ABSORCION ATOMICA

DEFINICIÓN

La Absorción Atómica es una técnica capaz de detectar y determinar cuantitativamente

la mayoría de los elementos del Sistema Periódico. La absorción atómica obedece a

las mismas leyes generales de la absorción de las moléculas; por lo tanto un

espectrofotómetro AA debe tener la misma secuencia de componentes, alterada tan

solo en donde sea necesario cumplir con requisitos específicos.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN

ATOMIZACIÓN

La conversión de los elementos metálicos de una muestra en solución al estado de

vapor disociado, normalmente puede realizarse por medio de energía calorífica, ya sea

en forma de flama o con un horno eléctrico. Se necesita un control cuidadoso de la

temperatura para la conversión en vapor. Una temperatura muya alta puede ser tan

desfavorable como una demasiado baja debido a que causará la ionización de una

fracción de los átomos y los iones no absorberán las misma longitud de onda que los

átomos neutros.

En un atomizador de flama, el combustible y los gases oxidantes se introducen en una

cámara mezcladora, donde son arrastrados por una serie de dispositivos que aseguran

un mezclado completo, La muestra es aspirada hacia la cámara mezcladora, lo que

permite un pequeño chorro de aire. En el quemador los dispositivos mezcladores tienen

además la función de interceptar a las gotas más grandes, a fin de que las que lleguen

a la flama sean mucho más uniformes.

En los atomizadores que no usan flama se coloca una micropipeta en la depresión de

una varilla o de una cinta de tántalo. Otro modelo usa una varilla perforada de grafito

para obtener la trayectoria del haz de luz, introduciéndose la muestra a través de un

orificio lateral. En cada una la temperatura puede controlarse eléctricamente con

mucho más precisión que la flama.

FUENTES DE RADIACIÓN

Debe utilizarse una fuente continua similar a la que se emplea en absorción molecular,

es más práctico usar una serie de fuentes que den líneas de emisión definidas para los

elementos específicos, la fuente más adecuada es un cátodo cóncavo con lámpara

incandescente, consta de dos electrodos uno de los cuales tiene la forma de copa y

esta hecho de un elemento especifico. La lámpara se llena con un gas noble a baja

presión.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Las muestras para el análisis varían en peso de 10 miligramos a 1 gramo, dependiendo de las concentraciones de los elementos a analizar, pueden ser tomadas primeramente en una solución. Normalmente se utiliza agua regia para metales, mientras que en el caso de materiales no metálicos las muestras en polvo pueden ser disueltas en una mezcla de ácido fluorhídrico y ácido perclórico. Unos pocos mililitros de esta solución son aspirados para formar un fino spray, el cual es entonces llevado hasta la flama adecuada (p.e. aire/acetileno, óxido nitroso/acetileno), donde la solución es eficazmente atomizada. Para el análisis cuantitativo, se realiza una calibración con soluciones conteniendo cantidades conocidas de los elementos a analizar, es necesario que entre éstas haya una relación lineal y entre la concentración y la absorbancia(A).

Entre los equipos encontramos el atomizador de flama que se describe en la Figura 1.

Figura 1. Flujo laminar quemador de premezclado para la AA.

El Perkin - Elmer modelo 2100 que se observa en la figura 2, tiene la posibilidad de trabajar bajo las modalidades de: Llama (aire/acetileno y nitroso/acetileno). Horno de Grafito modelo HGA - 700 con un inyector automático de muestras modelo AS - 70. Generador de Hidruros modelo MHS-10.

Figura2. Perkin-Elmer modelo 2100

INSTRUMENTACIÓN PARA ABSORCIÓN ATÓMICA

La zona de muestra en los instrumentos de absorción atómica es el atomizador que contiene la muestra gaseosa atomizada.

Fuentes De Líneas

En los instrumentos de absorción atómica se utilizan dos tipos de lámparas, lámparas de cátodo hueco y lámparas de descarga sin electrodo

Lámparas De Cátodo Hueco

Consiste de un ánodo de tungsteno y un cátodo cilíndrico sellado en un tubo de vidrio que contiene un gas inerte, por ejemplo, argón, a presión de 1 a 5 torr. El cátodo es fabricado con el metal del analito o puede servir como soporte para un recubrimiento de ese metal.

La aplicación de un potencial cercano a 300 v a través de los eléctrodos produce la ionización del argón y la generación de una corriente de 5 a 10 mA a medida que los iones y electrones del argón migran a los dos electrodos. Si el potencial es suficientemente grande, los cationes de argón chocan en el cátodo con suficiente energía para desalojar algunos de los átomos del metal y, por lo tanto, producen una nube atómica; este cruce se denomina chisporreteo. Esos átomos metálicos chisporroteados que están en el estado excitado emiten sus longitudes de onda características a medida que regresan al estado basal.

En el comercio se pueden conseguir lámparas de cátodo hueco para alrededor de 40 elementos. Algunas están fijas a un cátodo que contiene más de un elemento.

Lámparas De Descarga Sin Electrodo

Son fuentes útiles de espectros atómicos y proveen intensidades radiantes de línea que son, usualmente, mayores en uno o dos órdenes de magnitud que sus contrapartes de cátodo hueco. Una lámpara típica esta construida por un tubo de cuarzo sellado que contiene gas inerte, por ejemplo, argón, a una presión de unos pocos torr, y una pequeña cantidad de metal analito (o de su sal). La lámpara no contiene eléctrodos, pero en su lugar esta energizado por un intenso campo de radio frecuencia o radiación de microondas. El argón se ioniza en este campo y los iones son acelerados por el componente de alta frecuencia del campo hasta que ganen energía suficiente para excitar (por colisión) los átomos del metal cuyo espectro se analiza. En los comercios es posible conseguir lámparas de descarga sin electrodo para diversos elementos. Sin embargo, su desempeño aparentemente no es tan confiable como el de la lámpara de cátodo hueco.

APLICACIONES DE ESTA TÉCNICA

La absorción atómica es una técnica analítica aplicable al análisis de trazas de elementos metálicos en muchos campos tales como:

Bioquímica: Análisis de Cerio, determinación de calcio, determinación de Magnesio, Sodio y Potasio entre otros.Productos Alimenticios: Análisis de pescado y productos marítimos, análisis de leche, jugos de fruta entre otros.Geoquímica: Análisis de bauxita, rocas y sólidos, silicatos, carbonatos etc. Industrialmente: Análisis de cemento, vidrio, fibra cerámica, pinturas entre otros. Petroquímica: Análisis de aceites lubricantes, aditivos, gasolina.Fármacos y Cosméticos: Análisis de lociones, preparaciones farmacéuticas etc. Metalurgia: Análisis de aleaciones de Aluminio, Magnesio, Tungsteno, Niobio, Cobre; Zirconio, Titanio, Níquel, Hierro, Soluciones platinicas, Oro, Aceros etc.

Esta técnica de absorción atómica es ampliamente utilizada en el estudio de artefactos arqueológicos, en el análisis de materiales metálicos no ferrosos (aleaciones de cobre), lo cual puede ayudar al entendimiento del desarrollo de la metalurgia del cobre y bronce y de técnicas de fundición en épocas pasadas. También puede utilizarse para el análisis elemental de artefactos de pedernal.

El análisis químico elemental de artefactos de cerámicas tiene gran utilidad ya que puede ayudar a:

Conocer fuente y origen de las arcillas. Encontrar diferencias químicas entre objetos originales y copias de los objetos.

El uso de la técnica de absorción atómica hace posible determinar elementos que se encuentran en los suelos en cantidades de ppm. (1 mg/g de muestra) que por otros métodos analíticos no podrían determinarse. Este método de análisis se aplica para la caracterización de suelos. Con este método se puede determinar los siguientes elementos en suelos. Sodio (Na), Manganeso (Mn), Cromo (Cr), hierro (Fe), Cobre (Cu), Estroncio (Sr), Magnesio (Mg), Níquel (Ni), Potasio (K), Aluminio (Al), Zinc (Zn), Litio (Li), Rutenio (Ru). Se puede realizar la identificación de las diversas piedras, determinación de elementos traza de la cantera y muestras de material de construcción, usando espectroscopia de absorción atómica.

LIMITACIONES DE ESTA TÉCNICA, POR TIPO DE MUESTRA Y POR NIVEL DE CONCENTRACIÓN

Se presentan dos tipos de interferencias; Espectrales y Químicas. Las interferencias espectrales se producen cuando la absorción o emisión de una especie interferente se solapa o aparece muy próxima a la absorción o emisión del analito. Las interferencias químicas se producen como consecuencia de diversos procesos químicos que ocurren durante la atomización y que alteran las características de absorción del analito.

El rango de concentración óptimo para un elemento determinado en la solución usando espectroscopia de absorción atómica es típicamente 1-10 ppm. (1 g/ml de solución). La concentración límite para el análisis dependerá principalmente de la cantidad de muestra disponible.

El análisis por medio de esta técnica tiende a ser más preciso y exacto que usando espectroscopia de emisión óptica. Sin embargo, tiene la desventaja de que debe analizarse cada elemento por separado aumentando el tiempo del análisis, por otra parte en el análisis de muestras no metálicas debe hacerse una disolución de las mismas en ácido fluorhídrico y perclórico lo cual no siempre es fácil de realizar.

Una de las ventajas de la atomización electrotérmica es que algunos materiales pueden atomizarse directamente evitando de esa manera la etapa de la disolución. Por ejemplo, las muestras líquidas como sangre, derivados del petróleo y disolventes orgánicos pueden pipetearse y transferirse directamente al horno para su calcinación y atomización. Sin embargo, por regla general, la calibración es difícil y requiere de patrones que se aproximen a la composición de la muestra.

LIMITES DE DETECCION POR ABSORCION ATOMICA (Modelo 603)

ELEMENTO CONCENTRACION (μg /mL)

ELEMENTO CONCENTRACION (μg / mL)

Ag 0.002 Nb +1, +3 1

Al +1 0.02 Nd +1, +3 1

As +2 0.2 Ni 0.005

Au 0.01 Os +1 0.08

B +1 0.7 P +1, +2 50

Ba +1, +3 0.008 Pb +2 0.01

Be +1 0.001 Pd 0.02

Bi 0.025 Pr +1, +3 5

Ca 0.0005 Pt 0.05

Cd +2 0.001 Rb +3, +4 0.002

Co 0.01 Re +1 0.5

Cr 0.003 Rh 0.004

Cs +3, +4 0.005 Ru 0.07

Cu 0.002 Sb 0.04

Dy +1, +3 0.05 Sc +1, +3 0.02

Er +1, +3 0.04 Se +2 0.2

Eu +1, +3 0.02 Si +1 0.02

Fe 0.005 Sm +1, +3 2

Ga +1 0.05 Sn +1, +2 0.07

Gd +1, +3 1.2 Sr +3 0.002

Ge +1, +2 0.1 Ta +1 1

Hf +1 2 Tb +1, +3 0.6

Hg +2 0.25 Te +2 0.03

Ho +1, +3 0.04 Ti +1 0.04

In 0.02 Tl +2 0.01

Ir 0.6 Tm +1, +3 0.01

K 0.002 U +1 30

La +1, +3 2 V +1 0.04

Li 0.0003 W +1 1

Lu +1, +3 0.7 Y +1, +3 0.05

Mg 0.0001 Yb +1, +3 0.005

Mn 0.002 Zn 0.001

Mo +1 0.02 Zr 1

Na 0.0002

LIMITE DE DETECCION = (Concentración Estándar * 2 * Desviación Estándar) / Media Nota: Estos parámetros están dados para el equipo A.A. 372 PERKIN – ELMER serie 116518 de la escuela de Química.

ANÁLISIS CUANTITATIVO DE COBRE EN SOLUCIONES DE LIXIVIACIÓN

Preparación de la muestra a analizarUna desventaja de los métodos espectroscópicos de llama es el requisito de que la muestra se ha de introducir en la fuente de excitación disuelta, por lo general en agua. Desafortunadamente, muchos materiales de interés, tales como suelos, tejidos animales, plantas, derivados del petróleo y minerales, no son directamente solubles en los disolventes habituales, y con frecuencia requieren un tratamiento previo laborioso para obtener una disolución del analito adecuada para la atomización.

Algunos de los métodos más habituales para la descomposición y disolución de las muestras en los métodos de absorción atómica son: tratamiento con ácidos minerales en caliente; oxidación con reactivos líquidos como ácidos sulfúrico, nítrico o perclórico, combustión en una bomba de oxigeno o en otro recipiente para evitar pérdidas del analito; digestión a elevada temperatura; fusión a elevada temperatura con reactivos como oxido bórico, carbonato sódico, peróxido sódico o piro sulfato potásico.

Patrones utilizados

Patrón Estándar de Solución: Cobre, 1000 μg / mL. Disolver 1 gramo de cobre metálico en un volumen mínimo de (1+1) de HNO3. Diluir a un litro con 1% (v/v) HNO3.

Calibración del equipo

Concentración ppm. Absorbancia1.0 0.0212.5 0.0525.0 0.103

Con los datos de calibración se puede obtener la gráfica siguiente:

Con la gráfica se obtiene la ecuación de la recta la cual es:

Y = 0,0206x + 0,0003

CONDICIONES OPERATIVAS DEL ESPECTROFOTÓMETRO PARA LA LECTURA DE LA MUESTRA

PARAMETROS OPERATIVOS

EQUIPO PERKIN – ELMER

INSTRUMENTO SERIE X03 SERIES X60, X00 SERIE X90LONGITUD DE

ONDA 324.8 nm.325 – UV 325 280

DIAMETRO DE FOCO

4 (0.7 nm.) 0.7 nm. 0.7

FUENTE DE LUZ LAMPARA DE CATODO AL VACIOTIPO DE LLAMA LLAMA DE AIRE ACETILENO OXIDANTE

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Datos de las muestra

Método de lixiviación Concentración ppm. AbsorbanciaAgitación 2.5582 0.053

Cálculo de la concentración real de la muestra analizada

La concentración de Cu, disuelto por el método de agitación es:

Método de

lixiviación

Absorbancia Concentración

de Cu (ppm)

Alícuot

a (μl)

Dilución

(mL)

Concentración

(mg/l)

Sin

Agitación

0.029 1.393 100 100 1393.2

Ensayo

No 1

0.053 2.558 100 100 2558.2

Ensayo

No 2

0.06 2.898 100 100 2898.1

Ensayo

No 3

0.066 3.189 100 100 3189.3

CALCULOS

Concentración de Cobre: Lixiviación por Agitación

Ecuación de la recta: C = A + 3E-0.4

0.0206

C = 1.3932

Mg de cobre = 1.3932*1000 = 1393.2

5. Análisis sobre la aplicación de esta técnica, conclusiones y observaciones

Las muestras a analizar por medio de la técnica de absorción atómica requieren un

grado de dilución grande, por lo que fue necesario hacer múltiples diluciones

generando pérdidas de muestra por las múltiples manipulaciones de la misma.

Como se puede observar en la grafica de calibración del equipo, los datos están contenidos de forma lineal (ecuación de una recta) con lo que se pudo interpolar los datos de concentración de las diferentes muestras en función de su absorbancia, que es el dato que mide en el equipo.

LABORATORIO DE METALURGIA EXTRACTIVA II

ABSORCION ATOMICA

Presentado Por:ZAIDA ISADORA TORRES VERA

1983138

Presentado a:Ph.D. JULIO ELIAS PEDRAZA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICO-QUIMICAS

ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE MATERIALES BUCARAMANGA MAYO DE 2005

BIBLIOGRAFIA

www.hiq.aga.com.ar/International/ Web/LG/AR

www.ua.es/es/investigacion/sti/eaa.htmL

GATEN. Edwin. Métodos Instrumentales de Análisis Químico.