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• Debora Anahi Morphine

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OBJETIVOS 1.1 Aprender el manejo y las partes de un espectrofotómetro de absorción atómica 1.2 Aplicar la espectroscopia de absorción atómica para determinar la concentración de diversos metales INTRODUCCION El átomo consiste de un núcleo y de un número determinado de electrones que llenan ciertos niveles cuánticos. La configuración electrónica más estable de un átomo corresponde a la de menor contenido energético conocido como “estado fundamental”. Si un átomo que se encuentra en un estado fundamental absorbe una determinada energía, éste experimenta una transición hacia un estado particular de mayor energía. Como este estado es inestable, el átomo regresa a su configuración inicial, emitiendo una radiación de una determinada frecuencia. Si a un átomo se le aplica energía de magnitud apropiada, esta será absorbida por el e inducirá a que el electrón más extremo sea promovido a un nivel energético menos estable “estado excitado”(estado inestable) el electrón inmediatamente regresara a su configuración fundamental y emitirá una cantidad de energía radiante equivalente a la cantidad de energía inicialmente absorbida en el proceso excitado Principio del método: El método para la determinación de metales por espectrofotometría 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 energía absorbida por estos, la cual es directamente proporcional a la concentración de ese elemento en la muestra analizada. La espectrofotometría de absorción atómica utiliza el fenómeno por el cual los átomos libres excitados son capaces de absorber radiación proveniente de una fuente externa. Dicha radiación corresponde exactamente a la energía requerida para una transmisión del elemento analizado desde el estado electrónico manual hasta un estado electrónico excitado superior. La radiación no absorbida pasa atraves de un monocromador que aísla la línea espectral de excitación y pasa al fotodetector. La absorción se mide como la diferencia entre las señales trasmitidas en presencia y en ausencia del elemento por determinar. Los elementos en las muestras se encuentran en forma de moléculas y es necesario romper su combinación para producir átomos libres, este proceso es conocido como atomización. El método más común de atomización es la disociación por calentamiento a altas temperaturas y puede ser realizado con el uso de una llama química Etapas de separación de los átomos de sus enlaces en la llama

a. El disolvente se evapora rápidamente dejando partículas diminutas de sales secas b. Los sólidos secos se convierten al estado gaseoso c. Parte o la totalidad de las moléculas gaseosas se van disociando con formación de átomos o radicales neutros. Esta es la etapa de atomización d. Una porción de los átomos neutros pueden excitarse térmicamente por colisiones con los componentes de los gases que no se han quemado por completo y pueden incluso llega a ionizarse, lo que constituye una molestia en los análisis por espectrofotometría 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 monóxidos metálicos. Esto da lugar a inferencias químicas

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 hueco, que consiste en un cilindro relleno con un gas inerte dentro del cual se encuentra un cátodo (construido del metal a analizar) y un ánodo. Al aplicar un cierto potencial a través de los electrodos esta fuente emite el espectro atómico del metal del cual está construido el cátodo. En la Espectroscopia de Absorción Atómica se utilizan atomizadores con y sin llama para producir átomos libres del metal en el haz de la radiación. El atomizador con llama está compuesto de un nebulizador y un quemador. La solución de la muestra es convertida primero a un fino aerosol, y luego llevada a la llama que entrega la energía suficiente para evaporar el solvente y descomponer los compuestos químicos resultantes en átomos libres en su estado fundamental. Las mezclas de gases más usados para producir la llama adecuada son: aire/propano, aire/acetileno y óxido nitroso/acetileno. Generalmente, la elección dependerá de la temperatura requerida para la disociación de los compuestos y de las características químicas del elemento a determinar. En los atomizadores sin llama-atomización electrotérmica con horno de grafito el vapor atómico se genera en un tubo de grafito calentado eléctricamente, en cuyo interior se ubica la muestra. Estos atomizadores presentan diversas ventajas, como una alta

eficiencia en generar vapor atómico, permite el empleo de pequeños volúmenes de muestra y análisis directo de muestras sólidas. Los espectrofotómetros de absorción atómica poseen generalmente monocromadores de red con montaje de Littrow o de Czerny-Turner. Estos monocromadores permiten aislar una línea de resonancia del espectro emitido por la lámpara de cátodo hueco. Como detector, se emplea un fotomultiplicador que produce una corriente eléctrica, la cual es proporcional a la intensidad de la línea aislada por el monocromador. Un amplificador selectivo amplifica la señal pasando luego a un dispositivo de lectura que puede ser un voltímetro digital o un registrador u otros.

DIAGRAMA DE BLOQUES Obtención 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

Encender flama y optimiza, primero se abre el aire después se abre el combustible (2 y 3 unidades)

El capilar se introduce en un vaso de precipitados con agua obtenemos una absorbancia de 0

obtener la curva de calibracion de absorbancia contra concentracion

Programar equipo, según la descripción del elemento a analizar

se escoge la opcion de tiempo de lectura 5 segundos 3 veces

Se ajusta la lampara. corriente que se utiliza es de 10 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 frasco

Si se tiene un triángulo azul la flama a usar es acetileno y si es amarillo se usa flama 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, ancho del slit, rango de trabajo ( 769.9), rango óptimo de trabajo (1,1 4,4 ppm). Estos son datos de sensibilidad del equipo.

Se pone el numero de muestras que se leeran: blanco, agua mineral y suero

Presentar el blanco, introduciendo el capilar en el frasco , al terminar la determinacion se enjuaga con agua y se seca

Construir la curva de calibración para el metal analizado (absorbancia vs concentración) Reportar la concentración del metal analizado en ppm -

Buscar en la literatura o en normas vigentes los valores permisibles para el potasio El potasio, en aguas potables rara vez alcanza los 20 mg L-1, pero en salmueras puede contener más de 100 mg L-1. (NMX-AA-093-SCFI-2000)

Discutir los resultados obtenidos con respecto a la literatura o normas vigentes ¿Cuál es el objetivo de hacer una digestión acida de la muestra? La tecnica de digestion con acidos se emplea para reducir la interferencia causada por la presencia de materia organica y con el metal, así liberar a todos nuestros iones a analizar 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. Sin embargo , algunas muestras pueden requerir la adicion de acido perclorico o sulfurico para una digestion completa. Como una regla general, el HNO3 debe usarse para muestras limpias o con material facilmente oxidable. La digestion con HNO3 – HCL es adecuado cuando la muestra tiene materia organica facilmente oxidable Partes de absorción atómica Tipos de flamas…………………………………………………………………………………. Para diferentes flamas se utilizan diferentes quemadores dependiendo de la temperatura, la temperatura de una flama de aire acetileno esta entre 1700-1800 °C hasta aproximadamente 2300 °C la flama de óxido nitroso con aire esta entre 2700-3200 °C Nebulizador se le pone un capilar para que pase la muestra liquida por el nebulizador, es ahí donde pasa una corriente de aire la cual se combina con la muestra liquida, que está a una alta presión; hay una diferencia de presión por lo que se hace un vacío, el capilar nos ayuda a la succión de la muestra y así obtenemos un aerosol Deflectores posteriormente pasa atraves de una serie de deflectores, los deflectores (esferas metálicas) rompen en partículas más pequeñas el aerosol (en el que se ha transformado nuestra muestra), si por ejemplo se empieza con 100 micrómetros acabamos con

partículas 10 micrómetros. Lo que no sirve se va a los desechos (por una manguera conectada por la parte de abajo) no toda la muestra es utilizada Lámpara de cátodo hueco……………………………………………………………………… tiene un ánodo y un cátodo, el cátodo está hecho del material que se va a analizar. Hay 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. Existe el chisporroteo, esta energía se transfiere al gas inerte, si se le está transfiriendo energía al átomo del gas se empieza a ionizar, es así como obtenemos un gas con alta energía, estos iones del gas viajan asía la superficie del cátodo, se tiene suficiente energía para remover uno de los átomos de la superficie es así como tenemos átomos de potasio en la nube con los iones del gas, estos chocan entre si y al chocar se le dona un electrón y el átomo de potasio queda en un estado de alta energía, entonces de su estado fundamental va a bajar de nuevo a su estado basal y va a emitir un fotón de luz y este fotón de luz tiene cierta longitud de onda. Costo de lámpara de cátodo hueco…………………………………………………………… Una lámpara de cátodo hueco, según la marca está entre los 40 a 30 dólares, en mercado libre esta entre $3250.00 y $5000.00 dependiendo el elemento

Mencionar las características que debe reunir una curva de calibración Cuando 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 así 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. Para emplear este método de análisis cuantitativo la composición de las soluciones estándar deben ser preparadas lo más semejante posible a la composición de la soluciónmuestra para compensar o eliminar interferencias. Especialmente útil resulta el empleo del método de adición estándar, el cual permite trabajar en presencia de una interferencia sin eliminarla y obtener una determinación con buena exactitud del elemento en la solución-muestra. Interferencias físicas y algunas interferencias químicas pueden ser compensadas empleando este método que consiste en la adición de cantidades diferentes de una solución estándar del elemento a determinar a varias porciones iguales de la solución-muestra. De esta forma, la interferencia afectará por igual a todas las soluciones. Si existe interferencia, se observará que la pendiente de la adición estándar es menor que la de la curva de calibración. Elemento refractario Si se tiene el triángulo amarillo en la descripción al momento de analizar un elemento, se dice que este es un elemento refractario dependiendo de esto se puede decidir qué 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 capaz de conservar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas a elevada temperatura. Tiene enlaces interatómicos fuertes. Por eso es que se usa óxido nitroso con aire porque la temperatura esta entre 2700-3200 °C (flama amarilla)

Un ancho del slit Un sistema de lentes, espejos y aberturas y enfoquen el haz de radiación y un monocromador que separe la radiación de bandas estrechas de longitud de onda, Las líneas de emisión de las fuentes de cátodo hueco son muy estrechas, es rara la interferencia debida a la superposición de las líneas; para que exista esta interferencia la

separación entre las dos líneas tiene que ser menor a 0,1 Å. Algunos instrumentos poseen Slit (rendija) y monocromadores muy finos que pueden discernir en 0,1 nm de diferencia.

Explique porque en espectroscopia de absorción atómica, cada elemento debe leerse de acuerdo a especificaciones controladas La diferencia de potencial que se aplica es suficiente como para eliminar un electrón a la capa externa llena del gas, por eso viaja al cátodo que está en la superficie removiendo los átomos de potasio que están ahí, le quita su electrón y es así como pasa de estado excitado a basal, va a emitir un fotón de cierta energía a cierta longitud de onda, por eso es que cada elemento tiene una lámpara diferente, por ejemplo el cobre no es la misma energía del fotón de luz por lo tanto no es la misma longitud de onda que va a emitir este metal

Utilizar una tabla de límites de detección e indicar para el potasio su límite de detección y el método más apropiado para su determinación -

CONCLUCIONES Al leer la curva no se pudo leer una concentración por debajo de 3, ya que la absorbancia dio negativa, esto quiere decir que la lámpara ya después 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 mancha. Por eso es que no se obtiene la concentración por debajo de 3. Por falta de tiempo no se terminaron de leer las muestras, el procedimiento se tuvo que realizar dos veces ya que no se tuvo cuidado al introducir el capilar en el frasco con muestra.

Cuando se hace la digestión se tienen sales de potasio, en este caso tenemos nitratos de potasio o cloruros de potasio. Tenemos nitratos y cloruros porque forman los ácidos de los cuales partimos para hacer la digestión, dejando solo los átomos para atomizar

BIBLIOGRAFIA -Skoog, Douglas A. Leary, James J. “Análisis Instrumental”, Editorial MC Graw-hill(1994) -Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, Análisis de Metales en Agua Potable y Residual por Espectrofotometría de Absorción Atómica, programa de control de calidad y desarrollo de laboratorios, Lima 1995, OPS/CEPIS/PUB/95.10, Español -ANÁLISIS DE AGUA - DETERMINACIÓN DE METALES POR ABSORCIÓN ATÓMICA EN AGUAS NATURALES, POTABLES, RESIDUALES Y RESIDUALES TRATADAS MÉTODO DE PRUEBA (CANCELA A LA NMX-AA-051-1981) NMX-AA-051-SCFI-2001, CDU: 543.3.42, SECRETARIA DE ECONOMIA