Anlisis por Absorcin Atmica de Calcio y Magnesio

Laboratorio de Química Inorgánica
ANÁLISIS POR ABSORCIÓN ATÓMICA DE CALCIO Y
MAGNESIO
INTRODUCCIÓN
La Espectroscopia por Absorción Atómica (EAA) es la medición instrumental de
la cantidad de radiación absorbida por átomos no-excitados en el estado
gaseoso. El espectro de absorción de un elemento en su forma atómica gaseosa
consiste de líneas agudas, bien definidas, que surgen de las transiciones
electrónicas de los electrones de valencia. Para metales, las energías de estas
transiciones generalmente corresponden a longitudes de onda en las regiones
UV y visible. Se debe seleccionar una longitud de onda para cada elemento
donde el absorba fuertemente el elemento, y donde no interfieran otros
elementos. Para el calcio, la longitud de onda usual es 422.7 nm, y para
magnesio es de 285.2 nm.
La espectroscopia de absorción atómica se ha usado para la
determinación de más de 70 elementos. Las aplicaciones en la industria incluyen
muestras clínicas y biológicas, materiales forenses, alimentos, bebidas, agua y
efluentes, análisis de suelos, análisis de minerales, productos petrolíferos,
farmacéuticos y cosméticos. En este experimento, se analizará el contenido de
calcio y magnesio de muestras de agua de la llave o agua dura.
SECCIÓN EXPERIMENTAL
Recomendaciones de Seguridad
Carbonato de calcio: Este compuesto no se considera peligroso, sin embargo,
se deben tomar las medidas de seguridad propias de un laboratorio de química.
Magnesio. Este elemento es dañino si se ingiere. Se deben observar las
precauciones normales.
DATOS QUÍMICOS
Compuesto PF
Masa (g)
mmoles
p.fus.(oC)
Densidad
CaCO3
1.249
12.48
825
2.83
100.09
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Mg
24.31
1.000
41.14
648
1.74
Equipo Requerido
Dos matraces volumétricos de 1-L
Dos matraces volumétricos de 250-mL
Dieciséis matraces volumétricos de 100-mL
Solución estándar de Cu2+, 5 ppm.
Tiempo Requerido para el Experimento: 3 h.
Preparación de Soluciones Stock y Estándares de Calibración
NOTA: Asegúrese de etiquetar todos los matraces cuidadosamente con el
metal que contienen y su concentración. Se preparan suficientes
soluciones stock para todo el grupo.
Prepare una solución stock de ion calcio, Ca2+, a 500 ppm, disolviendo
1.249 g de carbonato de calcio en 50 mL de agua destilada en un matraz
volumétrico de 1-L. Añada suficiente HCl concentrado (Precaución: ¡Corrosivo!)
sólo hasta que se disuelva el carbonato de calcio. Añada agua destilada hasta el
aforo.
Prepare una solución stock de ion magnesio, Mg2+, a 1,000 ppm,
disolviendo 1.000 g de tiras de magnesio (remueva la película de óxido con
papel lija) en un matraz volumétrico de 1-L en suficiente HCl 6M hasta disolverlo.
Añada HCl al 1% (v/v) hasta el aforo.
Prepare una solución de ion calcio Ca2+ a 50 ppm diluyendo 25 mL de la
solución stock a 500 ppm en un matraz volumétrico de 250-mL. Prepare una
serie de soluciones de calibración, como sigue, usando matraces volumétricos
de 100-mL.
1. 2 ppm: Diluya 4 mL de la solución a 50 ppm a 100 mL.
2. 4 ppm: Diluya 8 mL de la solución a 50 ppm a 100 mL.
3. 6 ppm: Diluya 12 mL de la solución a 50 ppm a 100 mL.
4. 8 ppm: Diluya 16 mL de la solución a 50 ppm a 100 mL.
5. 10 ppm: Diluya 20 mL de la solución a 50 ppm a 100 mL.
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6. 12 ppm: Diluya 24 mL de la solución a 50 ppm a 100 mL.
Prepare una solución de Mg2+ a 20 ppm diluyendo 5 mL de la solución
stock a 1,000 ppm hasta 250 mL. Prepare una serie de soluciones de
calibración, como sigue, usando matraces volumétricos de 100-mL.
1. 0.4 ppm: Diluya 2 mL de la solución a 20 ppm a 100 mL.
2. 0.8 ppm: Diluya 4 mL de la solución a 20 ppm a 100 mL.
3. 1.2 ppm: Diluya 6 mL de la solución a 20 ppm a 100 mL.
4. 1.6 ppm: Diluya 8 mL de la solución a 20 ppm a 100 mL.
5. 2.0 ppm: Diluya 10 mL de la solución a 20 ppm a 100 mL.
6. 2.4 ppm: Diluya 12 mL de la solución a 20 ppm a 100 mL.
Obtenga de su instructor de laboratorio una muestra desconocida de agua
dura. (Se pueden usar para este propósito los oxalatos preparados en el
experimento “Síntesis y Análisis Térmico de Oxalatos Metálicos”: Disuelva 18 mg
de oxalato de magnesio hidratado en un matraz volumétrico de 250-mL, usando
1 mL de HCl 12M. Afore con agua.) Prepare una serie de soluciones de la
muestra desconocida, como sigue:
1. Diluya 5 mL de la muestra desconocida hasta 100 mL.
2. Diluya 2 mL de la muestra desconocida hasta 100 mL.
3. Diluya 1 mL de la muestra desconocida hasta 100 mL.
4. Diluya 0.5 mL de la muestra desconocida hasta 100 mL.
Calibración del Equipo de Absorción Atómica
NOTA: Las siguientes instrucciones se basan en un equipo de AA PerkinElmer 2280. Otros equipos operarán de forma similar. El equipo deberá
encenderse al menos 30 min. antes de usarse.
Seleccione la lámpara de Cu e insértela en su lugar. Asegúrese que el
agua de enfriamiento circule. Los botones del equipo deben quedar de la
siguiente manera: Señal: Lámpara 1, Ganancia: Completamente en el sentido
de las manecillas del reloj, Lámpara 1: Completamente en el sentido de las
manecillas del reloj. Gire el botón de la Lámpara 1 en el sentido de las
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manecillas del reloj hasta que Lámpara/Energía esté en 15. Ponga el Slit Width
en 0.7 nm. Gire el botón Señal a la posición Abs. Setting.
Seleccione la Longitud de Onda. Para Cu2+, la longitud de onda debe ser 324.5
nm. Para Ca2+, la longitud de onda debe ser 422.7 nm. Para Mg2+, la longitud de
onda debe ser 285 nm.
Gire el botón de la Ganancia en el sentido de las manecillas del reloj
hasta que Lámpara/Energía esté en 75. Ajuste la lectura Lámpara/Energía al
máximo usando el botón de Longitud de Onda y los controles horizontal y
vertical en la lámpara. Regrese la lectura de Lámpara/Energía a 75 después de
cada ajuste, usando la manecilla de Ganancia.
Encienda el ventilador, y prenda la flama por (a) encendiendo la bomba
de aire, (b) estableciendo la presión del tanque de acetileno a 12 psi, (c) girando
el botón en el equipo a aire (40 en el medidor), y (d) girando el switch de
acetileno a la posición arriba, y presionando el botón de encendido.
Aspire agua, luego ponga en cero el equipo presionando el botón AZ.
Aspire la solución de Cu2+ a 5 ppm. La absorbancia de este estándar debe tener
un valor de entre 0.18 y 0.24. Si se obtiene la lectura deseada con Cu2+, apague
la flama cerrando el switch de acetileno, cerrando la válvula de aire en el equipo,
y apagando el equipo.
Reemplace la lámpara de Cu con una lámpara de Ca-Mg, y repita los
pasos previos para ajustar la lámpara y prender la flama.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Comenzando con la solución más diluida, obtenga la lectura de absorción (abs)
para cada una de las soluciones de calibración de Ca2+. Aspire agua destilada
entre cada medición de Ca2+. Luego registre la absorción de la solución de Ca2+
desconocida.
Gire la manecilla de “abs” a “conc”. Seleccione dos de las soluciones
conocidas (preferentemente una concentración alta y otra baja). Recuerde
aspirar agua destilada entre cada solución. Mientras aspira la dilución más baja
teclee la concentración de la solución conocida. Por ejemplo, ponga 2.0 y
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presione “SI” dos veces. Cambie de “conc” to “abs” y registre la absorbencia.
Repita el procedimiento por tantos estándares como lo permita el equipo.
Presione 5.0 (s) y el botón “t”. Aspire la muestra desconocida y presione
“lectura”. Ahora se puede leer la concentración de la desconocida directamente.
Registre este valor. (Si usó los oxalatos del experimento previo, calcule el
porcentaje de Mg o Ca en el oxalato.)
Repita este procedimiento para Mg2+, recordando establecer la longitud de
onda en 285 nm. Recalibre el instrumento como antes.
NOTA: Si el instrumento no permite la lectura directa de concentraciones
desconocidas, haga una gráfica de concentración (eje x) versus
absorbencia (eje y) para las soluciones conocidas. Ajuste los puntos con la
mejor línea recta. La concentración de la desconocida se puede obtener
leyendo del eje de la absorbencia hasta que se alcance la línea y tomar la
lectura del valor de la concentración.
Para apagar el instrumento, cierre el tanque de acetileno, y luego el aire.
Apague el compresor y la fuente de poder.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué significa el término “sputter (chisporrotear)” en relación a la operación
de un tubo de cátodo hueco en análisis de absorción atómica?
2. ¿Qué enfoque gráfico se puede usar en la determinación cuantitativa EAA de
una especie específica? Ilustre con un ejemplo.
3. ¿Cuáles son los dos fenómenos básicos que contabilizan por la ineficiencia
del sistema de quemado de la flama nebulizada que se usa en EAA?
4. ¿Por qué se debe cortar el rayo de luz (de la fuente de cátodo-hueco)?
5. En una flama H2-O2, el pico de absorción para hierro se encontró que bajaba
en intensidad en la presencia de grandes concentraciones de ion sulfato.
Sugiera una explicación para esta observación. Sugiera un método para vencer
esta interferencia potencial del ion sulfato en una determinación cuantitativa de
hierro.
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6. El plomo y el mercurio son metales pesados venenosos bien conocidos.
Ambos se analizan comúnmente usando EAA, aunque los métodos para cada
uno difieren. Haga una búsqueda bibliográfica acerca de la historia de la EAA y
cómo se ha usado para analizar estos elementos. Un buen artículo de revisión
para comenzar es Waals, A. Anal. Chem. 1974, 46, 698A.
REFERENCIAS
Z. Szafran, R. M. Pike, M. M. Singh, Microscale Inorganic Chemistry. A
Comprehensive Laboratory Experience, John Wiley & Sons, Inc.: New York,
1991.
Skoog, D. A., Principles of Instrumental Analyses, 3rd ed., Saunders:
Philadelphia, PA, 1985, capítulo 9.
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