• Author / Uploaded
• edson

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de química e ingeniería química Departamento académico de Química Analítica e Instrumental Laboratorio de Análisis Instrumental

ESPECTOFOTOMETRÍA DE EMISIÓN DE LLAMA – ANÁLISIS DE POTASIO EN GATORADE Profesora Alumnos

: :

Alvarez Bautista Jenny

Gonzáles Caramantín Carlos Jhozimar 13070098 Ortega Arica Diego Gonza Chacmana Milagros

04070187 Pinedo Taquia Aldeir Fecha de realización de la práctica Fecha de entrega del informe

Lima-Perú 2015-II

: :

23 de Octubre 30 de Octubre

Universidad Nacional Mayor de San Marcos INDICE I

FUNDAMENTO DEL METODO DE ANALISIS……………………………….……..1

II

DESCRIPCION DE LA TECNICA EMPLEDA…………………………………….…5

III

DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO:..................................................................8 MATERIALES REACTIVOS E INSTRUMENTOS

IV

CALCULOS DETALLADOS:…………………………………………………………. 9 TABAL DE RESULTADOS GRAFICO DE LOS EXPERIMENTOS……………………………………………….11

V

DISCUSIÓN DE LA TECNICA EMPLEADA…………………………………………12

VI

DISCUSIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS……………………………………...12

VII

CONCLUSIONES…………………………………………………………………….....13

VIII

RECOMENDACIONES…………………………………………………………………13

IX

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………..13

X

ANEXOS………………………………………………………………………………….14

2

Universidad Nacional Mayor de San Marcos I.

FUNDAMENTO DEL METODO DE ANÁLISIS

ESPECTROFOTOMETRÍA DE EMISIÓN DE LLAMA La espectroscopia de emisión con llama es un método analítico basado en la medida de la energía radiante emitida por átomos (o iones o moléculas) de un elemento que se encuentra en estado de vapor. A temperatura ambiente, todos los átomos de una muestra se encuentran esencialmente en el estado fundamental. Los átomos son elevados a un estado electrónico excitado térmicamente, es decir, a través de colisiones con los gases quemados en la llama. El tiempo de vida de un átomo en el estado excitado es breve y su vuelta al estado fundamental va acompañada de la emisión electromagnética y la longitud de onda de esa radiación está en correspondencia con la diferencia de energía entre ambos estados. Mediante un sistema monocromador o de filtro se aísla la zona del espectro de interés y la intensidad de la señal emitida se mide con un sistema fotométrico adecuado. La correlación entre la intensidad de la señal y la concentración del elemento emisor en una solución permite la utilización de este fenómeno con fines cuantitativos. Si la emisión se produce por la transición desde el primer estado excitado al fundamental se obtienen las llamadas líneas de resonancia que son las más intensas y las que se utilizan generalmente en este método.

A pesar de que las líneas de emisión están causadas por una transición entre estados energéticos cuantizados, y pueden ser muy agudas a primera vista, tienen una anchura finita; es decir, se componen de más de una longitud de onda de luz. Esta ampliación de la línea espectral tiene muchas causas diferentes. Las líneas de emisión en los gases calientes fueron descubiertas por Ångström, y la técnica fue desarrollada por David Alter, Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen. La espectrometría de emisión suele llamarse a menudo espectrometría de emisión óptica, debido a la naturaleza de la luz que se emite. 3

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

CARACTERÍSTICAS DE LA LLAMA La mayor fuente de incertidumbre en este método la constituyen las variaciones en el comportamiento de la llama, de modo que es importante conocer sus características y las variables que la afectan. La llama debe cumplir ciertos requisitos: poseer la temperatura adecuada para llevar a cabo satisfactoriamente los procesos ocurridos en su seno; que su temperatura se mantenga constante, y que su propio espectro no interfiera en la observación especifica de la emisión que se desea medir. 1-Temperatura de la llama La llama se obtiene mediante la reacción de un combustible y un oxidante (o comburente) en el un quemador o mechero. Dependiendo del tipo y composición de la mezcla utilizada se alcanzan diferentes temperaturas en la llama. En el cuadro siguiente se indican las temperaturas máximas que se alcanzan según las mezclas combustiblecomburente empleadas:

TÉCNICA EXPERIMENTAL EN LA ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN POR LLAMA

La solución que contiene la sustancia que va a ser analizada se conduce al quemador y se dispersa en la llama como un spray fino. El solvente se evapora en primer lugar, dejando partículas sólidas finamente divididas que se desplazan a la región más caliente de la llama, donde se producen átomos e iones gaseosos. Los electrones son entonces excitados, tal como se describió más arriba. Es común usar un monocromador para permitir una detección fácil. En un nivel simple, la espectrometría de emisión por llama se puede observar utilizando sólo un mechero Bunsen y muestras de metales. Por ejemplo, el metal sodio colocado en la llama se iluminará de amarillo, el metal calcio de rojo y el cobre creará una llama verde. Hay cuatro etapas principales durante la espectrometría de emisión por llama: 1. Evaporación: La muestra que contiene partículas metálicas se deshidrata por el calor de la llama, y el disolvente se evapora. 2. Atomización: En esta etapa, los iones metálicos que se encontraban en el disolvente se reducen a átomos de metal. Por ejemplo, Mg2 + (aq) + 2e → Mg (g). Los electrones en los átomos de metal absorben la energía del calor de la llama y pasan a niveles más 4

Universidad Nacional Mayor de San Marcos altos de energía. 3. Excitación: Los electrones en estado basal de los átomos de metal son ahora capaces de absorber la energía del calor de la llama. El cuanto (cantidad) de energía absorbido depende de las fuerzas electrostáticas de atracción entre los electrones con carga negativa y el núcleo de carga positiva. Esto, a su vez, depende del número de protones en el núcleo. Como los electrones absorben energía, se desplazan a niveles más altos de la energía y pasan a estado excitado. 4. Emisión de radiación: Los electrones en estado excitado son muy inestables y se mueven hacia un estado basal con bastante rapidez. Cuando lo hacen, emiten la energía que absorbieron. Para algunos metales, esta radiación corresponde a longitudes de onda de luz en la región visible del espectro electromagnético, y se observan como un color característico del metal. Como los electrones de diferentes niveles de energía son capaces de absorber luz, el color de la llama será una mezcla de todas las diferentes longitudes de onda emitidas por los distintos electrones en el átomo de metal que se investiga. Atomizadores de llama En espectroscopía se utilizan dos tipos de mecheros, mecheros de flujo turbulento o de consumo total y mecheros de flujo laminar. Los mecheros de flujo turbulento (fig 24.2a) están caracterizados porque tanto los gases (combustible y oxidante) como la muestra confluyen a la vez a la salida del mechero en la base de la llama. La muestra se aspira por efecto Venturi creado por el flujo de gases en torno a la punta del capilar. Los caudales típicos son del orden de 1 a 3ml /min. Estos mecheros tienen la ventaja de introducir en la llama cantidades relativamente grandes y representativas de la muestra. Entre los inconvenientes está un camino óptico relativamente corto, problemas de obstrucción, ruidosos tanto desde el punto de vista electrónico como sonoro. Se utilizan casi exclusivamente en emisión en instrumentos pocc costosos. Mucho mejores son los mecheros de flujo laminar o de premezcla (fig.). La mezcla se nebuliza por el flujo de oxidante al pasar por la punta del capilar. El aerosol resultante se mezcla a continuación con el combustible, y fluye a traves de una serie de deflectores que sólo dejan pasar las gotas más finas. De todo ello resulta que una gran parte de la muestra se deposita en el fondo de la cámara de premezcla, de donde drena a un recipiente de deshecho. Elaaerosol, el oxidante y el combustible pasan luego a un mechero de ranura, que da una llama normalmente de 5 a 10 cm de longitud. Estos mecheros proporcionan una llama relativamente silenciosa que junto con su gran camino óptico hacen que aumente la sensibilidad y la reproducibilidad. Entre los inconvenientes de los mismos figura el hecho de que la llama pueda retroceder hacia la cámara de premezcla y provocar un

5

Universidad Nacional Mayor de San Marcos explosión, aunque actualmente vienen dotados de grandes medidas de seguridad. Etapas y procesos de la atomización Las etapas implicadas en la atomización de los analitos son comunes a todos los métodos de llama, a saber: a) transporte de la disolución que contiene el analito; b) nebulización; c) transporte del aerosol; d) desolvatación; e) vaporización; f) equilibración de las especies vaporizadas; y g) medida de absorción emisión o fluorescencia atómica. En la fig10.4 se esquematizan estas etapas que pasaremos a comentear a continuación:

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INSTRUMENTO

PerkinElmer Inc. - AAnalyst 200

Control y de datos del sistema

Interfaz de usuario

Control completo del AAnalyst ™ 200 a través de una innovadora interfaz de pantalla táctil. Software flexible para la configuración de la lámpara,

6

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Display Manejo de datos

Análisis de las muestras

Accesorios

control de la llama, la selección de parámetros y análisis de muestras. El menú de herramientas proporciona acceso a las condiciones recomendadas, método de almacenamiento y recuperación, transferencia de datos y de imágenes de diagnóstico de servicio. El AAnalyst 200 soporta múltiples idiomas, incluyendo el español, Inglés, francés, ruso, japonés, alemán, italiano y chino. A todo color de 10,4 "de pantalla táctil LCD. Resolución VGA (640 x 480 píxeles). Recubierto para una máxima durabilidad y vida útil. La página de parámetros se utiliza para configurar el análisis.Los usuarios pueden seleccionar hasta ocho patrones de calibración o un estándar reslope y elegir entre siete algoritmos de calibración diferentes. Tiempos de integración son operadores seleccionable 0,1 a 99,9 seg. Opciones de impresión incluyen métodos, réplicas y curva de calibración.Modos de medición de señales incluyen la integración promediada en el tiempo, gráficos continuos manuales y medición de pico de altura. Un pedal opcional para desencadenar una lectura también está disponible. La página de muestra-análisis se utiliza para el análisis manual o automatizado. Todos los resultados se muestran en la pantalla. Botones separados para blanco, estándares y muestras permiten el análisis fácil. Muestra los números de identificación se pueden añadir. La curva de calibración se pueden visualizar e imprimir con el coeficiente de correlación, la pendiente y la intercepción. Peaks puede visualizar e imprimir utilizando el accesorio MHS-15. El análisis automatizado se puede realizar con el inyector automático AS90plus o AS-93plus. El MHS-15 se puede utilizar para la determinación de los elementos que forman hidruros y mercurio.

Hardware Sistema

Sistema óptico

Detector Las fuentes de luz

Verdadero echelle de doble haz sistema óptico. Frente a la superficie, lo que refleja la óptica con recubrimiento protector. El deuterio fondo corrector y construido en el poder EDL oferta disponible en algunos modelos. Monocromador Echelle. Distancia focal: 300 mm. Reja: 36 x 185 mm área, 79 líneas / mm, ángulo de 76 ° incendio.Fusionado prisma de cuarzo: 95 x 40 mm, 60 °. Rango de longitud de onda: 189-900 nm. De paso de banda espectral: 0,15 nm a 200 nm. La óptica del fotómetro están cubiertos para protegerlos del polvo y vapores corrosivos. Para la máxima protección, el sistema óptico se puede purgar con un gas inerte. Alta eficiencia, segmentado detector de estado sólido. Lámparas de cátodo hueco (HLC) y lámparas de descarga sin electrodos (EDL). EDL proporcionan mucho mayor salida de luz y vida útil más larga en comparación con HLC convencionales. Elementos de la lámpara y recomendó corrientes de funcionamiento y selección de hendidura se reconocen automáticamente y establecer al utilizar PerkinElmer® Lumina ™ serie lámparas AA. La alineación de la lámpara es completamente automático en modelos con una torreta de cuatro lámpara.

Electrónica Procesador

Gráficos Puertos E-box

GX1 300 MHz interna con 64 Mbytes de memoria DRAM y 128 Mbytes de memoria de programa Flash en una tarjeta de circuitos PC104-estilo de interfaz impresa. Incluye reloj de tiempo real. Controlador de 32 bits a bordo PC104. RS232 C, 9 pines, impresora paralelo y Ethernet 10BaseT en algunos modelos. Toda la electrónica están situados en un solo módulo reemplazable por el usuario. El operador puede simplemente deslizar el módulo desde la parte frontal del instrumento y reemplazarla con una nueva. Operadores de instrumentos pueden reemplazar a la mayoría de las piezas de forma rápida y sencilla sin necesidad de una visita de servicio.

Controles de gas y sistema de quemador

7

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Gas de la llama

Control

La seguridad de la llama

Sistema de quemador

Cuadro de gas totalmente automatizada con la selección oxidante controlada por ordenador con la secuenciación automática de gas, oxidante y el seguimiento y control de combustible. Pantalla táctil de encendido accionado con aire / acetileno.Flujo de acetileno se ajusta automáticamente cuando se cambia ao de óxido nitroso / operación de acetileno. Operación de enclavamiento impide totalmente encendido si la cabeza del quemador adecuado, el nebulizador, tapa o las características del sistema de drenaje del quemador no está instalado correctamente, el nivel del líquido en el recipiente de drenaje es incorrecta, o presiones de gas son demasiado bajos. Los enclavamientos se apagará automáticamente los gases si no se detecta una llama. La llama se apaga de forma automática y segura en caso de un fallo de alimentación o cuando se utiliza la llama de emergencia botón de apagado. Una cámara de mezcla de polímero inerte proporciona un análisis superior de matrices sólidas corrosivos y altas. La cámara de pulverización se fabrica a partir de un material compuesto de alta resistencia, eliminando la necesidad de dispositivos de alivio de presión. El nebulizador inerte de alta precisión maximiza la estabilidad y sensibilidad. Una sola ranura sólida cabeza del quemador de titanio de 10 cm para el aire de operación / acetileno se incluye cabezas de los quemadores opcionales incluyen:. 5 cm de óxido nitroso /, de 10 cm de 3 ranuras de aire / acetileno y 5 cm

Área de muestra

singleslot aire acetileno / acetileno . Compartimento de la muestra 25 cm de ancho x 25 cm de profundidad para facilitar el acceso a los componentes del quemador.

Especificaciones del sistema Dimensiones 70 cm de ancho x 65 cm de profundidad (0,46 m2) x 65 cm de alto Peso 49 kg Poder 100-230 VCA (± 10%), 50/60 Hz (± 1%), 300 VA (máximo) requisitos Técnico Clasificado como un instrumento de laboratorio. Cumple con las directivas de la Unión Europea aplicables y las normas de seguridad y compatibilidad electromagnética para Marcado, los requisitos de seguridad para Canadá y Estados Unidos para CSA / NRTL certificación y los requisitos de la FCC para radiofrecuencia CE las emisiones. El instrumento fue desarrollado y producido en el cumplimiento de la norma ISO 9001. Libre de polvo, libre de vibraciones, temperatura ambiente: 15 ° C a 35 ° Ambiental C con una tasa de cambio de un máximo de 3 ° C por hora. Humedad relativa: 20% a 80% sin condensación.

8

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

II. DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO: MATERIALES REACTIVOS E INSTRUMENTOS: 

Pipetas volumétricas de 1, 2, 3, 5 y 10ml



Fiolas de 250, 150 y 50ml



Vasos de 250, 150 y 50ml SOLUCIÓN

VK (ML)

V (ML)

VF (ML)

CK(PPM)

BK

0

1

50

0

P1

1

1

50

0.1

P2

2

1

50

0.2

P3

3

1

50

0.3

P4

4

1

50

0.5



Pisetas



Propipetras



Agua Bidestilada

Procedimiento experimental CURVA DE CALIBRACIÓN Preparación de muestra Tomar con una pipeta 5ml de la muestra de GATORADE, llevar a una fiola de 100ml y enrazar con agua bidestilada. Patrones

9

Universidad Nacional Mayor de San Marcos En 6 fiolas de 50 ml adicionar a cada una de ellas , 1,2,3,4,5,10 ml de la solución intermedia de 5 ppm K Para el blanco Enrazar con agua destilada en una fiola de 50 ml Sequidamente proceder a las lecturas, iniciando con el blanco luego con los patrones y las muestras, De una solución estándar que contiene 1000 ppm (solución madre) se prepara una solucione stock intermedia que contiene 100 ppm. Solución stock intermedia (100ppm en Fe) Tomar 10ml de solución madre y llevar a una fiola de 100ml y enrasar con agua bidestilada  Preparación de la muestra Tomar con pipeta volumétrica 1 mL de la muestra, llevar a fiola de 500 Ml, añadir 10 mL de HNO3 concentrado, enrazar con agua destilada, homogenizar la solución por inversión.

 Soluciones estándares para la curva de calibración Para la curva de calibración se preparan 4 soluciones (bk, P1, P2, P3, P4,) de las cuales “bk” viene a ser el blanco. En 4 fiolas de 50ml se añaden 0, 1, 2, 3ml de la solución intermedia cada una y luego se enrasa hasta los 50ml TECNICA DE ADICIÓN DE PATRONES En cuatro fiolas de adicion de patrón, en cujjatro fioas de 50ml adicionar 5ml de la muestra antes preparada adionar volúmenes conocidos de 1, 2, 3 de solución intermedia de ky enrazar,

10

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

TABLA DE DATOS SOLUCIÓN KCl

PATRONES(P)

CONCENTRACIÓN ( C ) 0.0477g/250mL

ap1

SEÑAL DE INTENSIDAD DE EMISIÓN (E ) 2829 7380 12465 12061 SEÑAL DE INTENSIDAD DE EMISIÓN (E ) 4638

ap2

9152

ap3

12152

ap4

15130

MUESTRA PREPARADA

SEÑAL DE INTENSIDAD DE EMISIÓN (E ) 12413

P1 P2 P3 P4 PATRONES(aP)

5 ml (muestra) 100 ml

11

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

CALCULOS DETALLADOS  Solución muestra madre En esta experiencia trabajamos con una bebida energizante “GATORADE” contiene 30 mg de k por cada 335.50mL, la cual diluimos hasta obtener una concentración de:

30mg x5ml 335 . 5 ml Ck  100ml

Ck  6.37 ppm Ck 

Ck

6.37 ppm x5ml 100ml

= 0.318 ppm

TECNICA DE CURVA DE CALIBRACION Procedemos a construir la de curva de calibración

12

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Chart Title 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

II DISCUSIÓN DE LA TECNICA EMPLEADA Las técnicas empleadas tanto curva de calibración como adición de patrón son buenas para hacer el análisis, siempre y cuando se sigan cuidadosamente los pasos del método, de lo contrario los errores serán muy grandes.

III DISCUSIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS  Los errores obtenidos en la primera muestra es mucho mayor al del segundo. Seguramente el error

debió haber sido porque la muestra número 1 estuvo

guardada una semana y esto se contamino originando así un error de 4 %, pero igual de todas formas se obtuvo una concentración muy cercana a la teórica que es de 0.318ppm. Los resultados fueron muy buenos para ambos casos.  Otra de las causas pudo haber sido las interferencias (Interferencias debidas a la llama, Interferencias de ionización, Interferencias debidas a la matriz, Interferencias químicas, Interferencias espectrales). De las cuales las interferencias químicas son

13

Universidad Nacional Mayor de San Marcos las más comunes y se pueden evitar o minimizar escogiendo las condiciones de trabajo adecuado.

IV CONCLUSION

-Los errores obtenidos tanto por el método de curva de calibración como para el de adición de patrones resultaron muy bajos, con lo que se comprueba la exactitud del método. -El método de____ resulto ser mas exacto que el de ___ por presentarse un error menor. -Teniendo la experiencia adecuada en el manejo del software del espectrofotómetro, el método resulta ser bastante rápido y preciso. -Se comprueba la alta concentración encontrada en el sporade, afirmando su efecto de proporcionar sales y electrolitos. -A pesar de no usar el acido nítrico diluido para limpiar los instrumentos el error fue bajo.

14

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

V RECOMENDACIONES

-Dentro del laboratorio se recomienda hacer uso del ácido nítrico diluido para limpiar los instrumentos, el error de análisis puede deberse a este factor. -Se recomienda checkear que el depósito de residuos del espectrofotómetro no esté completamente lleno. -Se recomienda estar atento al uso de cualquier sustancia o patrón a analizar. -Se recomienda que en todo momento que no se esté succionando sustancias analizantes se introduzca el tubo succionador en agua bidestilada. -El método no es muy recomendable para análisis de muestras con concentraciones altas de K, ya que ocurrirá error instrumental al diluir la muestra de alta [K] al momento de obtener nuestra sustancia problema.

15

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

VI BIBLIOGRAFIA 

-.Principios de análisis instrumental. Skoog, Holler, Nieman. Ed Mc Graw Hill



Guia de laboratorio de análisis instrumental/ Fernanado Anaya – Lengua Calle/C.U/Lima-Peru

16

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

VII ANEXOS

Espectrometría de emisión atómica de plasma La espectrometría de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente utiliza plasma acoplado inductivamente para producir electrones excitados e iones que emiten radiación electromagnética en longitudes de onda característica de un elemento particular. Este tipo de espectroscopia de emisión presenta excelentes límites de detección y rango dinámico lineal, capacidad multi-elemento, interferencia química baja y una señal estable y reproducible. Las desventajas son las interferencias espectrales (muchas líneas de emisión), los gastos y costos de operación y el hecho de que las muestras normalmente deben estar en solución.

17