Monografia: Tratamiento y disolución de muestras. Febrero 23 de 2016 Maicoll Arturo Vanegas ó!e" #ma$anegasl%unal.edu.co # ma$anegasl%unal.edu.co & Mar'a (aula )astidas *aramillo #m!bastidas%unal.edu.co& #m!bastidas%unal.edu.co& +,-/, + M/-TALa mayoría de los métodos separativos y determinativos utilizados en el análisis químico, se llevan a cabo en solución, por lo que las sustancias sólidas se deben disolver convenientemente para poner en solución los elementos de interés. Esta solución por lo general es acuosa, sobre todo si se trata de materiales inorgánicos. Por otra parte, el hecho de conocer la solubilidad de una muestra, parcial o total, es un dato importante para dilucidar la naturaleza del material. La manera de poner un material en solución depende undamentalmente de la naturaleza de la muestra y las características del componente a determinar. Puede ocurrir que se desee determinar el contenido de !a en una muestra heterogénea donde este elemento está contenido solamente en una sal como el !a"l. Entonces, nos debe preocupar #nicamente la puesta en solución del !a"l y en dicha solución hacer la determinación correspondiente. Las sustancias empleadas habitualmente como disolventes incluyen$ agua, ácidos concentrados y diluidos, mezclas de ácidos %agua regia& y sustancias sólidas %undentes&. 'lgunos autores denominan ()*+L")+! de una muestra, al proceso que utiliza un solvente líquido %generalmente acuoso& a temperaturas ineriores a los - /", para poner en solución los elementos deseados. El térmi término no disg disgrega regación ción se utiliza para e0presar una acción más enérgica, tanto en relación a la temperatura y presión, como a la característica de la sustancia empleada en tal caso. 1abitualmente se emplean en este procedimiento ácidos uertes concentrados, solos y en mezclas, a temperaturas por encima de los -2 /", mientras que, en el caso de los sólidos undidos, las temperaturas pueden sobrepasar los -/". "on ambas sustancias, las cantidades del reactivo empleadas son muy altas. En este término se incluye también el tratamiento de la muestra con sustancias gaseosas, tal es el caso del uso de "l 2. 3ambién 3ambién corresponde mencionar aquí el uso de sistemas cerrados ba4o presión %bombas Parr& dond dondee se util utiliz izan an ácid ácidos os como como disg disgre rega gant ntes es a temp temper erat atur uras as mode modera rada dass y elev elevad adas as pres presio ione ness %apro0imadamente %apro0imadamente entre 5 y- atm y hasta 6 atm&.
+,-/, n orden creciente de severidad de una técnica de disolución sería$ agua, agua caliente, ácidos diluidos, ácidos concentrados y agua regia. "ada sustancia empleada como disolvente se la debe utilizar primero en río y después en caliente, y para cuando se trata de ácidos, primero diluido y posteriormente concentrado. *i se desea comprobar que se ha disuelto parte del material, se evaporan unas gotas de la solución obtenida. *i aparece alg#n depósito quiere decir entonces que eectivamente parte del material se disolvió. "uando la solución se ha hecho con ácidos concentrados, es necesario eliminar el e0ceso de ácido por cuanto puede ser per4udicial en el procedimiento posterior. posterior. Procedimiento:
na vez pesada la muestra se la coloca en un vaso de precipitado, el que debe cubrirse con un vidrio relo4 con el lado conve0o hacia aba4o. El solvente se agrega con mucho cuidado, utilizando para ello una varilla de vidrio apoyada contra la pared del vaso a eectos de evitar salpicaduras.
Monografia: Tratamiento y disolución de muestras. Febrero 23 de 2016 Maicoll Arturo Vanegas ó!e" #ma$anegasl%unal.edu.co & Mar'a (aula )astidas *aramillo #m!bastidas%unal.edu.co& Ensayos de solubilidad:
-. Agua. 'l tratar de disolver una sustancia en agua y posteriormente calentar, además de observar la disolución en sí, se debe veriicar el desprendimiento de gases tales como$ + 2, 12*, 1"l, 17r, 1), 16!8 puede haber, además, un cambio de p1 y ormación de un compuesto insoluble. 2. 4l. 'lgunas sales %y compuestos naturales& desprenden gases cuando son tratados con 1"l. (ichas sales provienen de ácidos débiles, como es el caso del "a"+ 6. Los volátiles producidos en estos casos son "+2, 12*. El reconocimiento de carbonatos en muestras naturales se hace habitualmente por reacción con 1"l, para observar el desprendimiento de "+ 2. La disolución con 1"l puede producir también compuestos insolubles$ cloruros de 'g 9, Pb 29, 1g 2 29. En general, el 1"l es un buen disolvente de los ó0idos.
3. 43. El ácido nítrico, además de disolvente es un agente o0idante muy utilizado y en especial cuando la muestra contiene materia orgánica. El 1!+ 6 es un buen disolvente de los metales por cuanto se combina la acción o0idante y la de ácido propiamente dicho. "u 9 2 1!+ 6 9 2 19 ⇒ "u29 9 2 !+2 9 2 12+ :. 4l 5 43. %6 vol#menes de 1"l
∼
-2 ; 9 - volumen de 1!+ 6 ∼ -< ;&.
Esta mezcla conocida con el nombre de agua regia, es un importante disolvente de suluros metálicos, 'u y Pt. Es una combinación de poder o0idante y comple4ante, al que se suma el de ácido propiamente dicho. En algunos casos se puede reemplazar la acción o0idante del 1!+ 6 por ="l+6
+,-A, + -,+/- ,-/)- A,+En algunos casos puede quedar un residuo insoluble después de tratar una muestra con agua o ácido. En tal caso debe procederse a una disgregación, lo que permitirá una posterior disolución en agua o ácidos. 1ay sustancias a las que inicialmente deben disgregarse en orma enérgica por cuanto el agua o los ácidos no tienen eectos sobre ellas. *e incluyen aquí muchas muestras de origen natural %ó0idos de 'l, >e, "r, etc. y silicatos en general&. La disgregación es un procedimiento por medio del cual, una muestra o residuo insoluble se pone en contacto con otras sustancias sólidas, por lo general mezclas salinas, o con ácidos uertes o sus mezclas en condiciones muy enérgicas. En general, los disgregantes son sustancias muy reactivas a lo que se le agrega la acción de la temperatura y en algunos casos de la presión. En las disgregaciones que utilizan sustancias sólidas como undentes, la eectividad de la operación se debe a las
Monografia: Tratamiento y disolución de muestras. Febrero 23 de 2016 Maicoll Arturo Vanegas ó!e" #ma$anegasl%unal.edu.co & Mar'a (aula )astidas *aramillo #m!bastidas%unal.edu.co& elevadas temperaturas de la misma, como también a la alta concentración de reactivo. Los undentes alcalinos %!a 2"+6, !a+1, !a 2+2&, se emplean para disgregar sustancias de naturaleza ácida %e4. silicatos&. Los undentes de naturaleza ácida %=1*+ :& con sustancias alcalinas %>e 2+6&. Para las sustancias anóteras, se emplean undentes ácidos y básicos. Los undentes o0idantes %!a2+2& se emplean rente a sustancias o0idables %>e+&.
(,,(A- AT- +,-AT-. +,-A,7 AA,A
, Alcalina sim!le: Disgregante: Na 2CO3 o Na 2CO3 - K 2CO3 (1:1): Las sustancias que se disgregan en este caso son$ sulatos alcalinos térreos %*r*+ : ? 7a*+:&, silicatos y *i+2, entre otros. *i se emplea !a 2"+6, la temperatura de usión debe sobrepasar los @< /" %punto de usión del carbonato&. En cambio, cuando se usa la mezcla !a 2"+6 ? =2"+6, la temperatura de usión es 5< /", pues orman un eutéctico con ese punto de usión. Disgregante: KOH – NaOH$ Estos hidró0idos pueden emplearse como sólidos o soluciones concentradas. Las sustancias que se disgregan son$ halogenuros de 'g, cianuros, silicatos minerales que no se pueden atacar con mezclas de ácidos. •
,, Alcalino5o8idante: Disgregante: Na 2CO3 + KNO3 (:2)! Na 2CO3 + Na 2O 2 (1:1) "on estas sustancias se disgregan$ suluros y arsenosuluros, sales de "r anhidras o calcinadas
2. +,-A, A,+A •
9cidos concentrados: *e emplean en este caso, 1 2*+:, 1"l+ :, 1"l, 1>, solos o mezclados con otros ácidos. Las sustancias que se pueden disgregar incluyen$ mezclas inorgánicas y orgánicas, osatos naturales, carbono, ósoro, luoruros y luorosilicatos. El 1 2*+: concentrado y en caliente, solo o mezclado con otros ácidos %1!+ 6& se utiliza en la disgregación de sistemas con materia inorgánica y orgánica, como los materiales biológicos, para la determinación de iones metálicos. El ataque se hace en matraces tipo =4eldahl, calentando directamente a la llama. Este procedimiento es el que se conoce habitualmente como mineralización, y es utilizado siempre que hay materia orgánica en cantidades importantes en la muestra. El 1"l+ : también se usa en casos similares solo que al contacto con la materia orgánica puede producir e0plosiones debido a la liberación violenta de gases, particularmente "+2. Por tal razón es com#n usar inicialmente 1!+ 6
Monografia: Tratamiento y disolución de muestras. Febrero 23 de 2016 Maicoll Arturo Vanegas ó!e" #ma$anegasl%unal.edu.co & Mar'a (aula )astidas *aramillo #m!bastidas%unal.edu.co& o 12*+:, y una vez eliminado el reductor %materia orgánica&, proseguir el ataque con 1"l+:.
MAT,A- M(A+-. "uando se realizan disgregaciones utilizando ácidos concentrados en caliente, los elementos apropiados son$
Vidrio: si entre los ácidos no se encuentra el 1> %recordar que este ácido ataca el vidrio&. La temperatura con este material no debe superar los < /" %vidrio píre0&.
Teflón: tilizado en sistema abierto %vaso& o cerrado %tipo bomba Parr&. Este material es muy importante cuando la disgregación con ácidos emplea 1>, ya que, a dierencia del vidrio, no es atacado. La temperatura má0ima a que se puede usar el telón es de 2< /", por encima de la cual el material se descompone. Las bombas tipo Parr, son vasos de telón con tapa hermética, con4unto al que se le coloca una cubierta de acero ino0idable que posee un cierre a rosca. Las disgregaciones se realizan en medio ácido con 1> y se utiliza undamentalmente cuando se desea disolver silicatos. 'dmite temperaturas de -2/", aunque hay algunas más robustas que toleran hasta 2< /". !o se deben incluir entre los ácidos aquellos que reaccionen con el telón, cual es el caso del 1"l+ :.
(latino: *e puede utilizar con cualquier mezcla ácida e0cepto el agua regia que lo ataca. ntre los crisoles em!leados !ara las fusiones encontramos: !orcelana y cuar"o: (isgregaciones con undentes alcalinos, sean estos o0idantes, reductores o sulurantes. Las disgregaciones ácidas con =1*+ : o con ácidos concentrados incluyendo el uso de 1>, se llevan a cabo también en crisoles o cápsulas de Pt. Por su importancia en el análisis y elevado precio, los crisoles de Pt deben utilizarse con el debido cuidado
+,-T, + M/-TA- ),,ALa cantidad de minerales en los alimentos se determinan mediante procedimientos analíticos sobre las cenizas de las muestras incineradas. El proceso de incineración destruye los compuestos orgánicos y libera los minerales e0istentes. Estos métodos no incluyen el contenido de nitrógeno de las proteínas, ni otros elementos que se convierten en gases cuando se incineran los alimentos. Los elementos vestigio que se consideran clínicamente relevantes en materiales biológicos pueden clasiicarse en tres grandes grupos$ • • •
Elementos vestigio esenciales$ "a, "r, "u, >, >e, ), ;n, ;o, *e, *i, *n, A y Bn. Elementos vestigio no?esenciales usados terapéuticamente$ 'l, 'u, 7, 7i, "o, Ce, Li y Pt. Elementos vestigio tó0icos y no?esenciales$ 'g, 's, 7a, 7e, "d, 1g, !i, Pb, *b, 3e y 3l.
Monografia: Tratamiento y disolución de muestras. Febrero 23 de 2016 Maicoll Arturo Vanegas ó!e" #ma$anegasl%unal.edu.co & Mar'a (aula )astidas *aramillo #m!bastidas%unal.edu.co& En el caso particular del cuerpo humano, los elementos que 4uegan un rol metabólico también pueden dividirse en varios grupos$ • •
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Elementos presentes en grandes concentraciones$ !a, =, "a ,;g. Elementos presentes en el nivel de ppm o más ba4os, que act#an como carriers de enzimas$ Bn, "u, !i, ;n, *e, entre otros. Elementos presentes en concentraciones variables y que se comportan como contaminantes$ Pb, "d y 1g. Elementos introducidos como parte de un tratamiento.
Los elementos en sistemas biológicos están presentes en orma ligada a un compuesto orgánico, el que está en De0ceso en orma apreciable. La eliminación de materia orgánica y mineralización de estos elementos no solo es deseable, sino que orma parte de una etapa crucial que precede a las de separación y medida analítica. Los constituyentes orgánicos por lo general interieren tanto en la separación como en la medida. Los elementos vestigio son eluidos desde la matriz orgánica hacia una solución acuosa o son separados por volatilización de la materia orgánica. Esta #ltima etapa, usualmente denominada calcinación %ashing& comprende la eliminación de la materia orgánica por conversión a una orma gaseosa. El residuo inorgánico contiene los elementos de interés. Los métodos más importantes para transormar muestras biológicas como te4idos y luidos adaptables a los sistemas de nebulización y por ende apropiadas para técnicas instrumentales como espectrometrías atómicas, se basan especialmente en la destrucción de la materia orgánica la que puede ser mediante procedimientos por vía seca o h#meda. En cualquier caso, el método empleado debe hacerlo evitando todo tipo de contaminación, reteniendo los analitos en el residuo inorgánico y e0trayendo los componentes orgánicos de la muestra.
(+,M,T- ( V,A -A Este procedimiento se lleva a cabo seg#n dos procedimientos$ •
Elevadas temperaturas$ *e realiza en un horno mula y en varias etapas. La primera consiste en un secado a temperaturas que oscilan entre -< y -< F", luego una precalcinación entre 2 y : F" para inalmente proceder al calcinado principal entre :< y << F". *i no se desean determinar elementos volátiles, el calcinado principal se puede realizar a temperaturas pró0imas a los @ F". *e debe poner especial cuidado en no elevar la temperatura en demasía puesto que se pueden ormar compuestos reractarios diíciles de disolver posteriormente por los métodos tradicionales. Las cenizas resultantes se pueden disolver en ácidos o mezclas de ellos. *e emplean habitualmente 1"l, 1!+ 6 y 12*+:. "uando la muestra tiene cantidades importantes de osatos y uratos, es recomendable el empleo inal de agua regia como disolvente. La principal venta4a de este método es su simplicidad y las desventa4as están relacionadas con las pérdidas por volatilización, largos tiempos de calcinación y contaminación causada por las impurezas introducidas por el aire y el container empleado para la calcinación como es el caso del vidriado con ó0ido de 3i y Bn en los crisoles de porcelana.
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7a4as temperaturas$ Las temperaturas empleadas son de - a 2 F" y se calcinan entre - y < g de muestra en una atmósera de o0ígeno generada por un campo magnético de alta recuencia. Es #til para aquellos casos en que se desea evitar pérdidas de elementos volátiles como Pb y "d.
(+,M,T- ( V,A 4/M+A Estos procedimientos incluyen la descomposición de muestras empleando ácidos o0idantes, solos o en mezclas, en sistemas abiertos a presión atmosérica o en sistemas cerrados ba4o presión. Esto #ltimo se hace con el in de emplear temperaturas mayores que aquellas correspondientes al punto de ebullición de los reactivos y originar presiones elevadas que aceleran el proceso. *e suelen emplear, además, agentes o0idantes au0iliares, tal es el caso del peró0ido de hidrógeno, los que destruyen la materia orgánica transormado la muestra en un residuo compuesto por sales que son ácilmente solubles en ácidos diluidos. •
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"iste#as $biertos $ En estos sistemas se emplean los vasos comunes tipo erlenmeyer y =4eldahl, con o sin condensadores de relu4o. "uando la muestra posea elementos volátiles a determinar, es conveniente el empleo de rascos cuello largo a in de evitar pérdidas. El 1 2+2 es un reactivo de uerte poder o0idante que se lo emplea com#nmente en combinación con el 1 2*+:. "iste#as %errados: Los ácidos utilizados se pueden calentar a temperaturas mayores incrementando con ello el poder o0idante. *in embargo, es limitado por la cantidad de muestra que puede utilizarse, puesto que hay una liberación importante de gases con un incremento de la presión. La cantidad de muestra que se emplea habitualmente es < mg. En algunos casos se puede hacer una pre?digestión en la misma bomba con lo que se produce la destrucción de gran parte del material orgánico. Esto permite a su vez incrementar la cantidad de muestra. n aspecto importante de la digestión en sistemas cerrados es que se pueden determinar aquellos elementos volátiles, los que ba4o otras circunstancias pueden perderse. Esto se aplica en especial a elementos ormadores de hidruros como 's, *b, *e y 3e.
(+,M,T n procedimiento por Dvía h#medaD adecuado para descomposición de muestras biológicas consiste en la colocación de la muestra en un tubo de digestión %:2 mm de diámetro y 6 mm de alto& o en un matraz tipo =4eldahl y agregar < mL de ácido nítrico concentrado. *e coloca un tubo rerigerante de aire y se calienta a G F" durante -2 horas. *e eleva luego la temperatura hasta -2 F" durante una hora y inalmente a -:F" pero sin el rerigerante para evaporar hasta unos - mL apro0imadamente. *e de4a enriar y se agrega con mucho cuidado ácido perclórico calentando posteriormente hasta 22 F" durante media hora y con el rerigerante colocado. >inalmente se retira el rerigerante y se evapora hasta unos 2 ml apro0imadamente. El residuo inal se lleva a volumen con agua destilada. El tiempo total empleado en esta digestión lleva -@ horas. El periodo de digestión y el aumento progresivo del poder o0idante, combinando ácidos y temperaturas, evita la ormación de compuestos volátiles %especialmente de 's, *e y *b& al mismo tiempo nos da las condiciones enérgicas para romper los órganos compuestos más resistentes. El #nico elemento que se pierde con este método de digestión es el 1g.
Monografia: Tratamiento y disolución de muestras. Febrero 23 de 2016 Maicoll Arturo Vanegas ó!e" #ma$anegasl%unal.edu.co & Mar'a (aula )astidas *aramillo #m!bastidas%unal.edu.co& +,-T,7 ( M,+AEn el espectro electromagnético la radiación comprendida entre 6 y 6. ;1z corresponde a la energía de microondas. (e estas recuencias la más empleada para microondas cientíico e industrial es 2:< ;1z. La importancia de esta técnica es que se logran temperaturas y presiones elevadas en periodos de tiempo muy cortos. *e conocen dos tipos de equipos$ industriales y domésticos. Los primeros pueden ser totalmente automáticos, mientras que en los segundos no por lo que se transorman en equipos de mucho cuidado por los accidentes. Los reactores empleados se construyen de materiales transparentes a las microondas como P3>E, policarbonato y polietileno. Las venta4as de ésta técnica pueden resumirse así$ -. Es muy eiciente. 2. Es muy escasa la pérdida de volátiles. 6. *e reducen considerablemente los tiempos. :. Permite la automatización. (entro de las desventa4as podemos citar$ -. Hequiere equipo especial %incluidos los reactores&. 2. Es un sistema riesgoso. 6. *e procesan pocas muestras. :. *e requiere personal e0perimentado. n procedimiento típico para disgregación de muestras orgánicas con microondas es$ ,2< g de muestra más - mL de 1 2+2 y 6 mL de 1!+ 6 concentrado se de4a en reposo por 6 horas. *e e0pone a las microondas a mitad de su potencia por unos pocos minutos %2 a < minutos&. *e destapa el reactor para liberar presión %por seguridad& y se procede a entregar más energía por microondas en periodos de 2 minutos hasta disolución total.
