hornilla y dejarla enfriar, para acelerar el proceso enfriar el matraz sumergiéndolo en agua. 10. Trasvasar la solución a un matraz aforado, con agua destilada aforar la solución a 50 ml. Colocando el matraz debajo de la pileta para enfriarlo y evitar que se caliente. 11. Una vez aforada la solución, taparla la parte superior del matraz con teflón, etiquetar la solución y guardarla.
Disolución de leche en polvo 1. Pesar 2.005 gr. De leche en polvo. 2. Agregar 5 ml de ácido nítrico y 5 ml de ácido clorhídrico. 3. Tapar el matraz con el vidrio reloj y calentar la solución en la hornilla hasta que presente un color amarillo suave. 4. Retirar el Erlenmeyer de la hornilla y dejar enfriar la solución. 5. En un matraz aforado agregar agua para que esta actúe como colchón. 6. Agregar la solución en el matraz aforado. 7. Agregar agua destilada poco a poco hasta aforar a 50 ml. 8. Sellar el matraz aforado y guardarlo.
Disolución de espinaca 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Triturar cierta cantidad de espinaca hasta que sea una muestra verde oscura. Pesar 0.3 g de espinaca molienda. Introducir la muestra a un matraz Erlenmeyer y agregar 6 ml de ácido sulfúrico concentrado. Calentar la solución hasta que presente un color negro mate. Dejar enfriar la solución y agregar peróxido de hidrogeno Agregar agua destilada al matraz y esperar que enfríe el matraz con la solución. Trasvasar la solución al matraz aforado. Aforar con agua destilada hasta los 50 ml. Sellar el matraz con teflón y guardarlo.
Disolución de yeso 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Pesar 0.04 g de yeso y colocarlo en un matraz Erlenmeyer. Agregar 12 ml de una solución de ácido clorhídrico y agua en relación de 1:5. Mezclar el yeso con la solución de ácido aclorhídrico, agitar el matraz y observar que el yeso no se disuelve Calentar la solución hasta que la solución embulla y el yeso se solubilice. Dejar enfriar la solución y en caso de que presente rastros de minerales, filtrar la solución. En este caso no se observó la presencia de minerales, por lo tanto trasvasar la solucion al matraz aforado Agregar agua destilada hasta que el menisco llegue a la línea de aforo (50ml). Sellar el matraz con teflón y guardarlo.
Disolución de suelo 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Pesar 0.18 g de tierra totalmente seca. Prepara agua regia en un vaso precipitado, agregando 6ml. de ácido clorhídrico y 2 ml de ácido nítrico. Espera 5 minutos y mezclar la tierra con el agua regia en un matraz Erlenmeyer Agitar lentamente la nueva solución bajo campana. Como la muestra tiene impurezas, calentar la solución y esperar por 30 minutos aproximadamente. Observar si existe la presencia de impurezas, si hay impurezas filtrar la solución para eliminarlas. Pesar la cantidad de muestra y anotar la lectura de la balanza.
Una vez finalizada cada parte de la experiencia, reunir todos los matraces aforados en el mesón, juntarlos y observar las diferencias entre cada uno y guárdalos para posteriormente realizar un análisis de minerales.
5.- DATOS CALCULOS Y RESULTADOS Nombre de la muestra Espinaca Suelo Yeso Espinaca Harina Leche
Cantidad de muestra (g) 0.3 0.3
Volumen de reactivo (ml) 6 8
Nombre de reactivo H2SO4 – H2O2 HCl – HNO3
Tiempo de digestión(min) 8 28
0.1
15
HCl
10
0.3 0.3 0.5
6 6 10
H2SO4 H2SO4 HNO3 – HClO4
7 20 43
Observaciones Punto 6 Punto 6 Punto 6 Punto 6 Punto 6 Punto 6
6.- OBSERVACIONES
Disolución de harina
Al agregar el ácido sulfúrico en el matraz con la harina (72,57 % en hidratos de carbono), se observa que la solución tiene un color amarillo con precipitados anaranjados. Esto se puede dar por la deshidratación acida que sufre el hidrato de carbono, que forma un alqueno el cual presenta esa coloración Al calentar la mezcla hasta llegar la digestión acida se observa que existe un cambio de color del amarillo inicialmente a un color negro. Al seguir dando energía la molecula de carbono se oxida hasta CO2 Mientras se va agregando peróxido de hidrogeno a la solución se observa que existe un desprendimiento de vapor, mientras la solución va cambiando a un color más claro como café oscuro. Al trasvasar la solución al matraz aforado, notamos que este se calienta debido a que la reacción es exotérmica. Mientras se afora la solución el matraz vuelve a calentarse debido a que se introdujo agua destilada de golpe, para evitar que el matraz se caliente es recomendable aforar en agua, bajo la pileta.
Disolución de leche en polvo
La solución de leche en polvo con la mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico presenta un color amarillo verdoso. Mientras calienta la solución tapada con el vidrio reloj, se observa la concentración de vapores amarillos naranjas, los cuales son tóxicos. Al aumentar el tiempo de calentamiento existe un cambio de color a amarillo claro.
Disolución de espinaca
La solución de espinaca con ácido sulfúrico presenta un color oscuro, y mientras ésta calienta observamos que presenta un color negro mate. La energía desprendida al mezclar acido sulfúrico con el agua de la espinaca carboniza lo restante de la espinaca. Al agregar peróxido de hidrogeno la solución se vuelve amarilla. El peróxido puede actuar como agente reductor u oxidante. Al agregar agua destilada al matraz se observa que la reacción es exotérmica ya que existe un desprendimiento de calor. Sigue existiendo acido sulfúrico, la mezcla con agua es exotérmica.
Disolución de yeso
El yeso se disuelve con la mezcla de agua y ácido clorhídrico forma una mezcla incolora con un sedimento plomizo el cual puede ser cloruro de calcio formado por la reacción.
Disolución de suelo
Al preparar el agua regia después de 5 minutos desprende grandes cantidades de gas color amarillo (esta coloración esta dada por que en algunas oportunidades el ácido clorhídrico puede presentar una coloración amarilla y este es muy volátil), cuando esta es mezclada con la tierra y calentada en la hornilla, se observa que aún conserva el color amarillo. La composición mayoritaria del suelo son silicatos los cuales no reaccionan con el agua regia
7.- CONCLUSIONES
Realizamos de forma correcta con la muestra dada de suelo, el análisis y adecuación la muestra para la realización de un análisis químico cualitativo. Agregando una mezcla de agua regia para la preparación. De acuerdo a la procedencia, pudiendo ser materia orgánica o inorgánica, realizamos distintos procedimientos de preparación, procediendo de la manera preestablecida. Dado que nuestra muestra era de naturaleza inorgánica Conociendo la naturaleza, o el análisis que se desea realizar, hicimos los procedimientos adecuados y logramos preparar la muestra de tierra para su respectivo análisis.
8.- BIBLIOGRAFIA
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