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Absorcion emision Absorcion emision Document Transcript

  • Universidad de ChileFacultad de Ciencias Químicas y FarmacéuticasDpto. Química Inorgánica y AnalíticaLaboratorio II Química AnalíticaABSORCIÓN YEMISIÓN ATÓMICAIntegrantes: Diana Ahumada.Adrián Martín.Martín Pérez.Profesor: Claudio OleaFecha: 16 Noviembre, 2009
  • Sobre la absorción y emisión atómicaLa espectroscopia mide el la intensidad de alguna clase de energía deuna muestra con respecto a su concentración.1En esta ocasión tuvimos laoportunidad con dos métodos espectroscopicos: emisión y absorción atómicadonde la atomización se realiza con llama.Lo que se mide en la primera es la energia que emiten los átomos alverse influenciados por mucho calor en una llama y la segunda se basa encuenta energía absorben los átomos, conociendo lo que pasa despues, muysimiliar en el concepto a la espectrofotometría de absorción molecular. Ya quela muestra no esta en estado natural y que los átomos se hayan en lanaturaleza como moléculas, la dificultad se concentra en romper las moléculaspara detectar los átomos. Esto en ambas tecnicas lo realiza una llama en esteproceso denominado atomización aunque tambien existen métodoselectrotermicos y de plasma para atómizar. Mediante espectroscopías deabsorción y emisión atómica es posible determinar de forma cuantitativa ycualitativa la mayoría de los elementos de la tabla periódica (poco más de 70)con una sensibilidad muy alta. 2En el laboratorio previo de atomizar la muestra líquida en solución esaspirada a través de un tubo capilar y transportada a un nebulizador donde segenera un spray, el cual con métodos muy precisos genera gotas de tamañomuy similar y homogeneos en composición que luego son conducidos a lallama para su atomización. El tiempo de vida de los átomos en la llama es muycorto por lo que debo generar constantemente muestra, a la vez que se pierdemucha de ésta, lo que constituye una desventaja de las técnicas.La espectroscopía de absorción atómica (EAA), se basa en la medida dela radiación absorbida por los átomos libres en su estado fundamental,pasando desde un estado energético inferior a otro superior. Para que estoocurra es necesario suministrar energía de una longitud de onda específica delelemento al cual se quiere excitar. La fuente de radiación consiste en unalámpara de cátodo hueco del elemento que se quiere analizar. Este cátodoemite las radiaciones típicas del elemento. Al hacer incidir esta radiación através de la muestra, los átomos absorberán parte de la energía emitida, lacual es registrada por un detector. AAS es una técnica analítica aplicable alanálisis de trazas de elementos metálicos en minerales, muestras biológicas,metalúrgicas, farmacéuticas, aguas, alimentos, medio ambiente y muchasotras clases de muestras. 3También es posible cuantificar la energía emitida por un átomo, si éste esel caso, estamos hablando de espectroscopia de emisión atómica (EEA). Éstatécnica se basa en medir la intensidad de una línea de emisión específica delelemento que se desea determinar. En los instrumentos de EEA, la flamaatomiza y excita los componentes de la muestras. Estos emiten radiaciónelectromagnética de diferentes longitudes de onda que son separadas en elmonocromador y la línea de interés llega al detector, al amplificador yfinalmente al lector.
  • El objetivo de este modulo de trabajo se basa en conocer y luego aplicarambas espectroscopías al trabajo analitico para nuestro futuro desempeñoprofesional tenerlas como una herramienta posible ante nuestros estudios,analisis o investigaciones. Para ello se decidio cuantificar el hierro presente enuna muestra de suelo agrícola, ubicado al sur de la región metropolitana pormedio de EAA dado que es altamente especifica a cierta longitud de onda ycontabamos con la lampara de cátodo hueco necesaria. Para cuantificar sodioutilizamos la EEA ya que esta contaba con el filtro necesario para esteelemento. Generalmente los metáles de transición se miden con EAA y losmetáles alcalinos y alcalinos terreos con la tecnica Emisión Atómica, conocidala intensidad de sus emisiones.El analisis del comportamiento de las curvas de calibración,especificaciones del equipo y detalle del trabajo experimental de encuentra enlas siguientes secciones, en las cuales incluiremos tambien otros conceptos ycaracterísticas de ambas técnicas.Materiales y métodosABSORCIÓN ATÓMICAMateriales:Espectrofotómetro de Absorción Atómica Perkin-Elmer serie 3110,Lámpara de cátodo hueco de Fe, Aire comprimido libre de aceite, acetileno, consus válvulas reguladoras respectivas. Matraces aforados de 100 mL, 50 y 10 ml.Pipetas, propipetas, micropipetas, buretas, frascos plásticos. vasos pp 250 mL,100 ml y 50 mlReactivos: Agua destilada Soluciones patrón de Fe (500 mg/mL)Condiciones de trabajo para el Fe: Se decidió utilizar la técnica deabsorción atómica para cuantificar el hierro presente en la muestra, dado que:i) El método estudiado en los paper utilizaba absorción atómica parametales de transiciónii) Los resultados en absorción atómica para el hierro son mejoresdado que contabamos con la lampara de cátodo hueco requerida.Las emisiones del elemento son demasido debiles para analizarsecon emisión atómica, por lo que no hubiesemos obtenido tanbuenos resultados como con la EAA por la baja sensibilidad 3Se procedió ajustar el equipo de absorción atómica para sucuantificación utilizando una longitud de onda de 248.3 (nm), con un slit (ointervalo de ancho de la señal) de 0,2 nm para la curva de calibración que sedesarrollo en el rango lineal, es decir hasta una concentración de 5 (ppm).Siguiendo el cuaderno de protocolo, se dispuso la solución en una llamaoxidante usando como combustible una combinación de aire-acetileno enproporción 2:1 respectivamente. El mechero utilizado era de 10 cm, al cual sele ajusto la altura para tener mayor sensibilidad. (Una señal de 0,2 con elsensitivity check)
  • Condiciones especificadas en el Libro de métodos del instrumento para hierroen 248,3 nm :- Slit: 0,2 nm- Sensitivity: 0,1 mg/L- Sensitivity check: 5 mg/L- Linear Range: 5 mg/L- Recommended flame: aire-acetileno (oxidante, de llama azúl)EMISIÓN ATÓMICAMateriales: Fotómetro de llamas JENWAY modelo PFP7, equipado concompresor de aire y balón de gas licuado. Matraces aforados de 100 mL, 50 y 10ml. Pipetas, propipetas, micropipetas, buretas, frascos plásticos. vasos pp 250mL, 100 ml y 50 mlReactivos: Agua destilada, Soluciones patrón de Na+de 500 mg/LCondiciones de trabajo para el Na: Se decidió utilizar la técnica de Emisiónatómica para cuantificar el sodio presente en la muestra, dado que:i) Es un método de alta sensibilidad para metáles alcalinos y alcalinosterreosii) No se apreció la existencia de lampara de sal de sodio, ya que no existenlamparas de cátodo hueco metálicas como las de metáles de transición,dada su potencial peligrosidad en presencia de aire o humedad y lainestabilidad de estos elementos, incluso en atmosfera inerte. Por estolas lamparas existen son de sales de estos elementos las cuales tenganinteracción con gases nobles luego de un impulso eléctrico.Luego de ajustar la sensibilidad del equipo a un rango util se trabajoentre 0 y 140 unidades espectroscopicas a diversas concentraciones, indicadasen la sección de resultados.Datos Experimentales y ResultadosABSORCIÓN: Se preparó una curva de calibración a partir de una soluciónestándar de Fe de 500 mg/L. Las concentraciones elegidas para realizar lacurva fueron 1, 2, 3, 4 y 5 mg/L. Los resultados obtenidos se muestran en lasiguiente tabla:EstándarConcentración(mg/L)Absorbancia(u.a)1 1 0,0352 1,933 0,067663 2,9 0,10154 4 0,145 4,933 0,17266
  • Al medir la muestra directamente, es decir sin ningún tratamiento previoni dilución, se registró una concentración de 1 mg/L, por lo que se decidiopreparar una nueva curva en un rango de concentración más ajustado, dadoque nos quedaba en una zona límite de la regresión nuestra concentración deinterés y podría inducirse un alto error con el valor real (menor exactitud en loslímites de una regresión). Se eligieron las concentraciones 0,5, 1, 1,5 y 2 mg/Lpara la nueva curva de calibración. Los resultados están tabulados en lasiguiente tabla:EstándarConcentración(mg/L)Absorbancia(u.a)1 0,5 0,016332 1 0,032663 1,5 0,048994 2 0,06532
  • Se midió la muestra nuevamente sin diluir, y se interpoló laconcentración la nueva curva de calibración. Las mediciones registradasfueron:Muestra 1° medición 2° mediciónConcentración(mg/L) 0,9660 1,0Absorbancia(u.a) 0,03383 0,03266Promedio= 0,983SD= 0,02CV= 0,02Por lo tanto la cantidad de Fe en la muestra es 0,98 ± 0,02 (mg/L) alobservar lo indicado en nuestra interpolación. Para poder coemnzar acomparar nuestro resultado debemos saber la cantidad de Fe que estapresente en 1 kg de suelo. Según el procedimiento descrito por los papers dereferencia, la muestra utilizada para el análisis se preparo a partir de 200 mgde suelo que se trato para llevarla a una solución aforada a 10 ml. La cantidadde Fe en mg/kg de suelo esta dado por:0,983 mgr→ 1L0,00983 mgr → 0,01L0,00983 mgr → 2kgâ 10 à 449,15 → 1kgFinalmente la cantidad de Fe es 49,15 mg/kgEMISIÓN: Se preparó una curva de calibración a partir de una soluciónestándar de Na de 500 mg/L. Las concentraciones elegidas para realizar lacurva de calibración se muestran en la tabla, así como la emisión registrada acada concentración:ConcentraciónEstándar(mg/L)EmisiónEstándar(u.e)100 14090 13380 12470 11560 10450 9440 8330 6820 5410 330 0
  • Debido a que se obtuvo un valor de R2muy bajo se decidió eliminar 4datos de la curva correspondientes a las concentraciones de 80, 60, 10 y 0mg/LConcentraciónEstándar(mg/L)EmisiónEstándar(u.e)100 14090 13370 11550 9440 8330 6820 54
  • Se midió luego la muestra directamente por triplicado y sin diluir, y seregistraron 137, 136, 137 unidades espectroscópicas. Debido a que seencontraba dentro del rango en de la curva de calibración se interpoló laconcentración en ésta. El resultado de la muestra de sodio es 94,782 mg/L, laque luego de cambiar de unidades haciendo el mismo procedimiento del Fe es:4339,1 mg de sodio/kg de muestra.DiscusionesPara analizar estos datos debemos contextualizar nuestro trabajo y teneren cuenta ciertos conceptos involucrados en este tipo de mediciones. Nuestramuestra era una solucion de 10 ml con presencia de hierro y sodio obtenidapor algún procedimiento que fue similar a los de los papers de referencia4,5yen el que se detecto 49,15 mg/kg de Hierro y 4339,1 mg/kg de Sodio.Un métal pesado (como el hierro) es de importancia en el medioambiente por su trascendencia en la contaminación de suelos y, por tanto, decultivos agrícolas . En este caso la muestra es suelo agricola. Lascomposiciones naturales de hierro a diferencia de otro metales pesados sonaltas, ya que este es un elemento que forma parte de la litosfera, por ende noes un contaminante. En diversas partes del mundo se ha estudiado la cantidadde hierrro en diferentes suelos, los cuales estan indicados en la siguientetabla6,7,10:Lugar Fe (mg/kg)Austria 13300Belgica 1638Dinamarca 1236Alemania 1147Italia 37000Suecia 6300Inglaterra 3141Por otra parte, la toxicidad del hierro en los suelos se produce en suelosde tipo básico donde se forman hidroxidos, que son especies que no soneficientemente absorbidas por la planta, por lo que esta puede estar deficienteen Fe. Ademas, en suelos agricolas el Fe absorbido por las plantas se va a lazona aerea de la planta: las hojas. Sabiendo esto, tambien podemos considerarque una muestra sacada de una planta en un suelo ácido (como los calcareosdonde se cultivan paltas en el Chile central) muy cerca de sus raíces tendrauna considerable disminución en el Hierro que tenga, ya que a diferencia deelementos como el Cu, Cr, As la planta utiliza altas cantidades de Hierro yademás estos elementos permanecen principalmente en las raíces de laplanta.Estas consideraciones son necesarias para nuestro analisis de resultados.
  • Resultados de Fe en la muestra: Según la cantidad de Fe encontrada en lamuestra podemos decir que la muestra ya estaba diluida una vez recibida, yaque el Fe es uno de los elementos mas abundantes en la corteza terrestre.En Chile al hacer estudios de suelo agrícola la cantidad de Fe no esinformada ya que este es un componente habitual y no es un contaminante,como podemos observar en los resultados encontrados de este elemento enotros paises (tabla superior6,7,10) en donde la cantidad de este metal esta porsobre los 3000 mg/kg . Comparando esto con otros metales pesados como porejemplo el Cu, el cual si se encuentra por sobre los 75 mg/kg 4se considerariariesgoso.La concentración de 49,15 mg/kg es poco probable, inclusoconsiderando que hubiese sido una muestra de suelo calcareo con una altadensidad de vegetales, donde la biodisponibilidad del suelos se haya vistodisminuida. Estamos convencidos que esta muestra tuvo alguna dilución u otrotratamiento en que la muestra que recibimos solo es una parte de lo querealmente se tenía en el suelo. El clima y biogeodiversidad de los sueloschilenos es semejante al mediterraneo, por lo que los valores esperadoscorresponden a los más altos de la tabla (37000 mg/kg en Italia)12,14. Un suelotan cultivable como el de la zona central chilena tiene altas cantidades dehierro para el buen desarrollo de grandes cultivos y plantaciones de unaenorme diversidad de especies vegetales.Respecto a la regresión con la que se realizó la interpolación fue unarreglo lineal el cuál se adapto para tener un valor dentro de un rango lineal yno en un límite. La mejor correlación se obtuvo utilizando la regresión asociadaa la curva de calibración de 4 puntos en la Absorción atómica, la cuál nos da unresultado verósimil, aunque poco probable a un suelo agricola.Resultados de Na en la muestra: Nuestra muestra presento un buencomportamiento a el método de Emisión atómica, ya que obtuvimos unaregresión no-lineal en el rango de concentraciones de la curvca de calibraciónen la que fuimos capaces de interpolar la concentración de sodio de nuestramuestra sin dificultad.
  • El comportamiento no-lineal de la curva de calibración en emisiónatómica se produce a causa del mismo fenómeno de emisión, ya que losátomos de sodio que absorben y luego emiten energía no lo realizanhomogeneamente. Parte de la energía emitida es absorbida por otros átomosde sodio, por lo que a medida que aumenta la concentración la linealidad sehace cada vez más difusa, como se observa en nuestra curva de calibración. Elfenómeno de emisión fue para nuestra fortuna ajustablñe a un arreglocuadratico, a través del cuál determinamos la concentración de 4339,1 mg/kgde sodio para nuestro suelo.Buscando en la red y en bases de datos no hallamos algún datocomparable dado que la presencia de sodio en los suelos es altamente variabley depende de la salinidad de los mismos (ya que el sodio metálico no seencuentra en estado natural) La cantidad de sodio se ve afectada en suelosagricolas principalemente por factores antropogenicos, como lo es la adición defertilizante en los suelos, como lo es el salitre.ConclusionesLas técnicas espectroscopicas atómicas son de alta sensibilidad yselectividad, por lo que son muy útiles al momento de caracterizar unamuestra por su composición de ciertos elementos. La emisión atómica es muyútil para metáles alcálinos y alcalino terreos. La técnica de absorción, encambio, es de gran especificidad al momento de trabajar con metáles detransición.Medimos una muestra de suelo en busca de hierro y sodio. Para el Fehallamos una concentración de 49,15 mg/kg de suelo por medio de la técnicade absorción atómica. Para el sodio, utilizando la técnica de emisión atómicahallamos la concentración de 4339,1 mg/kg de suelo.Los resultados de hierro son muy bajos, si pensamos que estamoshablando de un elemento propio de los suelos y que se presenta en altasconcentraciones en suelos agrícolas de clase mediterranea (como lo sonmuchos de Chile central). Sobre la concentración de sodio no encontramos undatos con el cuál asociar de manera efectiva nuestros resultados, dada la altavariabilidad de este elemento en los suelos y su dependencia con muchasvariables, especialmente antropogenicas las cuales nos impiden dar unacomparación seria respecto a la concentración de este oligoelemento en elsuelo.Finalmente, creemos que la muestra tuvo alguna clase de tratamientoprevio la cuál genera tan baja cantidad de hierro en un suelo como este. Desdeuna dilución a una perdida de muestra puede haber afectado nuestra muestra,por lo que obtuvimos ese valor tan bajo de concentración de hierro en el suelo.
  • Bibliografía(1)Apuntes de cátedra “Química Analítica II” Primavera 2009. Dra. LoretoAscar – Técnicas Espectrofotometricas”(2)Apuntes de cátedra “Química Analítica II” Primavera 2009. Prof. Dr.Claudio Olea – Espectrofotometría Atómica” -(3)Skoog, Douglas A. West, Donald M. Holler, F.James. Química Analítica, 6ºEdición. Mc Graw Hill, Colombia (1999) Pág 453-479.(4)Ahumada I., Gudenshwager O., Carrasco M., Castillo G., Ascar L., RichterP. Copper and zinc bioavailabilities to ryegrass (Lolium perenne L.) andsubterranean clover (Trifolium subterraneum L.) grown in biosolid treatedChilean soils. Journal of Environmental Management 90. 2665-2671.(2009)(5)Ascar, Loreto. Ahumada, Inés. Richter, Pablo. Effect of biosolidincorporation on arsenic distribution in Mollisol solis in central Chile.Chemosphere, 70 (2008) Pág 1211-1217(6)Adriano, D.C. 1991. Metals from natural and anthropogenic sources. In:Adriano, D.C. (ed.) Water, air, and soil pollution. Kluwer AcademicPublishers. 57-58: 699-675. Special volume: Metals in soils, waters,plants and animals.(7)Kabata-Pendias, A.; S. Dudka, A. Chlopecka, and T. Gawinowska. 1992.Chapter. 3: Background levels and environmental influences on tracemetals in soils of the 95 temperate humid zone of Europe. In: Adriano,D.C. (ed.). Biogeochemistry of trace metals. Advances in tracesubstances research. Lewis Publishers, Boca Raton, pp. 62-75.(8) http://www.inia.cl/medios/Descargas/CRI/Platina/ResumenesCongresos/2005/2005-40-sadzawka.pdf(9) http://www.avocadosource.com/WAC6/es/Extenso/3a-94.pdf(10) http://www2.sag.gob.cl/RecursosNaturales/criterios_calidad_suelos_agricolas/pdf/5_metales_pesados_suelo.pdf(11) http://www.panamseed.com/Media/Culture/PAS/PentasButterfly_Spanish.pdf(12) http://www.sap.uchile.cl/descargas/metales/Valorizacion%20de%20lodos%20provenientes%20de%20aguas%20servidas.pdf(13) http://www.inia.cl/medios/biblioteca/agritec/NR16727.pdf(14) http://www.sap.uchile.cl/descargas/cero/Cambios_en_la_fertilidad_del_suelo_asociados_a_cero_labranza.pdf(15) http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/939/93911243003.pdf
  • ÍndiceÍndice 2Sobre la absorción y emisión atómica 3Materiales y métodos 4ABSORCIÓN 4EMISIÓN 5Datos experimentales y resultados 5ABSORCIÓN 5EMISIÓN 7Discusiones 9Conclusiones 11Bibliografía 13