OBJETIVOS
1.1 Aprender el manejo y las partes de un espectrofotómetro de absorción atómica 1.2 Aplicar Aplicar la espectrosc espectroscopia opia de absorción absorción atómica atómica para determinar determinar la concentraci concentración ón de diversos metales INTRODUCCION
El átomo consiste de un núcleo y de un número determinado de electrones que llenan cier cierto toss nive nivele less cuán cuántitico cos. s. La conf config igur urac ació ión n elec electr trón ónic ica a más más esta establ ble e de un átom átomo o corresponde a la de menor contenido energtico conocido como !estado fundamental". #i un átomo que se encuentra en un estado fundamental absorbe una determinada energ$a% ste e&perimenta una transición 'acia un estado particular de mayor energ$a. (omo este estado es inestable% el átomo regresa a su configuración inicial% emitiendo una radiación de una determinada frecuencia. #i a un átomo se le aplica energ$a de magnitud apropiada% esta será absorbida por el e inducirá a que el electrón más e&tremo sea promovido a un nivel energtico menos estable !estado e&citado")estado inestable* el electrón inmediatamente regresara a su configuración fundamental y emitirá una cantidad de energ$a radiante equivalente a la cantidad de energ$a inicialmente absorbida en el proceso e&citado +rincipio del mtodo, El mtodo para la determinación de metales por espectrofotometr$a de absorción atómica en aguas naturales% potables y residuales se basa en la generación de átomos en estado basal y en la medición de la cantidad de energ$a absorbida por estos% la cual es directamente proporcional a la concentración de ese elemento en la muestra anali-ada. La espectrofotometr$a de absorción atómica utili-a el fenómeno por el cual los átomos libres e&citados son capaces de absorber radiación proveniente de una fuente e&terna. ic'a radiación corresponde e&actamente a la energ$a requerida para una transmisión del elemen elemento to analianali-ado ado desde desde el estado estado electr electróni ónico co manual manual 'asta 'asta un estado estado electr electróni ónico co e&citado superior. La radiación no absorbida pasa atraves de un monocromador que a$sla la l$nea espectral de e&citación y pasa al fotodetector. La absorción se mide como la diferencia entre las se/ales trasmitidas en presencia y en ausencia del elemento por determinar. Los elementos en las muestras se encuentran en forma de molculas y es necesario romper su combinación para producir átomos libres% este proceso es conocido como atomi-ación. El mtodo más común de atomi-ación es la disociación por calentamiento a altas temperaturas y puede ser reali-ado con el uso de una llama qu$mica Etapas de separación de los átomos de sus enlaces en la llama
a. El disolvente se evapora rápidamente dejando part$culas diminutas de sales secas b. Los sólidos secos se convierten al estado gaseoso c. +arte o la totalidad de las molculas gaseosas se van disociando con formación de átomos o radicales neutros. Esta es la etapa de atomi-ación d. 0na porción de los átomos neutros pueden e&citarse trmicamente por colisiones con los componentes de los gases que no se 'an quemado por completo y pueden incluso llega a ioni-arse% lo que constituye una molestia en los análisis por espectrofotometr$a de absorción atómica e. Algunos de los átomos neutros se pueden combinar con radicales de los gases de la flama para formar nuevos compuestos gaseosos% tales como monó&idos metálicos. Esto da lugar a inferencias qu$micas
Los componentes básicos de un equipo de absorción atómica son
La fuente radiante más común para las mediciones de absorción atómica es la lámpara de cátodo 'ueco% que consiste en un cilindro relleno con un gas inerte dentro del cual se encuentra un cátodo )construido del metal a anali-ar* y un ánodo. Al aplicar un cierto potencial a travs de los electrodos esta fuente emite el espectro atómico del metal del cual está construido el cátodo. En la Espectroscopia de Absorción Atómica se utili-an atomi-adores con y sin llama para producir átomos libres del metal en el 'a- de la radiación. El atomi-ador con llama está compuesto de un nebuli-ador y un quemador. La solución de la muestra es convertida primero a un fino aerosol% y luego llevada a la llama que entrega la energ$a suficiente para evaporar el solvente y descomponer los compuestos qu$micos resultantes en átomos libres en su estado fundamental. Las me-clas de gases más usados para producir la llama adecuada son, airepropano% aireacetileno y ó&ido nitrosoacetileno. eneralmente% la elección dependerá de la temperatura requerida para la disociación de los compuestos y de las caracter$sticas qu$micas del elemento a determinar. En los atomi-adores sin llama3atomi-ación electrotrmica con 'orno de grafito el vapor atómico se genera en un tubo de grafito calentado elctricamente% en cuyo interior se ubica la muestra. Estos atomi-adores presentan diversas ventajas% como una alta
eficiencia en generar vapor atómico% permite el empleo de peque/os volúmenes de muestra y análisis directo de muestras sólidas. Los espectrofotómetros de absorción atómica poseen generalmente monocromadores de red con montaje de Littro4 o de (-erny35urner. Estos monocromadores permiten aislar una l$nea de resonancia del espectro emitido por la lámpara de cátodo 'ueco. (omo detector% se emplea un fotomultiplicador que produce una corriente elctrica% la cual es proporcional a la intensidad de la l$nea aislada por el monocromador. 0n amplificador selectivo amplifica la se/al pasando luego a un dispositivo de lectura que puede ser un volt$metro digital o un registrador u otros.
DIAGRAMA DE BLOQUES
6btención de la curva de calibración
Antes de leer la muestra Se ajusta el quemador con una tarjeta blanca con una línea, la luz tiene que pasar por en medio de esta, en caso de no estar alineado, ajustar con los tornillos
)ncender fama y optimiza, primero se abre el aire despu-s se abre el combustible !. y + unidades&
)l capilar se introduce en un aso de precipitados con agua obtenemos una absorbancia de /
obtener la cura de calibracion de absorbancia contra concentracion
Programar equipo, según la descripción del elemento a analizar
se escoge la opcion de tiempo de lectura * segundos + eces
Se ajusta la lampara% corriente que se utiliza es de '/ miliamampers !este es característico de cada lámpara según su elemento& Presentar la muestra dos !suero& y muestra tres !agua mineral& introducir el capilar en el 1rasco
Si se tiene un triángulo azul la fama a usar es acetileno y si es amarillo se usa fama de óxido nitroso dependiendo de la cantidad de energía que se necesite para excitar ese metal
Se escoge el metal y su longitud de onda, anco del slit, rango de trabajo ! "#$%$&, rango óptimo de trabajo !',' (,( ppm&% )stos son datos de sensibilidad del equipo%
Se pone el numero de muestras que se leeran0 blanco, agua mineral y suero
Presentar el blanco, introduciendo el capilar en el 1rasco , al terminar la determinacion se enjuaga con agua y se seca
Construir la curva d cali!raci"n #ara l $tal anali%ado &a!sor!ancia vs concntraci"n' ( R#ortar la concntraci"n dl $tal anali%ado n ##$ (
Buscar n la litratura o n nor$as vi)nts los valors #r$isi!ls #ara l #otasio
El potasio% en aguas potables rara ve- alcan-a los 27 mg L31% pero en salmueras puede contener más de 177 mg L31. ) NMX-AA-093-SCFI-2000*
Discutir los rsultados o!tnidos con rs#cto a la litratura o nor$as vi)nts ( *Cu+l s l o!,tivo d -acr una di)sti"n acida d la $ustra.
La tecnica de digestion con acidos se emplea para reducir la interferencia causada por la presencia de materia organica y con el metal% as$ liberar a todos nuestros iones a anali-ar de tal forma que pueda ser dererminada por espectrofotometria de absorcion atomica El acido nitrico digere en forma adecuada la mayoria de muestras. La presencia de nitrato es aceptable para absorcion atomica. #in embargo % algunas muestras pueden requerir la adicion de acido perclorico o sulfurico para una digestion completa. (omo una regla general% el /NO0 debe usarse para muestras limpias o con material facilmente o&idable. La digestion con /NO0 1 /CL es adecuado cuando la muestra tiene materia organica facilmente o&idable 2arts d a!sorci"n at"$ica Ti#os d 3la$as44444444444444444444444444444445
+ara diferentes flamas se utili-an diferentes quemadores dependiendo de la temperatura% la temperatura de una flama de aire acetileno esta entre 187731977 :( 'asta apro&imadamente 2;77 :( la flama de ó&ido nitroso con aire esta entre 28773;277 :( N!uli%ador
se le pone un capilar para que pase la muestra liquida por el nebuli-ador% es a'$ donde pasa una corriente de aire la cual se combina con la muestra liquida% que está a una alta presión< 'ay una diferencia de presión por lo que se 'ace un vac$o% el capilar nos ayuda a la succión de la muestra y as$ obtenemos un aerosol D3lctors
posteriormente pasa atraves de una serie de deflectores% los deflectores )esferas metálicas* rompen en part$culas más peque/as el aerosol )en el que se 'a transformado nuestra muestra*% si por ejemplo se empie-a con 177 micrómetros acabamos con
part$culas 17 micrómetros. Lo que no sirve se va a los desec'os )por una manguera conectada por la parte de abajo* no toda la muestra es utili-ada L+$#ara d c+todo -uco444444444444444444444444444
tiene un ánodo y un cátodo% el cátodo está 'ec'o del material que se va a anali-ar. =ay una lámpara para cada uno de los metales% etas se llaman multi elementos% la lámpara está llena de un gas inerte este es argón o neón. Está conectada a las terminales esto produce una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. E&iste el c-is#orroto % esta energ$a se transfiere al gas inerte% si se le está transfiriendo energ$a al átomo del gas se empie-a a ioni-ar% es as$ como obtenemos un gas con alta energ$a% estos iones del gas viajan as$a la superficie del cátodo% se tiene suficiente energ$a para remover uno de los átomos de la superficie es as$ como tenemos átomos de potasio en la nube con los iones del gas% estos c'ocan entre si y al c'ocar se le dona un electrón y el átomo de potasio queda en un estado de alta energ$a% entonces de su estado fundamental va a bajar de nuevo a su estado basal y va a emitir un fotón de lu- y este fotón de lu- tiene cierta longitud de onda. Costo d l+$#ara d c+todo -uco 44444444444444444444444
0na lámpara de cátodo 'ueco% según la marca está entre los >7 a ;7 dólares% en mercado libre esta entre ?;
[email protected] y
[email protected] dependiendo el elemento
Mncionar las caractr6sticas 7u d! runir una curva d cali!raci"n
(uando la absorbancia de soluciones estándar de concentración conocida del elemento a determinar se grafica vs. la concentración% se obtiene una curva de calibración. La curva as$ obtenida es generalmente lineal a bajas concentraciones y la concentración de la muestra puede ser determinada por interpolación de su absorbancia en la curva de calibración. +ara emplear este mtodo de análisis cuantitativo la composición de las soluciones estándar deben ser preparadas lo más semejante posible a la composición de la solución3 muestra para compensar o eliminar interferencias. Especialmente útil resulta el empleo del mtodo de adición estándar% el cual permite trabajar en presencia de una interferencia sin eliminarla y obtener una determinación con buena e&actitud del elemento en la solución3muestra. nterferencias f$sicas y algunas interferencias qu$micas pueden ser compensadas empleando este mtodo que consiste en la adición de cantidades diferentes de una solución estándar del elemento a determinar a varias porciones iguales de la solución3muestra. e esta forma% la interferencia afectará por igual a todas las soluciones. #i e&iste interferencia% se observará que la pendiente de la adición estándar es menor que la de la curva de calibración. El$nto r3ractario
#i se tiene el tri+n)ulo a$arillo en la descripción al momento de anali-ar un elemento% se dice que este es un elemento refractario dependiendo de esto se puede decidir qu tipo de flama Aquel cuerpo que resiste la acción del fuego sin cambiar de estado ni descomponerse. Es decir% se considera como material refractario a todo aquel compuesto o elemento que es capa- de conservar sus propiedades f$sicas% qu$micas y mecánicas a elevada temperatura. 5iene enlaces interatómicos fuertes. +or eso es que se usa ó&ido nitroso con aire porque la temperatura esta entre 28773;277 :( )flama amarilla*
Un anc-o dl slit
0n sistema de lentes% espejos y aberturas y enfoquen el 'a- de radiación y un monocromador que separe la radiación de bandas estrec'as de longitud de onda% Las l$neas de emisión de las fuentes de cátodo 'ueco son muy estrec'as% es rara la interferencia debida a la superposición de las l$neas< para que e&ista esta interferencia la
separación entre las dos l$neas tiene que ser menor a 7%1 B. Algunos instrumentos poseen #lit )rendija* y monocromadores muy finos que pueden discernir en 7%1 nm de diferencia.
E8#li7u #or7u n s#ctrosco#ia d a!sorci"n at"$ica9 cada l$nto d! lrs d acurdo a s#ci3icacions controladas
La diferencia de potencial que se aplica es suficiente como para eliminar un electrón a la capa e&terna llena del gas% por eso viaja al cátodo que está en la superficie removiendo los átomos de potasio que están a'$% le quita su electrón y es as$ como pasa de estado e&citado a basal% va a emitir un fotón de cierta energ$a a cierta longitud de onda% por eso es que cada elemento tiene una lámpara diferente% por ejemplo el cobre no es la misma energ$a del fotón de lu- por lo tanto no es la misma longitud de onda que va a emitir este metal
Utili%ar una ta!la d l6$its d dtcci"n indicar #ara l #otasio su l6$it d dtcci"n : l $;todo $+s a#ro#iado #ara su dtr$inaci"n (
CONCLUCIONES
Al leer la curva no se pudo leer una concentración por debajo de ;% ya que la absorbancia dio negativa% esto quiere decir que la lámpara ya despus de que el átomo de potasio que estaba en la nube de gas que estaba en su estado basal va a volver a la superficie del cátodo y se va a volver a incorporar% las probabilidades de que vuelva a la superficie son muy pocas% lo que queda volando va y se deposita en el fondo en forma de manc'a. +or eso es que no se obtiene la concentración por debajo de ;. +or falta de tiempo no se terminaron de leer las muestras% el procedimiento se tuvo que reali-ar dos veces ya que no se tuvo cuidado al introducir el capilar en el frasco con muestra.
(uando se 'ace la digestión se tienen sales de potasio% en este caso tenemos nitratos de potasio o cloruros de potasio. 5enemos nitratos y cloruros porque forman los ácidos de los cuales partimos para 'acer la digestión% dejando solo los átomos para atomi-ar
BIBLIOGRA
3#Coog% ouglas A. Leary% Dames D. !Análisis nstrumental"% Editorial ( ra43'ill)1FF>* 3(entro +anamericano de ngenier$a #anitaria y (iencias del Ambiente% Análisis de etales en Agua +otable y Gesidual por Espectrofotometr$a de Absorción Atómica% programa de control de calidad y desarrollo de laboratorios% Lima 1FF@% 6+#(E+#+0H
[email protected]% Espa/ol 3AIJL## E A0A 3 E5EGIA(KI E E5ALE# +6G AH#6G(KI A5K(A EI A0A# IA50GALE#% +65AHLE#% GE#0ALE# GE#0ALE# 5GA5AA# 3 M566 E +G0EHA )(AI(ELA A LA IN3AA37@131F91* IN3AA37@13#(O32771% (0, @>;.;.>2% #E(GE5AGA E E(6I6A
