CUADERNO DE PRÁCTICAS

CUADERNO DE
PRÁCTICAS
ANÁLISIS
MEDIOAMBIENTAL
Facultad de Químicas
Área de Química Analítica
Curso Académico
2006/2007
ÍNDICE
Práctica 1.- Determinación colorimétrica de dióxido de azufre en el aire.
Práctica 2.- Eficacia del convertidor catalítico de un automóvil.
Práctica 3.- Determinación de hierro en sedimentos mediante espectroscopia de
absorción atómica
Práctica 4.- Determinación espectrofotométrica de nitritos en agua.
Luisa Fernanda García Bermejo
Carmen Guiberteau Cabanillas
Ana Mª Contento Salcedo
PRÁCTICA 1
DETERMINACIÓN COLORIMÉTRICA DE
DIÓXIDO DE AZUFRE EN EL AIRE
Fundamento
El SO2 reacciona con tetracloromercuriato de potasio formando el complejo
diclorosulfitomercurato (II), HgCl2SO32-. El complejo se hace reaccionar con formaldehido y
pararrosanilina en solución ácida para formar el ácido coloreado pararrosanilinmetilsufónico, cuya
absorbancia se mide en 548 nm.
SO2 + HgCl42- + H2O → HgCl2SO32- + 2ClHgCl2SO32- + H2CO + pararrosanilina ℑ ácido pararrosanilinmetilsulfónico + HgCl2
Preparación de la curva de calibración
Diluir la solución madre 1:200 con el reactivo de absorción. Después, preparar una serie de
estándares de trabajo de 0.1, 0.3, 0.5., 1 y 1.5 µg SO2/mL diluyendo esta solución (5 µg/mL) con el
reactivo de absorción. Pipetear 10 mL de cada solución estándar a un matraz erlenmeyer de 50 mL.
Añadir a cada matraz 1 mL de ácido sulfámico al 0.6% y permitir que la reacción proceda durante
10 minutos. Así se elimina el dióxido de nitrógeno (NO2), que es interferencia. Pipetear 2 mL de
formaldehido al 0.2% y después 5 mL de reactivo pararrosanilina. Tratar una porción de 10 mL del
reactivo de absorción del mismo modo para emplearlo como blanco.
Dejar transcurrir 30 minutos para que el color se desarrolle al máximo y leer la absorbancia
a 548 nm en una celda de 1 cm de un espectrofotómetro, usando agua destilada como referencia.
Efectuar la corrección con el blanco y graficar una curva estándar de µg SO2/mL de soluciones
absorbentes versus absorbancia.
ANÁLISIS DE UNA MUESTRA DE AIRE
Añadir con una pipeta 50 mL de reactivo absorbente (tetracloromercurato de potasio 0.04
M) a un purificador de vidrio fritado o a un impactor húmedo (si la concentración de SO2 es
significativamente menos de 0.1 ppm, disminuir a la mitad el volumen de los reactivos). Muestrear
el aire a aproximadamente 2.0 litros/minuto durante 20 minutos. Añadir con exactitud al purificador
1 mL de ácido sulfámico al 0.6 % y permitir que la reacción se efectúe durante 10 minutos. Añadir
exactamente 2 mL de formaldehido al 0.2 % y 5 mL de reactivo pararrosanilina. Dejar transcurrir
30 minutos para que se desarrolle al máximo el color; leer la absorbancia a 548 nm en una celda de
1 cm con un espectrofotómetro y usando agua destilada como referencia. Efectuar la corrección con
el blanco.
Determinar los µg de SO2/mL en la muestra a partir de la curva estándar. Convertir µg de
SO2/mL a ppm en la muestra de aire, con la siguiente ecuación:
ppm SO 2 = 0.382
VC
rt
en donde 0.382 = factor de conversión (24.47/peso fórmula del SO2).
V = volumen de la solución absorbente en mililitros.
C = µg de SO2/mL de solución absorbente.
r = velocidad de muestreo del aire en litros/minuto
t = tiempo de muestreo del aire en minutos.
REACTIVOS
1º
Reactivo para la absorción. Tetracloromercurato de potasio 0.04 M (TCM), K2HgCl4.
Disolver 10 g de HgCl2, 0.66 g de Na2EDTA . 2H2O y 5.96 g de KCl, en agua destilada y
aforar de inmediato a 1 litro en un matraz volumétrico (precaución: ¡Muy venenoso¡ Si
entra en contacto con la piel, ésta debe lavarse de inmediato). El EDTA se añade para evitar
interferencias de trazas de metales.
2º
Acido sulfámico al 0.6%. Disolver 0.6 g de ácido sulfámico en 100 mL de agua destilada.
3º
Solución madre de pararrosanilina al 0.2%. Disolver 0.200 g de colorante purificado de
pararrosanilina en 100 mL de HCl 1 M, agitando para ayudar a la disolución.
4º
Reactivo de pararrosanilina. En un matraz volumétrico de 250 mL colocar 20 mL de
solución madre de pararrosanilina. Después añadir 25 mL de H3PO4 3 M y aforar con agua
destilada.
5º
Solución de formaldehido al 0.2%. Diluir 5 mL de formaldehido al 40% a un litro con agua
destilada.
6º
Solución de sulfitos. Disolver 0.153 g (SO2 al 65.5%) de metabisulfito de sodio (Na2S2O5) ó
0.167 g (SO2 al 59.8%) de bisulfito de sodio (NaHSO3) en el reactivo de absorción (TCM) y
diluir a 100 mL con dicho reactivo. Esta solución contiene 1000 µg/mL de SO21
MATERIAL
* Espectrofotómetro UV-VIS con cubeta de 1.0 x 1.0 cm.
* Matraces volumétricos.
* Pipetas graduadas.
* Matraces erlenmeyer
PRÁCTICA 2
EFICACIA DEL CONVERTIDOR CATALÍTICO DE UN AUTOMÓVIL
Introducción
Dentro del motor de un automóvil en marcha, a altas temperaturas el nitrógeno y el oxígeno
gaseosos reaccionan para formar óxido nítrico:
N2 (g) + O2 → 2 NO (g)
Cuando se libera a la atmósfera, el NO se combina rápidamente con el O2 para formar NO 2.
El dióxido de nitrógeno y otros gases emitidos por un automóvil, como monóxido de carbono (CO)
y otros hidrocarburos que no se quemaron, hacen que las emisiones del automóvil sean una fuente
importante de contaminación del aire.
Para evitar dicha contaminación, en los últimos años se han equipado los automóviles con
convertidores catalíticos, colocados justo a la salida del motor. Inicialmente, estos convertidores
eran de dos vías (catalizador de paladio/platino) y trataban únicamente los gases con carbono, tanto
el combustible no quemado como CO, para completar su combustión hasta el producto final, CO2.
En los convertidores catalíticos actuales, sin embargo, se utiliza además una superficie impregnada
con un catalizador de rodio: convertidores catalíticos de tres vías. En ellos, se consigue también el
paso de los óxidos de nitrógeno a N2 y O2, utilizando como agentes reductores, los hidrocarburos no
quemados.
Un motor caliente con un catalizador de tres vías que trabaja apropiadamente, elimina 8090% de los hidrocarburos, CO y NOx (NO +NO2) del escape del motor antes de ser expulsados a la
atmósfera. Sin embargo, cuando el motor no está lo suficientemente caliente y cuando se producen
aceleraciones y deceleraciones del motor, los convertidores catalíticos no operan convenientemente
y se emiten contaminantes desde el tubo de escape del automóvil, bajando drásticamente la eficacia
del convertidor.
El objetivo de esta práctica es calcular la eficacia de un convertidor catalítico, comparando
valores de contaminantes emitidos por un tubo9 de escape de un automóvil que acaba de ser puesto
en marcha (todavía no está caliente y, por tanto, la eficacia del convertidor catalítico del mismo es
muy pequeña) con los contaminantes que quedarán después de pasar una muestra de esos
contaminantes por un convertidor catalítico y, por tanto, eficaz.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
El desarrollo de la práctica se divide en tres partes:
1. Toma de una muestra de gases del tubo de escape de un automóvil.
2. Determinación de la concentración de determinados contaminantes en la muestra recogida y
después de pasar por el convertidor catalítico eficaz.
3. Determinación de la concentración de los mismos contaminantes sin pasar por el
catalizador.
En la primera parte, debemos tomar una muestra de los gases que salen del tubo de escape
de un automóvil. Esta muestra debe tomarse de un vehículo que utilice gasolina sin plomo. ¡El
plomo de las gasolinas con plomo produce una inhibición e incluso la desactivación completa de la
eficacia del catalizador (envenenamiento)!
Para la toma de muestra se sigue el mismo procedimiento.
Se coloca el embudo dentro del extremo de la bolsa de recolección y se sitúa el conjunto a la
salida del tubo de escape. Se arranca el motor observándose como los gases fluyen dentro de la
bolsa inflando ésta. Si esto no se observa, se chequea la conexión de la bolsa con el embudo por si
hubiera un estrangulamiento. Si nos e soluciona, podemos aproximar más el embudo del tubo de
escape y pisar el acelerador del automóvil para favorecer la salida de gases. Una vez que la bolsa
está suficientemente llena, se cierra el cuello de lo bolsa para evitar posibles pérdidas, por ejemplo,
haciendo un nudo o con una pinza.
No debe pasar mucho tiempo desde que se toma la muestra hasta que se realiza el análisis
porque hay gases, como H2, que pueden difundirse a través de la bolsa y alterar la medida.
Para realizar el resto de la experiencia, se calienta el convertidor catalítico para aumentar su
eficacia. La temperatura del experimento debe ser de 200-300ºC, que controlaremos continuamente.
En primer lugar, enjuagamos el sistema varias veces con el gas-muestra para desplazar el
aire que éste contenía. Para ello, se inserta la bolsa (quitando el estrangulamiento) con el gasmuestra en el extremo vacante de la llave de tres vías de la izquierda. Se llenan con la jeringa 100
ml de este gas con las llaves en posición 1 y lentamente se le fuerza a pasar por el aparato con la
llaves en la posición 2- Este procedimiento se repite tres veces, dejando las llaves en la posición 3.
Una vez enjuagado, procedemos a la medida de la muestra tratada y sin tratar.
Se toman 100 ml de gas con la jeringa igual que en el paso anterior. Después se ponen las
llaves en la posición 4 y se fuerza el gas a través del convertidor catalítico, recogiéndolo en la
segunda jeringa (derecha). Una vez hecho esto se sitúan las llaves en la posición 5.
En estas condiciones se inserta un tubo de medida (específico para cada sustancia) en el
extremo libre de la llave de tres vías de la derecha. Para poder realizar la medida, deben romperse
los extremos del tubo. Se introduce un extremo en la conexión asegurándose de que los gases van a
fluir en el sentido de la flecha marcada en el tubo. Con las llaves en la posición 6, los gases
purificados se pasan a través del tubo test. El contaminante incluido en el gas-muestra produce un
cambio de color del tubo y puede ser leída su concentración directamente en el tubo-test.
En la tercera parte de la práctica, se realiza la cuantificación del mismo contaminante en la
muestra de gas sin tratar con el convertidor catalítico.
Se llena de nuevo la jeringa de la izquierda con 100 ml del gas-muestra (llaves en la
posición 7), cerrando después, posición 8. Se instala el tubo-test en el extremo de la llave de tres
cías que queda libre al quitar la bolsa de toma de muestra. Con las llaves en la posición 9, se
cuantifica la cantidad de sustancia que tenemos en la muestra sin tratar.
Después de realizar todas las medidas, se procede a enjuagar de nuevo todo el sistema como
se hizo anteriormente.
Con los valores de concentración del contaminante obtenidos antes y después de ser tratados
en el convertidor catalítico, se puede determinar la eficacia del mismo para un contaminante dado.
MATERIALES
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2 jeringas de 100 ml
2 llaves de tres vías
1 mechero bunsen
Goma para las conexiones
1 termómetro
1 bolsa para recogida de muestra
1 embudo de plástico
Tubos para medida de los diferentes contaminantes
1 Convertidor monolítico de tres vías cuyas
características son:
Soporte: Cordierita (silicato de aluminio y
magnesio) con cobertura de γ-Al2O3
Fase activa. Catalizadores de paladio/(platino y
rodio y óxidos de metales
Cobertura: Tubos de cuarzo
-
PRÁCTICA 3
DETERMINACIÓN DE HIERRO EN SEDIMENTOS MEDIANTE
ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA
Fundamento
La absorción atómica es una técnica que permite la determinación del contenido de
elementos metálicos de una muestra, para lo cual dicha muestra se debe encontrar en fase líquida.
Por ello, en aquellos casos en los que la muestra a analizar se encuentra en estado sólido, como es el
caso de los sedimentos, es necesario introducir una etapa, previa al análisis, de disolución de dicha
muestra.
Para ello, uno de los procedimientos más utilizados es el de digestión ácida por vía húmeda,
en el que se pueden emplear por orden creciente de complejidad: ácidos diluidos (en frío o en
caliente), ácidos concentrados (en frío o en caliente) y mezclas de los mismos entre sí o con otros
componentes de características oxidantes, complejantes, etc. Entre los ácidos más utilizados se
encuentran: ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido perclórico, ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico,
ácido fosfórico.
La reactividad de los ácidos se puede aumentar utilizándolos concentrados y en caliente.
Además, su efectividad puede aumentar si en lugar de emplearse en sistemas abiertos calentando
por vía convencional, se utilizan en un baño de ultrasonidos en reactores a presión (calentado en
estufa o sometidos a la acción de la radiación de microondas).
En nuestro caso, vamos a llevar a cabo la disolución de un sedimento utilizando un
procedimiento de digestión mediante una mezcla de ácidos, el agua regia formada por HCl:HNO3
en relación 3:1, que es una mezcla muy útil para la lixiviación de un elevado número de metales en
diferentes matrices (suelo, sedimentos de río y de mar, lodos, etc).
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Digestión ácida del sedimento
En el recipiente de teflón de la bomba para digestión ácida se pesan 20 mg de sedimento y
se añade 1.0 mL de agua regia. Se tapa este recipiente, se introduce dentro del cuerpo exterior de la
bomba y se cierra a presión.
El conjunto del reactor se sitúa en el plano giratorio del microondas y se calienta durante 20
s a la máxima potencia (800 W). Una vez enfriada la bomba, se abre y se añaden aproximadamente
20 mL de agua desionizada y se transfiere directamente a un matraz de 50 mL enrasándose a
continuación. Filtrar la disolución resultante.
Preparación de la curva de calibrado
Se prepararán disoluciones patrón que contengan 3.0, 6.0, 10 y 15 mg/L de Fe3+ de la
siguiente forma:
En matraces aforados de 50 mL se añade 1.0 mL de agua regia, volúmenes variables de la
disolución madre de Fe3+ de 100 mg/L para conseguir la concentración deseada y se enrasa con
agua desionizada.
Preparar un blanco en las mismas condiciones.
Tanto la disolución problema de sedimento como los patrones así preparados se llevarán al
equipo de absorción atómica para su medida.
Calcular el % de Fe2O3 en el sedimento.
Precaución: realizar el procedimiento experimental en campana
Reactivos
Material
Sedimento certificado
Reactor para digestión ácida con microondas
Disolución patrón de Fe de 100 mg/L
Horno microondas
Agua regia ( HNO3/HCl : 1/3)
1 vasos de precipitado de 100 mL
Pera de succión
6 matraces de 50 mL
Espátula
Pipetas de 10, 5 , 2 y 1 mL
Frasco lavador
Gotero de agua desionizada
Embudo cónico
Probeta
PRÁCTICA 4
DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE NITRITOS EN
AGUA
Fundamento
El nitrito es un estado de oxidación intermedio del nitrógeno, tanto en la oxidación de
amoníaco a nitrato como en la reducción de nitrato. Esa oxidación y reducción puede ocurrir en las
plantas de tratamiento de aguas residuales, sistemas de distribución y aguas naturales. El nitrito es
el agente causal real de una enfermedad infantil denominada metahemoglobinemia.
El nitrito se determina por la formación de un colorante azo púrpuro rojizo, producido a
valores de pH comprendidos entre 2.0 y 2.5, por acoplamiento de sulfanilamida diazotizada con
diclorhidrato de N-(1-naftil)-etilendiamina (diclorhidrato de NED) (Reacción de Griess).
O
H2 N
S
-
O
+
N H2 + NO2 + 2H
H2N
O
N ≡N + 2H2O
S
O
ClN H2
NH3 Cl
ClN H2
NH3 Cl
O
H2 N
S
N≡ N +
O
O
N N
S
NH2
O
Colorante púrpuro rojizo
Procedimiento
Preparar una curva patrón con las siguientes concentraciones 10, 20, 40, 60, 80 y 100 µg/L
de N-NO2 a partir de la solución intermedia de nitrito de 0.5 mg/L de N-NO2. Añadir 1 mL de
reactivo de color a cada matraz y enrasar a 25 mL con agua desionizada. Mezclar bien y esperar 10
minutos. Medir la absorbancia a 543 nm.
Tomar 10 mL de la muestra de agua problema, añadir 1 mL de reactivo de color y llevar a
25 mL con agua desionizada. Medir la absorbancia en las mismas condiciones que la curva patrón.
Determinar la concentración de nitrito en la muestra, en forma de N-NO2 y de NO2.
Reactivo de color: Añadir a 800 mL de agua, 100 mL de ácido fosfórico 85% y 10 g de
sulfanilamida. Tras disolver completamente la sulfanilamida, añadir 1 g de diclorhidrato de N-(1naftil)etilendiamina. Mezclar para disolver y diluir con agua hasta 1 litro.
Solución madre de 100 mg/L de N-NO2: Disolver 0.1232 g de NaNO2 secado durante 1 hora
a 105 C en agua y diluir a 250 mL. Conservar con 0.25 mL de CHCl3.
o
MATERIAL Y APARATOS
- Espectrofotómetro VIS
- 7 Matraces de 25 mL
- Pipetas: 2, 5 y 10 mL
- Frasco lavador y gotero de H2O dest.
REACTIVOS
- NaNO2
- Sulfanilamida
- N-(1-naftil)etilendiamina diclorhidrato
- H3PO4 85%