capítulo 1

Universidad
Tecnológica de
Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad
Tecnológica de Querétaro
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o=Universidad Tecnológica de Querétaro,
ou, [email protected], c=MX
Fecha: 2010.08.18 16:03:06 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
Voluntad. Conocimiento y Servicio
Reporte de Estadía para obtener el título de
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
TECNOLOGÍA AMBIENTAL
CENTRO DE GEOCIENCIAS UNAM CAMPUS
JURIQUILLA
IMPLEMENTACIÓN DE UN MÉTODO DIRECTO PARA
DETERMINAR METALES EN MUESTRAS DE
PETRÓLEO, POR LA TÉCNICA DE ICP-OES
PRESENTA: CORONEL LÓPEZ MARIA GUADALUPE
M. en C. Carolina Muñoz Torrea M. en C. Lourdes M. Peña Cheng
ASESOR DE LA EMPRESA
ASESOR UTEQ
SANTIAGO DE QUERÉTARO
AGOSTO DEL 2009
1
2
AGRADECIMIENTOS
Mis más sinceros agradecimientos a todos aquellos que estuvieron apoyando
este proyecto principalmente a las maestras Carolina Muñoz y
Guadalupe
Delgado por su paciencia, disponibilidad y apoyo que me brindaron en esta
estancia.
Y sin lugar a dudas la persona que estuvo en todo momento con su apoyo,
disponibilidad durante estos dos años mi tutora Lourdes Peña Cheng que tubo
confianza que realizara mi estadía en la UNAM.
i
DEDICATORIAS
Con todo cariño y mucho respeto quiero dedicar mi proyecto a la persona que
siempre ha estado conmigo en todo momento MI MADRE así mismo como a mi
padre y mis hermanos con su apoyo y confianza para poder consumarme como
universitario. A cada uno de mis profesores que me brindaron los conocimientos
necesarios y a la Universidad Tecnológica de Querétaro en la que finalmente
concluiré mis estudios. Y la persona que siempre ha estado en cada uno de los
momentos que pase en la universidad por su apoyo, paciencia gracias mi amor.
“El verdadero hombre renace de las cenizas de sus errores”
ii
INTRODUCCIÓN
El petróleo es un líquido oleoso bituminoso (color oscuro) de origen natural
compuesto
por
diferentes
sustancias
orgánicas
(es
una
mezcla
de
hidrocarburos, aunque también suelen contener unos pocos compuestos de
azufre y de oxígeno). Es, como el carbón, un combustible fósil. También recibe
los nombres de petróleo crudo, crudo petrolífero o simplemente "crudo". Aunque
se trata de un líquido aceitoso de color oscuro, es considerado una roca
sedimentaria.
El petróleo se forma a partir de restos de pequeños organismos marinos que
viven en cantidades enormes en mares cálidos y poco profundos. Si al morir
estos organismos son rápidamente enterrados por sedimentos, fermentarán.
Pasados millones de años, bajo la presión de nuevas capas de sedimentos, los
restos orgánicos se transformarán en petróleo. El proceso comenzó hace
muchos millones de años, cuando surgieron los organismos vivos en grandes
cantidades, y continúa hasta el presente.
Se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie terrestre, en los estratos
superiores de la corteza terrestre. Esto se debe a que el petróleo tiende a
escapar a zonas más altas en las que soporte menos presión. En este viaje,
Con frecuencia acaban encontrando un esquisto impermeable o una capa de
roca densa y se acumula, ya que son determinadas zonas de las que no puede
salir: son las trampas. En otras ocasiones consigue alcanzar la superficie.
Cuando ocurre esto el petróleo se volatiza dejando un residuo de asfalto y
betún. No es de extrañar, por tanto, que fuese conocido ya por las antiguas
civilizaciones. Los egipcios utilizaban el betún para impermeabilizar los barcos y
para embalsamar las momias. Sin embargo, tan sólo desde finales del siglo XIX
viene utilizándose a gran escala como combustible.
iii
ÍNDICE
AGRADECIEMIENTOS………………………………………………….i
DEDICATORIAS………………………………………………………….ii
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………iii
ÍNDICE……………………………………………………..……………...iv
CAPÍTULO 1……………………………………………………………...8
1.0 ASPECTOS GENERALES DEL CGEO………………………...8
1.1 Antecedentes de la empresa…………………………………......8
1.2 Misión………………………………………………………..…….10
1.3 Visión…………………………………………………………...….11
1.4 Objetivos……………………………………………………..……11
1.5 Clientes………………………………………………………..…..12
1.6 Ubicación…………………………………………………….……12
CAPÍTULO 2…………………………………………………………… 14
2.0 DEFINICIÓN DEL PROYECTO……………………………….14
2.1Antecedentes……………………………………………………….15
2.2 Definición del problema…………………………………………15
2.3 Justificación ……………………………………………………..16
2.4 Objetivos……………………………………………………….. .16
CAPÏTULO 3……………………………………………………………17
3.0 SOPORTETEÓRICO…………………………………………..18
3.1¿Qué es el petróleo……………………………………………..18
3.1.1 Origen……………………………………………….………...18
3.1.2 Teoría de Engler……………………………………………..18
3.1.3 Composición…………………………………………….……20
3.1.4 Tipos de petróleo………………………………………….....20
3.1.5 Metales pesados……………………………………………..22
3.1.6 Metales pesados en hidrocarburos (petróleo)…………….23
3.1.7 Importancia del petróleo en México…………………….....25
3.1.8 Producción de petróleo en México………………………...26
3.1.9 Zonas productoras de petróleo en México………………..27
3.1.10 Problemática del uso de petróleo………………………....27
3.1.11 Determinación de metales en Petróleo………………..…28
3.1.12 Rastreo de contaminación ……………………………….28
3.2.0 FUNDAMENTOS DEL ICP-OES…………………………...28
3.2.1 Fundamentos del ICP-OES…………………………………29
3.2.2 Aplicaciones…………………………………………………..30
iv
3.2.3 Características Generales del ICP-OES……………………32
3.2.4. Orgánico.………………………………………….…………33
CAPÍTULO 4…………………………………………………………..35
4.0 DESARROLLO DEL PROYECTO………………………..…36
4.1ETAPAS DEL DESARROLLO DEL PROYECTO………....37
CAPÍTULO 5…………………………………………………………..39
5.0 RESULTADOS…………………………………………………40
5.1Aplicación Thermo No.40967………………………………..40
5.2 Elaboración de estándares…………………………………..40
5.2.1 Cálculos de estándares…………………………………….40
5.3 Preparación de estándares…………………………………..42
5.3.1 Reactivos Utilizados…………………………………..……42
5.3.2 Equipos utilizados……………………………………..……43
5.4 Procedimientos………………………………………………....43
5.4.1 Condiciones de análisis………………………………….....44
5.5 Colocación del kit de orgánicos y optimización del equi45
5.5.1 Colocación del kit orgánico………………………………….45
5.5.2 Optimización del equipo…………………………………….46
5.6 Longitud de onda………………………………………...…….…46
5.7 Calibración……………………………...………………………..47
5.8 Límite de detección……………………………………………..56
5.9 Análisis de un material de referencia…………………….....57
5.10 Repetibilidad………………………………..………………….58
5.11 Conclusiones…………………………………………………..63
5.12 Recomendaciones…………………………...………………..64
CAPÍTULO 6…………………………………………………… ……..65
6.1 GLOSARIO…………………………………………..…………..66
6.2 BIBLIOGRAFÍA……………………………………..…………...68
6.3 ANEXOS…………………………………………..……………...69
6.3.1 Aguas utilizadas en el laboratorio………………………….69
6.3.2 Propiedades del coeficientes de correlación…………….69
6.3.3 Estancia en el centro de investigación de Geociencias....71
v
vi
CAPÍTULO 1
ASPECTOS GENERALES DEL
CENTRO DE GEOCIENCIAS, UNAM
CAMPUS JURIQUILLA
vii
CAPÍTULO 1
CAPÍTULO 1
1.0 ASPECTOS GENERALES DEL CENTRO DE GEOCIENCIAS (CGEO)
1.1 Antecedentes del Centro de Geociencias (CGEOUNAM)
El Campus Juriquilla de la UNAM es el resultado de un ambicioso proyecto para
contribuir a la descentralización de las actividades de investigación científica, de
educación superior, de desarrollo tecnológico y formación de recursos humanos
de alto nivel en la Región del Bajío. Conjunta los esfuerzos de varias
instituciones
académicas
(Universidad
Nacional
Autónoma
de
México,
Universidad Autónoma de Querétaro, Centro de Investigación y de Estudios
Avanzados), así como del Gobierno del Estado de Querétaro y del Gobierno
Federal.
Figura 1.1: Entrada principal de la UNAM Campus Juriquilla.
Fuente inb.unam.mx
En el Campus Juriquilla actualmente se encuentra ubicado
el Centro de
Geociencias (CGEO), el Instituto de Neurobiología (INB), con la Unidad de
Investigación en Neurodesarrollo y la Unidad de Resonancia Magnética a su
cargo, el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) y la
Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería.
8
En el Campus también se localiza el Centro Académico Cultural, Auditorio con
capacidad para 380 personas, Biblioteca Central, Unidad de Seminarios,
Unidad de Docencia, Cafetería y las oficinas de la Coordinación de Servicios
Administrativos.
El Centro de Geociencias (CGEO), pertenece al Subsistema de la Investigación
Científica de la UNAM y se ubica en el Campus UNAM de Juriquilla, Querétaro.
El Centro se creó el 1 de Abril de 2002, a partir de la "Unidad de Investigación en
Ciencias de la Tierra" (UNICIT), que dependía de los Instituto de Geología y el
Instituto de Geofísica de la UNAM. La Unidad se había creado a mediados de
1996 y por primera vez se juntaba personal de dos diferentes Institutos para
trabajar de manera interdisciplinaria.
Por lo cual se desarrollan proyectos de investigación básica en 19 estados de la
República. También se realizan proyectos aplicados para la solución de
problemas que afectan a las entidades del centro del país como son: estudios
de suelos, riesgos geológicos, estudios de agua subterránea, contaminación de
acuíferos y de suelos, prospección (para rellenos sanitarios, vías públicas,
infraestructura urbana, carreteras, etc.).
Entre otros proyectos, el Centro de Geociencias actualmente tiene convenios de
colaboración en investigación aplicada para beneficio del país con PEMEXPEP, REPSOL, CFE (Geotermia), Servicio Geológico Mexicano, Agencia
Internacional de Energía Atómica, así como con las Delegaciones Gustavo A.
Madero e Iztapalapa, GDF, y con los municipios de San Luis Potosí y San
Miguel de Allende.
9
Figura 1.2 : Centro de Geociencias, UNAM Campus Juriquilla
Fuente: www.geociencias.unam.mx
Para fomentar la interacción de los investigadores en los campos considerados
de mayor interés, el Centro de Geociencias tiene una estructura compuesta por
cuatro programas de investigación, que son:
 Tectónica, Geología Estructural y Sismología.
 Magmatismo y Petrogénesis.
 Geomagnetismo y Exploración Geofísica.
 Geofluidos.
1.2 Misión
“La misión del CGEO es ser un polo científico líder a nivel nacional y punto de
referencia internacional para la investigación y la formación de recursos
humanos de alto nivel en áreas estratégicas de las Geociencias, que contribuya
a un mejor conocimiento del territorio nacional y al aprovechamiento de sus
recursos naturales y la protección del medio ambiente.” (1)1
1
CGEO. (22 de Febrero de 2009). Centro de Goeciencias. Recuperado el 27 de Mayo de 2010, de Cgeo:
http://www.cgeo.unam.mx.
10
1.3 Visión
“El Centro está inscrito en el padrón de CONACyT como postgrado de
excelencia. Actualmente participa en colaboración con la Facultad de Ciencias
de la UNAM en la creación de una nueva Licenciatura en Geociencias, la cual
se impartirá también en el Campus Juriquilla, Querétaro.” (1)
1.4 Objetivos
Los objetivos del Centro de Geociencias son siete y son los siguientes:
1. Realizar investigación de alta calidad, cuyos resultados incidan en la solución
de problemas científicos y sociales, internacionales, nacionales y regionales,
por medio de trabajo interdisciplinario entre las diferentes ramas de la Ciencias
de la
Tierra y con otras áreas donde puedan existir temas de interés común.
2. Fortalecer los lazos académicos con los institutos y centros afines de la
UNAM y del resto del país, a través de redes de investigación sobre temas
comunes, así como del intercambio de estudiantes y posdoctorado.
3. Colaborar estrechamente con las universidades de la región central del país,
para desarrollar proyectos de docencia a nivel Licenciatura y formación de
personal especializado a nivel Posgrado.
4. Incrementar la colaboración con instituciones de alto reconocimiento
internacional para mejorar el nivel de investigación y posibilitar el intercambio
académico, especialmente de estancias de estudiantes e investigadores
visitantes.
11
5. Fortalecer los nexos de colaboración con gobiernos de los estados vecinos,
entidades públicas y empresas paraestatales en donde impactan las actividades
de investigación del Centro.
6. Apoyar la difusión de las investigaciones en Geociencias a nivel nacional e
internacional a través de la edición de revistas científicas arbitradas y medios
electrónicos, así como con la organización de congresos científicos, foros de
discusión, etc.
7. Fomentar acciones y actividades de divulgación científica en colaboración
con entidades gubernamentales, universidades y organismos descentralizados,
insistiendo en acciones como la creación de un Museo de la Ciencia con una
sala dedicada al Sistema Tierra, la articulación de mecanismos de integración e
investigadores del Centro en comités estatales y municipales dedicados a
diversos aspectos en los que tengan incidencia las Ciencias de la Tierra, la
participación de investigadores en foros de divulgación científica como
televisión, radio, prensa, libros, folletos, etc.
1.5 Clientes
En el Centro se llevan a cabo proyectos aplicados para la solución de
problemas que afectan a las entidades estatales del centro del país como lo
son: estudios de suelo, riesgos geológicos (sísmico, volcánico, deslaves,
agrietamientos, etc.), estudios de agua subterránea, contaminación de
acuíferos, contaminación de suelos, prospección (para rellenos sanitarios, vías
públicas, infraestructura urbana, carreteras, etc.) y otros. (1)
12
1.6 Ubicación
El Centro de Geociencias se ubica en el estado de Querétaro, en Juriquilla, y se
encuentra a 8 km al norte de la ciudad de Querétaro.2
UNAM
Figura 1.3: Ubicación del Campus Juriquilla.
Fuente: www.geociencias.unam.mx
12 CGEO. (22 de Febrero de 2009). Centro de Goeciencias. Recuperado el 27 de Mayo de 2010, de Cgeo:
http://www.cgeo.unam.mx.
13
CAPÍTULO 2
DEFINICIÓN DEL PROYECTO
14
CAPÍTULO 2
2.0 DEFINICIÓN DEL PROYECTO
2.1 ANTECEDENTES
En la actualidad el petróleo toma un papel muy importante ya que es el recurso
natural en nuestro país, porque satisface la demanda de energéticos y de
petroquímicos básicos y contribuye al desarrollo industrial de nuestro país, nos
proveen de materia prima para telas, plásticos, combustibles, solventes y de
una gran cantidad de compuestos orgánicos.
Uno de los aspectos al tomar en cuenta que la explotación, la refinación, e
inclusive muchos de los usos finales, tiene un impacto ambiental producido por
los accidentes
con petróleo como los derrames que se han dado en la
actualidad con mayor frecuencia y que dañan a los ecosistemas donde se
produce el derrame.
2.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Actualmente es necesario buscar un equilibrio entre el consumo de nuestros
recursos naturales y el medio ambiente, por lo que es necesario contar con una
metodología que permita cuantificar metales pesados en los hidrocarburos. Por
lo tanto se implemento un método por la técnica de espectroscopía de emisión
óptica con plasma inductivamente acoplado (ICP-OES) para la cuantificación
directa de metales en el petróleo.
15
2.3 JUSTIFICACIÓN
El contenido de metales en el petróleo, es una fuente de información para
diversos campos de la ciencia, con distintas aplicaciones, así como en el área
ambiental.
La implementación de la técnica de ICP-OES con un sistema Duo y orgánico
permitirá realizar la medición directa de los metales en el petróleo evitando así
la preparación de la muestra.
2.4 OBJETIVO
Objetivo general:
Implementar un método directo para el análisis de metales pesados (V, Ni, Co,
Fe, Zn, Cr, Mn) por la técnica de ICP-OES con un sistema de orgánicos en un
iCAP 6500 Duo de Thermo.
Objetivos particulares:
 Consulta biográfica de métodos directos por medio del ICP-OES
 Buscar las condiciones de análisis de aceites por la técnica de ICP-OES
Duo con un sistema de orgánicos
 Determinación del límite de detección del método.
 Determinar las concentraciones de metales en un material de referencia
certificado, de matriz similar, y compararlas con los valores reportados
en su certificado.
16
CAPÍTULO 3
MARCO TEÓRICO
17
CAPÍTULO 3
3.0 SOPORTE TEÓRICO
3.1.0 ¿Qué es el petróleo?
El petróleo es una
sustancia oleosa de color muy oscuro compuesta de
hidrógeno y carbono, y se llama hidrocarburo. Puede hallarse en estado líquido
y es llamado aceite “crudo”, y en estado gaseoso, se denomina gas natural.
3.1.1 Origen
Su origen es de tipo orgánico y sedimentario. Se formó como resultado de un
complejo proceso físico- químico en el interior de la tierra, que, debido a la
presión y las altas temperaturas, se van descomponiendo las materias
orgánicas que estaban formadas especialmente por zooplancton marinos, así
como por materia vegetal y animal, que se fueron depositando en el pasado en
lechos de los grandes lagos, mares y océanos. A esto se unieron rocas y
mantos de sedimentos. A través del tiempo se transformó esta sedimentación
en petróleo y gas natural. (2)
3.1.2 Teoría de Engler
Las teorías originales, en las que se atribuyó al petróleo un origen inorgánico
(Berthelott y Mendeleyev) han quedado descartadas:
2
Petroleo. I.M.P (17 de septiempre de 2008). Instituto Mexicano del Petroleo.
Recuperado el 11 de junio del 2010, de IMP: htpm// www. Imp.com.mx.
18
Uno de los supuestos más aceptados acerca del origen del Petróleo lo
constituye la Teoría de Engler (1911):
1ra Etapa
Depósitos de organismos de origen vegetal y animal se acumulan en el fondo
de mares internos (lagunas marinas).
Las bacterias actúan, descomponiendo los constituyentes carbohidratos en
gases y materias solubles en agua, y de esta manera son desalojados del
depósito.
Permanecen los constituyentes de tipo ceras, grasas y otras materias estables,
solubles en aceite.2
2da Etapa
A condiciones de alta presión y temperatura, se desprende CO 2 de los
compuestos con grupos carboxílicos, y H2O de los ácidos hidroxílicos y de los
alcoholes, dejando un residuo bituminoso.
La continuación de exposiciones a calor y presión provoca un craqueo ligero
con formación de olefinas (protopetróleo).
2
Petroleo. I.M.P (17 de septiempre de 2008). Instituto Mexicano del Petroleo.
Recuperado el 11 de junio del 2010, de IMP: htpm// www. Imp.com.mx.
19
3ra Etapa
Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales, se
polimerizan y se ciclan para dar origen a hidrocarburos de tipo nafténico y
parafínico. Los aromáticos se forman, presumiblemente, por reacciones de
condensación
acompañando
al
craqueo
y
ciclización,
o
durante
la
descomposición de las proteínas.
3.1.3 Composición
El petróleo es un compuesto de origen orgánico, más denso que el agua y de
un olor fuerte y característico. Se extrae de la superficie terrestre y después es
almacenado en grandes depósitos y enviado mediante oleoductos (vía terrestre)
o por los grandes barcos petrolíferos (vía marítima) a las partes del mundo
donde es necesario.
En numerosas ocasiones se utiliza la palabra crudo para denominar al petróleo
sin refinar.
Los hidrocarburos están formados por Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno
y Azufre. La composición media del petróleo sería 85%C, 12%H y 3% S+O+N,
además de varios elementos metálicos. La composición de los crudos varía
dependiendo del lugar donde se han formado. Las diferencias entre unos y
otros se deben, a las distintas proporciones de las diferentes fracciones de
hidrocarburos, y a la variación en la concentración de azufre, nitrógeno y
metales
3.1.4 Tipos de Petróleo
Son miles de compuestos químicos que constituyen el petróleo entre muchas
otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad
(dependiendo de la temperatura de ebullición). Al calentarse el petróleo, se
20
evaporan preferentemente
los compuestos ligeros (de estructura química
sencilla y bajo peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la
temperatura los compuestos más pesados van incorporándose al vapor.
La Industria Mundial de Hidrocarburos Líquidos clasifica el petróleo de acuerdo
con su densidad API, ver tabla 3.1.4.1.1(parámetros internacional del Instituto
Americano del Petróleo que diferencia las calidades del crudo3
3.1.4.1 Fuente: Petróleo, I.M.P. (17 de septiembre de 2008). Instituto Mexicano del
Petróleo. Recuperado el 09 de junio del 2010, de IMP: htpm://www.imp.com.mx.
Para exploración, en México se preparan tres variedades de petróleo crudo:
 Istmo: ligero con densidad de 33.6 API y 1.3% de azufre en peso.
 Maya: pesado con densidad de 22 grados API y 3.3% de azufre en peso.
3
. Fuente: Petróleo, I.M.P. (17 de septiembre de 2008). Instituto Mexicano del
Petróleo. Recuperado el 09 de junio del 2010, de IMP: htpm://www.imp.com.mx.
21
 Olmeca: superligero con densidad de 39.3 grados API y 0.8% de azufre
en peso.
El petróleo en México es materia prima de calidad que se encuentra presente
en toda la industria nacional e internacional desde el transporte, alimentos,
fármacos, fertilizantes, pinturas, textiles. Fuente IMP (Instituto Mexicano del
Petróleo)
3.1.5 Metales pesados
La mayor partes de los elementos químicos conocidos son metales, sustancia
química que tiende a ceder sus electrones de su última orbita, para alcanzar un
configuración electrónica más estable.
La presencia de metales pesados en el medio ambiente
se divide en dos
grandes grupos, por motivos antropogénico y naturales
Antropogénico.
Los factores de origen antropogénico son aquellos donde los metales pesados
son emitidos al ambiente por causas de actividad humana. Hay un sin número
de formas en que estos metales son introducidos al ambiente por el ser
humano, como la emisión a la atmósfera de Plomo (Pb) por medio de
combustibles con tetra etilo de Plomo ((C2H5)4Pb), o a suelos por medio de la
explotación minera y fundición, o en menor grado, al añadirle pesticidas o
fertilizantes con bajos niveles de metales pesados, pero que se añaden de
forma periódica a los suelos.
22
Naturales
En la naturaleza, los metales pueden provenir principalmente de rocas,
emisiones volcánicas, e inclusive material extraterrestre (meteoritos). Aunque
los metales se encuentran en casi todo tipo de rocas, se les puede hallar en
mayores concentraciones en las rocas ígneas.
Los metales pesados son llevados a la superficie de forma natural,
especialmente por actividad volcánica, después son liberados por medio de
procesos de intemperismo (meteorización) y erosión, o disueltos y arrastrados
en ríos y arroyos, en forma de cationes, y terminan depositándose en los
sedimentos, donde se adhieren a las rocas del sedimento para comenzar el
ciclo de nuevo.4
3.1.6 Metales Pesados en Hidrocarburos (Petróleo)
Químicamente, un metal es una sustancia que tiende a ceder su o sus
electrones del último orbital, para alcanzar una configuración electrónica más
estable. Al ceder su electrón, el metal adquiere una carga positiva, es decir,
forma cationes.
Los metales se encuentran en el medio ambiente; en la atmósfera, suelos,
aguas e inclusive, en los seres vivos, aunque normalmente en bajas
concentraciones.
Los metales pesados se definen como aquellos que tienen una densidad de al
menos cinco veces la del agua, (la densidad del agua es de aproximadamente
5000 kg/m3a 1 atm de presión y 4 C de temperatura). Ejemplos: Plomo (Pb),
Zinc (Zn), Cadmio (Cd), Níquel (Ni), Cromo (Cr), Vanadio (V), Cobre(Cu), Hierro
(Fe), Cobalto (Co), entre otros. A continuación, se examinan algunas
características físicas y químicas de algunos metales pesados:
4
Hernández Guerrero Alejandro. (2004) “Emisiones a la atmósfera” Manual de asignatura,1; UTEQ.
23
 Cromo (Cr): El cromo es un metal con una densidad de 7.14 g/cm 3, con
un punto de fusión de 1900 ºC, y tiene dos estados de oxidación, el
trivalente (3+) y el hexavalente (6+). El cromo tiene una concentración en
la litósfera de 69 μg/g3, concentración alta si consideramos las
concentraciones de otros metales pesados. El cromo se presenta en
forma natural en el mineral cromita, también en otros minerales, donde
sustituye a los iones Fe3+ y Al3+. Sus principales fuentes antropogénicas
son la industria metalúrgica, y la combustión de carbón y de residuos
municipales.
 Níquel (Ni): Es un metal con un punto de fusión de 1455 °C y una
densidad de 8.9 g/cm3. Es un buen conductor térmico, altamente dúctil y
maleable. La concentración de níquel en la litósfera es de 55 μg/g3. Las
emisiones de níquel a la atmósfera por causas antropogénicas
constituyen el 65% de todas las fuentes de emisión totales, y figuran
entre ellas la quema de combustibles fósiles, la incineración de
desperdicios y la producción de los metales no férreos.
 Cobre (Cu): Tiene una densidad de 8.94 g/cm 3, y un punto de fusión de
1356 °C, además, es relativamente abundante en la litósfera, pues tiene
una concentración de aproximadamente 39 μg/g3
Aunque es
considerado un micronutriente esencial para la mayoría de los
organismos acuáticos, en concentraciones tan bajas como 10 μg/L se le
considera tóxico
24
3.1.7 Importancia del petróleo en México
El petróleo es conocido desde la prehistoria. En México los antiguos pobladores
tenían conocimiento de esta sustancia. En 1859, Edwin L. Drake inició una
nueva época cuando encontró petróleo en Titusville, Pensilvania, a una
profundidad de 21 metros. A 148 años de aquel suceso, el petróleo desempeña
un papel de suma importancia en las actividades industriales, científicas y
cotidianas. A tal grado ha sido empleado el petróleo y sus derivados, que se
podría decir, sin temor a equivocarse, que vivimos en la era del petróleo.
Desde que México ingresó al mundo de la globalización en el año de 1986, todo
empezó a cambiar, se liberó la actividad comercial y se inició una etapa de
grandes transformaciones, no sólo en México, sino en el mundo. Por lo cual hay
que
mencionar el consumo por año de petróleo en nuestro país como se
expresa en la siguiente tabla.
El consumo del petróleo
Tabla 3.2consumo del petróleo por año en México.
Funte.www.indexmundi.com. México Economía
25
3.1.8 Producción de petróleo en México
La producción de petróleo en México es posible apreciarla en la siguiente tabla
3.3, donde observamos las variaciones en la producción, según sus tipos,
pesados, ligeros, superligeros y por regiones.
Tabla 3.3 Producción de hidrocarburos líquidos (miles de barriles diarios)
Fuente: www.ri.pemex.com/files/dcpe/petro/eprohidro_esp.pdf
26
3.1.9 Zonas productoras de petróleo en México
En la actualidad las principales zonas productoras son el distrito noreste de
Reynosa, el distrito norte en Ciudad Madero, Tampico hasta Poza Rica, Tuxpan
y Ébano, la zona centro o cuenca del bajo Papaloapan al sur, entre la planicie
de Coatzacoalcos, en las proximidades de Minatitlán , el sur de Tabasco, norte
de Chiapas, así como la zona marina de Cantarell.
3.1.10 Problemática del uso del petróleo
 Contaminación atmosférica por quema de hidrocarburos
La quema de los combustibles derivados del petróleo, así como la quema de
petróleo, genera gases como CO, CO2 además de ciertas cantidades de NOx y
SOx, sustancias que reaccionan con el agua, y en cantidades suficientes dan
lugar a lluvias ácidas, además, cuando la combustión no es lo suficientemente
completa, se generan cantidades apreciables de quemados, hidrocarburos
parcialmente oxidados que presentan un potencial riesgo a la salud y un daño
en el medio ambiente.
 Contaminación por derrames de petróleo
Los derrames de petróleo representan una amenaza para la flora y fauna
acuática, pero también para los seres humanos, pues daña ecosistemas de los
cuales depende la economía de ciertas zonas, o inclusive, su salud, que se
puede ver afectada a través de la cadena alimenticia, y la liberación de ciertas
sustancias en el medio ambiente. De igual manera en la actualidad los
derrames has sido más frecuentes en los océanos y así un grave deterioro
ecológico.
27
 Contaminación por metales pesados en hidrocarburos
Es bien sabido que en el petróleo se pueden encontrar cantidades traza de
metales, inclusive, muchas veces se encuentran dentro de las estructuras
orgánicas,
dando
origen
a
compuestos
organometálicos.
Cuando
un
combustible se quema y tiene esta clase de compuestos, los metales son
liberados al ambiente, donde se añaden en cantidades pequeñas, pero de
manera continua, representando un riesgo latente en el medio ambiente.
3.1.11 Determinación de metales en petróleo
La determinación de metales en petróleo puede tener dos fines de importancia
económica y ecológica.
3.1.12 Rastreo de contaminación
Cada petróleo tiene un contenido definido de metales, así como relaciones
entre ellos bien identificadas, para la clasificación del petróleo. Con este tipo de
análisis, relativamente fácil y rápido, se puede determinar cual, entre varias, es
la fuente de contaminación de, por ejemplo, un derrame en medio del océano.
3.2.0 Fundamentos de ICP- OES
Los ICP-OES ó la espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado
inductivamente, son excelentes métodos para el análisis de rutinas, rápidos y
altamente precisos en muestras liquidas. Los ICP-OES secuenciales tienen
una excelente versatilidad y pueden ser modificados para diferentes elementos.
Está técnica sufre de interferencias de ruido de fondo (background) e
interferencias espectrales por lo que se requiere de un sistema óptico de alta
resolución para obtener resultados más exactos. Los ICP-OES también pueden
ser de Vista Radial, Axial o Dual dependiendo de la aplicación y de los límites
28
de detección requeridos. Por ejemplo para una aplicación específica de análisis
de metales gastados en Aceite un ICP-OES simultáneo con Antorcha y Vista
Radial es el más usado por la industria actualmente por su alto rendimiento y
bajo mantenimiento. En los ICP-OES las muestras deben disolverse antes del
análisis reduciendo así la sensibilidad, en otras palabras, si una muestra en
estado sólido tiene una concentración de 0.01 ppm esta concentración se
convertirá en 0.001 ppm al disolverla para poder ser analizada por esta técnica.
Esta técnica no analiza Carbón. Sus mayores aplicaciones son en: análisis de
aguas, muestras acuosas, metales gastados en aceites, sólidos disueltos,
aceites comestibles, etc.
Una fuente de ICP-OES (Plasma Inductivo) es robusta y bastante estable (por
lo que tiene buena precisión), y puede acomodar una amplia variedad de
muestras. Se obtienen buenos resultados para altas y bajas concentraciones.
Las muestras deben estar en forma líquida. Sus límites de detección en líquidos
son bastante bajos, están en el orden de: 0.001 ppm para Ba, Zn, B, Sr , Ti ,
etc.; 0.01 ppm para V, W, Ag, Cr, Cu, Cd, Fe, Si, etc. ; 0.1 ppm Se, Sn, Sb, Al,
P, S etc.
3.2.1 Funcionamiento de un ICP-OES
La
técnica
analítica
ampliamente
utilizada
para
la
determinación
de
oligoelementos, la espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado
inductivamente (ICP-OES) ver Fig. 3.1 se basa en la vaporización, disociación,
ionización y excitación de los diferentes elementos químicos de una muestra en
el interior de un plasma. En el marcado celebro su trigésimo tercer aniversario
en 1997
Fig. 3. 1 (ICP-OES)
Fuente: ICP-OES at Cardiff University.
http://servant.geol.cf.ac.uk/icppage.htm.visited April, 2000.
29
Generalidades de la emisión
Cada elemento tiene su propio sistema característico de niveles de energía y
así su propio único sistema de longitudes de onda de la absorción y de la
emisión. Es esta característica que hace espectrómetro atómico útil para las
técnicas analíticas elemento-específicas. La región (UV) ultravioleta visible es
(160 - 800 nanómetro) del espectro electromagnético es la región más de uso
general para el espectrómetro de emisión óptica .También la región del
espectro electromagnético a que referimos generalmente como “luz”, aunque
técnicamente, toda la radiación electromagnética se puede considerar como luz.
Para otras discusiones en este resumen, el término “luz” serán utilizadas a
menudo en lugar de “Radiación electromagnética de UV/visible ".
Una de las ventajas más importantes de ICP-OES es la excitación a altas
temperaturas. Estas fuentes termales de la excitación pueden cubrir una gran
cantidad de niveles de energía para diversos elementos al mismo tiempo.
Todos los iones y átomos excitados pueden entonces emitir su radiación
característica casi al mismo tiempo. Esto da lugar a la flexibilidad de elegir
diversas longitudes de onda de la emisión para un elemento y en la capacidad
de medir la emisión de diversos elementos al mismo tiempo. Sin embargo, una
desventaja se asoció con esta característica que es el número de longitudes de
onda de la emisión.
3.2.2. Aplicaciones
Las peculiares características del sistema de excitación por plasma hacen de
esta técnica una valiosa herramienta universal para el análisis de elementos de
la tabla periódica.
 Excitación de las líneas más sensibles para casi todos los elementos.
 Linealidad en un rango de 6 órdenes
 Rango analítico que comprende constituyentes mayoritarios, minoritarios
y trazas.
 Mínimos efectos matriz.
30
 Posibilidad de corrección de interferencias.
 Alta reproducibilidad y precisión
Para calibrar se utiliza el método de la recta de calibración externa, la adición
estándar o el estándar interno.
Ventajas del ICP-OES con respecto a la AAS:
 Posibilidad de determinar no metales (Cl, Br, S, I).
 Posibilidad de analizar de manera simultánea todos los elementos.
 No es necesario el uso de lámparas.
Inconvenientes del ICP-OES con respecto a la AAS:
 Necesidad de un volumen de muestra mayor.
 Menor sensibilidad
Técnicas analíticas basadas en el espectrómetro atómico
En las técnicas espectrométricas, de uso general para el análisis de elementos
traza, la muestra es descompuesta por calor intenso en una nube de gases
calientes. En el espectrómetro óptico de emisión (OES), la muestra se sujeta a
temperaturas altas, para causar la excitación y colisión (y de ionización) de los
átomos de la muestra a medir.
Una vez que los iones y átomos estén en estado de excitación, pueden
decaerse para bajar a estados de transiciones termales o radiactivas de la
energía (de la emisión). En OES, la intensidad de la luz emitida en las
31
longitudes de onda específicas se mide y se utiliza para determinar
concentraciones de los elementos del interés.
3.2.3 Características generales de ICP-OES
La mayoría de las muestras entran como líquidos y son nebulizadas en aerosol,
una niebla muy fina de gotitas de la muestra, para ser introducido en el ICPOES. El aerosol de la muestra entonces se lleva al centro del plasma (ver Fig.
3.2) por el argón interno (o nebulizador) flujo.
Fig. 3.2 Llama y bobina:
Fuente: Antorcha de cuarzo (Charles B. Boss., 1997)
La primera función del plasma, es quitar el solvente, quedando un aerosol de la
muestra como partículas microscópicas. Los pasos siguientes implican el
descomponer las partículas en un gas de moléculas individuales (vaporización)
y en átomos (atomización).
Estas funciones son ionización o excitación. Para que un ion o átomo pueda
emitir su radiación característica, uno de sus electrones se debe promover a un
nivel de energía más alto durante el proceso de la excitación. Puesto que
muchos elementos tienen más fuerte las líneas de emisión emitidas del ICP por
los iones excitados, el proceso de la ionización pueden que también sea
necesario para algunos elementos.
Las temperaturas alta del ICP también reducen o eliminan muchas de las
interferencias químicas encontraron en las técnicas de flama y horno.
32
 Detección de la emisión
En ICP-OES, la luz emitida por los átomos excitados y los iones en el plasma
son medidos para obtener la información sobre la muestra. Porque la especie
excitada adentro el plasma emite la luz en diversas longitudes de onda, la
emisión del plasma es policromática. Esta radiación policromática se debe
separar en las diferentes longitudes de onda así la emisión de cada especie
excitada se puede identificar y la intensidad se puede medir sin interferencia de
la emisión en otras longitudes de onda.
La separación de la luz según la longitud de onda se hace generalmente
usando un monocromador, el cuál se utiliza para medir la luz en una longitud de
onda a la vez, o un policromador, que se puede utilizar para medir la luz en
diversas longitudes de onda al mismo tiempo. La detección de la longitud de
onda, una vez que se haya separado de otras se hace usando un detector
fotosensible tal como un tubo foto-multiplicador (PMT) o técnicas avanzadas del
detector tales como un dispositivo de inyección de cargar (CID) o un dispositivo
acoplado de carga eléctrica (CCD).
3.2.4 Orgánicos
El análisis de soluciones orgánicas por ICP-OES es importante no sólo para
analizar materiales orgánicos, tales como productos de petróleo, también para
una amplia variedad de otros usos. Para muchos de los análisis, es necesario
realizar la preparación de la muestra en la cual la forma final del analito se
contiene en un solvente orgánico.
Mientras que el análisis de orgánico por ICP-OES es generalmente directo, hay
a menudo algunos requisitos especiales. Por ejemplo, introducción de matrices
orgánicas en la descarga del ICP requiere generalmente que el ICP esté
33
funcionado en una energía más alta del RF que se requiere normalmente para
las muestras acuosas. Es a veces también necesario utilizar nebulizadores o
tubos especiales del inyector de la antorcha. Cuando una bomba peristáltica se
utiliza a transporte la muestra al nebulizador, consideración especial debe ser
hecho en relación con a la resistencia química de la tubería de la bomba usada
con respecto al solvente orgánico.
El análisis de los aceites lubricantes usados para el contenido del metal de
rastro es uno más usos populares para el análisis de los orgánicos por ICPOES. Algunos otros usos incluye el análisis de los materiales geológicos
solvent-extracted para la composición elemental del rastro; determinación del
Plomo en gasolina; determinación del Cu, Fe, Ni, P, Silicio y V en aceites de
cocina; análisis de los órgano fosfatos para los contaminantes del rastro; y
determinación del comandante y de oligoelementos en anticongelante.
34
CAPÍTULO 4
DESARROLLO DEL PROYECTO
35
CAPÍTULO 4
4.0 DESARROLLO DEL PROYECTO
36
4.1. Etapas del Proyecto
 Investigación de metodología de análisis
Esto se realizará a principios de la estadía para tener un conocimiento previo
de lo que se realizaría en esta estancia con una duración de 5 días.
 Investigación del funcionamiento del
equipo
Se realizará teóricamente las diferentes partes que componen el ICP -OES así
como los fundamentos en el funcionamiento del equipo durante 3 días.
 Capacitación del equipo en el manejo
Se realizará
durante 6 días. La capacitación consistió en aprender el
funcionamiento del equipo, así como posterior limpieza.
 Elaboración de cálculos de los estándares.
Se realizo una búsqueda de las concentraciones promedio de los diferentes
elementos a analizar para la elaboración de la curva de calibración 1 día.
 Preparación de los estándares.
Se realizo la preparación de los estándares para la curva de calibración 2 días.
 Introducción a la metodología
Teniendo los conceptos del funcionamiento y manejo del equipo se reportara el
marco teórico duración 1 día.
37
 Análisis por medio del ICP-OES
En la elaboración del método de análisis en el softwear del ICP así como el
análisis de la curva de calibración, limite de detección y análisis del material de
referencia duración 3 días.
 Análisis de datos
Duración 3 días para conocer afondo todos los errores al analizar así como de
elaboración de tablas y cálculos al realizar.
 Interpretación de los resultados
Tomando en cuenta todos
resultados de los análisis adecuados para la
implementación del método directo para petróleo se tomaron en cuenta las
siguientes condiciones duración de 1 día.
 Redacción de los resultados
En 4 días ya sé que tomo en cuenta los distintos resultados de los análisis así
como de las condiciones del equipo.
 Reporte final
Se realizará en un periodo de 1 día para reportar adecuadamente las
condiciones ideales de la implementación del método.
38
CAPÍTULO 5
RESULTADOS
Y
CONCLUSIONES
39
CAPÍTULO 5
5.0 RESULTADOS
5.1. Apliación Thermo No. 40967
La implementación del método de análisis de aceites por ICP-OES se baso en
la nota técnica del equipo con no. 40967, en la cual se describe las condiciones
de análisis que se recomiendan para muestras petroquímicas.
5.2. Elaboración de estándares.
5.2.1 Cálculos de estándares
Los cálculos se basaron en la formula:
C1V1=C2V2
C1=Concentración inicial que indica el certificado del estándar (mg/L)
V1=Volumen que se debe tomar del estándar certificado (ml)
C2= Concentración a la que se preparará el estándar (mg/L)
V2=Volumen total del estándar (50 ml)
Para la preparación de los estándares fue necesario elaborar concentraciones
intermedias dado que los estándares certificados tienen concentraciones de
1000 mg/L.
Las concentraciones finales de los estándares preparados se muestran en la
tabla 5.2.1 Calculos para los estándares que se elaboraron para analizar
40
Fuente: Elaboración propia
Elemento
S-21
S
Se
Co
As
Estándar 1
Concentración Real (mg/L)
0.102
0.507
0.001
0.001
0.001
Elemento
S-21
S
Se
Co
As
Estándar 2
Concentración Real (mg/L)
1.00
10.00
0.01
0.01
0.01
Elemento
S-21
S
Se
Co
As
Estándar 3
Concentración Real (mg/L)
10.00
99.9
0.1
0.1
0.1
Elemento
S-21
S
Se
Co
As
Estándar 4
Concentración Real (mg/L)
39.9
1011.6
1.01
1.01
1.03
41
5.2.1 Estándares de calibración que se elaboraron para el método
Fuente: Elaboración Propia
Los estándares se prepararon en frascos de vidrio color ámbar para su
adecuada preservación como se puede ver en la figura 5.1.
5.3 Preparación de estándares
5.3.1 Reactivos utilizados
a) Estándares Certificados de la marca CONASTAN
i. S21 100mg/L(Ag, Ca, Fe, Na, Zn, Si, Al, Mg, Ni, Sn, Cd, B,
Cr, Mn, P, Ti, Ba, Cu, Mo, Pb y V )
ii. As 1000 mg/L
iii. Se 100 mg/L
iv. Co 1000 mg/L
v. S 10,000 mg/L
42
b) Ácido nítrico J.T. Baker Instra
c) Previsolv ICP Solvent CONASTAN.
d) Blanco de Aceite CONASTAN.
e) Agua desionizada (NaNo-Pure, Marca Barnstead)
f) Argon con 99.998% de pureza
5.3.1 Balanza analítica
Fuente : Elaboración Propia
5.3.2 Equipos utilizados
a) ICP-OES iCAP 6500 Duo, Marca Thermo
b) Balanza Explorer Ohaus
c) Desionizador NaNO-Pure Marca Barnstead
5.4. Procedimientos
En la preparación de la curva de calibración se utilizaron frascos de cristal
ámbar para evitar la degradación del reactivo por la luz, los cuales fueron
previamente lavados con ácido nítrico al 20% y enjuagados con agua
43
desionizada. Posteriormente se pesaron vacios y secos en una balanza
analítica, después se adicionó el estándar correspondiente en la cantidad
calculada, ajustando densidades con el blanco de aceite y se aforó con el
previsolv. El blanco de calibración únicamente se le adicionó el blanco de
aceite y previsolv. Por lo cual se observa en la siguiente imagen la
preparación de los estándares
Procedimiento de elaboración de
estándares
Fuente: Elaboración propia
5.4.1 Condiciones de Análisis
Para el análisis de aceites se utilizó el
kit de orgánicos el cual tiene la
capacidad de resistencia a la introducción de solventes y concentraciones altas
de sólidos disueltos. Las condiciones de análisis se pueden observar el al tabla
5.4.1
5.4.1 Las condiciones de análisis
Fuente: Elaboración propia
Parámetros
Mangueras para la bomba
Duo
Muestra
Naranja /blanco
Drenaje
Blanco/blanco
44
Bomba
Flujo del gas de nebulizador
Caudal de refrigerante
Flujo de gas auxiliar
Integración
40 rpm
0.4 L/min or 0.14 Mpa
12 L/min
1.5 L/min
10 segundo
5 segundo
ICP- OES
Fuente : Elaboración Propia
5.5 Colocación del kit de orgánicos y optimización del equipo
5.5.1 Colocación del kit de orgánicos
En la implementación del método se inició con la instalación del kit de orgánicos
el cual consiste en colocar:
a) la antorcha
b) el tubo central
c) la cámara de nebulización
d) las mangueras
45
3.5.1 Esquema del equipo
5.5.2 Optimización del equipo
a) Alineación de la antorcha. Se alinea la antorcha utilizando un
estándar de Zn con una concentración de 2 mg/L en metanol.
b) Se busca la mejor señal de cada uno de los elementos a analizar
utilizando el estándar de mayor concentración.
5.6 Longitud de onda
La implementación del método se inició utilizando las longitudes de onda que el
equipo recomienda, las cuales podemos observar en la tabla 5.4.1
46
Tabla5.4.1Elementos y longitudes de onda utilizados en el análisis
Fuente : Elaboración propia
Elemento
Ag3280
Al3082
As1937
B_2497
Ba2335
Ca1840
Cd2288
Co2286
Cr2677
Cu2247
Fe2599
Mg2795
Mn2593
Mo2020
Na5895
Ni2216
P_1774
Pb2203
S_1807
Se2039
Si2516
Sn1899
Ti3349
V_3093
Zn2138
Longitud de Onda
328.068 {103}
308.215 {109}
193.759 {474}
249.773 {135}
233.527 {445}
184.006 {483}
228.802 {447}
228.616 {447}
267.716 {126}
224.700 {450}
259.940 {130}
279.553 {121}
259.373 {130}
202.030 {467}
589.592 { 57}
221.647 {452}
177.495 {490}
220.353 {453}
180.731 {487}
203.985 {465}
251.611 {134}
189.989 {477}
334.941 {101}
309.311 {109}
213.856 {458}
Durante las diferentes pruebas realizadas para la implementación del método,
se realizaron cambios en las longitudes de onda seleccionando diferentes,
hasta encontrar la mejor señal para cada uno de los elementos mostrados en la
tabla anterior 5.4.1
5.7 Calibración
La calibración del equipo se realizó con el blanco y 3 estándares
obteniendo los siguientes resultados:
5.7 Tabla y gráficos de los elementos
47
Realizamos las curvas de calibración de los diferentes elementos de
interés los cuales se muestran enseguida.
Elaboración propia
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.001
0.01
1.03
Ag3280
6.658
63.13
960.8
8768
Al3082
9.459
13.15
71.06
549.2
As1937
30.64
29.72
29.66
47.11
48
Std
0
0.102
1
10
B_2497
266
312.5
412
3091
0
0.102
1
10
Ba2335
0.66
24.54
270.9
2724
0
0.102
1
10
Ca1840
-0.8147
2.98
29.7
282.5
Std
Std
49
Std
0
0.102
1
10
Cd2288
1.811
40.67
444.5
4044
0
0.001
0.01
0.1
Co2286
9.612
12.55
27.96
187.8
0
0.102
1
10
Cr2677
2.608
54.42
555.7
5006
Std
Std
50
Std
0
0.102
1
10
Cu2247
1.269
11.86
117.8
1108
0
0.102
1
10
Fe2599
1.377
16.66
169.5
1486
0
0.102
1
10
Mg2795
48.24
1400
15270
141000
Std
Std
51
Std
0
0.102
1
10
Mn2593
2.6
245.3
2751
25120
0
0.102
1
10
Mo2020
-0.73
8.947
140.6
1333
0
0.102
1
10
Na5895
170.1
413.8
1456
9785
Std
Std
52
Std
0
0.102
1
10
Ni2216
4.013
27.21
263.2
2383
0
0.102
1
10
P_1774
0.7293
0.5747
0.5733
3.102
0
0.102
1
10
Pb2203
-0.0733
3.242
33.26
335.7
Std
Std
53
Std
0
0.507
10
99.9
Std
S_1807
8.86
12.3
86.75
816.1
Se2039
0
0.507
10
99.9
Std
0
0.102
1
10
1.741
4.215
30.46
274.3
Si2516
16.81
32.2
196.8
1607
54
Std
0
0.102
1
10
Sn1899
3.012
5.888
33.94
293.4
0
0.102
1
10
Ti3349
6.283
20.12
94.22
781.4
0
0.102
1
10
V_3093
7.683
143.4
1825
16440
Std
Std
55
Std
0
0.102
1
10
Zn2138
28.2
89.38
601.4
4955
Como podemos observar en los gráficos, los coeficientes de correlación en su
mayoría fueron mayores a 0.999 lo cual es aceptable para una curva de
calibración confiable a esepción del As el cual nos dio un valor de 0.99, con
este elemento tendremos que continuar bucando la longitud de onda y mejores
condiciones para su análisis.
5.8 Límite de detección
El límite de detección se calculó utilizando un blanco y 7 repeticiones con un
95% de confianza. Obteniendo los límites de detección descritos en la tabla
5.8.1
Tabla 5.8.1 Límites de detección de los elementos analizados
Fuente: Elaboración propia
LD
0.1122
0.7224
0.7206
14.415
0.0423
0.2736
0.0558
0.0138
0.0903
0.1059
0.1155
0.0228
0.0537
0.1254
Elemento
Ag3280
Al3082
As1937
B_2497
Ba2335
Ca1840
Cd2288
Co2286
Cr2677
Cu2247
Fe2599
Mg2795
Mn2593
Mo2020
56
0.4299
0.0903
4.281
0.06708
46.86
0.0513
0.2949
0.7107
2.076
0.0645
0.0351
Na5895
Ni2216
P_1774
Pb2203
S_1807
Se2039
Si2516
Sn1899
Ti3349
V_3093
Zn2138
5.9 Análisis de un material de referencia
Una herramienta importante con la cual podemos comprobar que el método
implementado para el análisis de aceites es confiable son los materiales de
referencia certificados. En este trabajo utilizamos un material de referencia
NIST 1643c. Podemos observar los porcentajes de recuperación en la tabla
5.10.1
5.10.1 Tabla de porcentaje de recuperación
Fuente: elaboración propia
Elemento
λ
NIST 1643c
Certificado
(mg/L)
NIST 1643c
Recuperación
(%)
Ba
233.527
228.616
589.592
182.034
203.985
309.311
1.800
0.151
37.000
20000.000
28.190
28.190
103
100
119
96
40
133
Co
Na
S
Se
V
Como podemos observar el Ba, Co y S tienen porcentajes de recuperación
bastante aceptables no siendo así para el Na, Se y V lo cual nos indica la
posibilidad de diferentes interferencia en las cuales aun debemos trabajar más
para tener una mejor recuperación.
57
5.10 Repetibilidad
En la demostración inicial del desempeño de un instrumento para el análisis de
muestras, es importante evaluar la repetibilidad del método. La repetibilidad se
evalúa la dispersión de datos en tiempo cortos, utilizando el mismo método,
equipo, operador y muestra. Durante las diferentes pruebas que realizamos
utilizamos los mismos estándares los cuales analizamos en diferentes días con
el mismo equipo, operador, método y en un corto periodo de tiempo obteniendo
las desviaciones estándar que se muestran en las siguientes tablas 5.10.1
Tablas de desviación estándar
Fuente: elaboración propia
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
39.9
Ag3280
cts/seg
10.2
97.62
1074
9671
Ag3280
cts/seg
13.66
83.2
1020
7986
Ag3280
cts/seg
11.53
65.93
891.9
5732
Ag3280
cts/seg
6.658
63.13
960.8
8768
Al3082
cts/seg
14.09
19.72
75.78
554.5
Al3082
cts/seg
8.469
17.58
114.1
873.7
Al3082
cts/seg
12.24
14.73
100.9
606.1
Al3082
cts/seg
9.459
13.15
71.06
549.2
B_2497
cts/seg
224.4
293.5
424.4
9688
B_2497
cts/seg
265.1
550.5
431.9
3385
B_2497
cts/seg
230.3
228.1
564.2
2309
B_2497
cts/seg
266
312.5
412
3091
58
Media
SD
10.512
77.47
986.675
8039.25
3
16
78
1685
Media
SD
11.0645
16.295
90.46
645.875
3
3
20
154
Media
SD
246.45
346.15
458.125
4618.25
22
141
71
3410
StD
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.001
0.01
0.1
Std
0
0.102
1
39.9
Std
0
0.102
1
39.9
Ba2335
cts/seg
1.763
28.36
325.2
2697
Ba2335
cts/seg
4.44
23.03
289.5
2524
Ba2335
cts/seg
2.943
20.25
271.1
2111
Ba2335
cts/seg
0.66
24.54
270.9
2724
Cd2288
cts/seg
1.009
43.32
477.8
3961
Cd2288
cts/seg
3.185
40.22
430.2
3781
Cd2288
cts/seg
5.741
43.35
425.9
3266
Cd2288
cts/seg
1.811
40.67
444.5
4044
Co2286
cts/seg
10.74
13.22
28.66
172.6
Co2286
cts/seg
9.797
10.84
27.75
170.3
Co2286
cts/seg
7.993
11.1
25.48
164.2
Co2286
cts/seg
9.612
12.55
27.96
187.8
Cr2677
cts/seg
6.033
43.47
396.6
3269
Cr2677
cts/seg
6.857
38.69
342.6
2395
Cr2677
cts/seg
12.58
79.84
742.6
4995
Cr2677
cts/seg
2.608
54.42
555.7
5006
Cu2247
cts/seg
1.549
10.98
122.7
1099
Cu2247
cts/seg
2.096
11.04
113.5
928.5
Cu2247
cts/seg
10.57
103.2
1071
6736
Cu2247
cts/seg
1.269
11.86
117.8
1108
59
Media
SD
2.4515
24.045
289.18
2514
2
3
26
283
Media
SD
2.9365
41.89
444.6
3763
2
2
24
349
Media
SD
9.5355
11.9275
27.4625
173.725
1
1
1
10
Media
SD
7.0195
54.105
509.375
3916.25
4
18
180
1302
Media
SD
3.871
34.27
356.25
2467.875
4
46
477
2847
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
39.9
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Fe2599
cts/seg
2.814
35.09
346.1
3203
Fe2599
cts/seg
4.556
32.73
349
2773
Fe2599
cts/seg
3.741
27.25
288.6
1947
Fe2599
cts/seg
1.377
16.66
169.5
1486
Mg2795
cts/seg
69.27
1719
17710
166200
Mg2795
cts/seg
354.1
1696
18060
0
Mg2795
cts/seg
250.1
1612
0
0
Mg2795
cts/seg
48.24
1400
15270
141000
Mn2593
cts/seg
3.71
167.3
1949
0
Mn2593
cts/seg
14.67
167.5
1667
11590
Mn2593
cts/seg
21.15
288.8
2834
19190
Mn2593
cts/seg
2.6
245.3
2751
25120
Mo2020
cts/seg
-0.9067
12.54
154.5
1276
Mo2020
cts/seg
-0.36
10.02
131.8
1158
Mo2020
cts/seg
1.269
9.907
133.9
1062
Mo2020
cts/seg
-0.73
8.947
140.6
1333
Na5895
cts/seg
174.4
371
1264
8985
Na5895
cts/seg
166.4
356.5
1280
7905
Na5895
cts/seg
291.3
529.4
1452
6355
Na5895
cts/seg
170.1
413.8
1456
9785
60
Media
SD
3.122
27.9325
288.3
2352.25
1
8
84
778
Media
SD
180.4275
1606.75
12760
76800
147
145
8597
89276
Media
SD
10.5325
217.225
2300.25
13975
9
60
581
10838
Media
SD
-0.182
10.354
140.2
1207.3
1
2
10
121
Media
SD
200.55
417.675
1363
8257.5
61
78
105
1484
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.507
10
99.9
Std
0
0.001
0.01
0.1
Ni2216
cts/seg
3.84
29.56
270.4
2263
Ni2216
cts/seg
3.627
25.45
243.1
2105
Ni2216
cts/seg
5.54
27.33
234.3
1903
Ni2216
cts/seg
4.013
27.21
263.2
2383
P_1774
cts/seg
0.393
0.6727
3.605
25.9
P_1774
cts/seg
0.7967
0.7087
1.123
3.69
P_1774
cts/seg
0.578
1.142
3.175
18.87
P_1774
cts/seg
0.7293
0.5747
0.5733
3.102
Pb2203
cts/seg
-0.5439
4.394
39.29
336.2
Pb2203
cts/seg
0.453
2.267
34.66
316
Pb2203
cts/seg
0.3589
2.428
30.93
259
Pb2203
cts/seg
-0.073
3.242
33.26
335.7
S_1807
cts/seg
5.757
18.71
185.9
1576
S_1807
cts/seg
7.193
11.36
86.92
808.7
S_1807
cts/seg
21.26
22.51
148.4
1274
S_1807
cts/seg
8.86
12.3
86.75
816.1
Se2062
cts/seg
7.346
6.366
7.772
8.347
Se2062
cts/seg
7.346
6.366
7.772
8.347
Se2039
cts/seg
1.741
4.215
30.46
274.3
61
Media
SD
4.255
27.3875
252.75
2163.5
1
2
17
208
Media
SD
0.6243
0.7745
2.1191
12.891
0
0
1
11
Media
SD
0.0487
3.0828
34.535
311.73
0
1
4
36
Media
SD
10.7675
16.22
126.9925
1118.7
7
5
49
375
Media
cts/seg
4.10825
4.237
11.5035
72.7735
SD
4
3
13
134
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Std
0
0.102
1
10
Si2516
cts/seg
18.79
37.14
202.6
1701
Si2516
cts/seg
33.87
37.73
194.9
1463
Si2516
cts/seg
12.87
28.2
161.7
975.9
Si2516
cts/seg
16.81
32.2
196.8
1607
Sn1899
cts/seg
3.776
6.881
40.86
324.1
Sn1899
cts/seg
3.119
6.783
38.14
303.5
Sn1899
cts/seg
3.357
7.864
34.63
253.7
Sn1899
cts/seg
3.012
5.888
33.94
293.4
Ti3349
cts/seg
7.617
18.89
74.18
590.3
Ti3349
cts/seg
11.53
13.68
77.17
551.9
Ti3349
cts/seg
11.78
13.03
52.49
291
Ti3349
cts/seg
6.283
20.12
94.22
781.4
V_3093
cts/seg
-1.35
176.6
1855
16800
V_3093
cts/seg
6.833
156.9
1836
14570
V_3093
cts/seg
21.7
147.5
1660
11270
V_3093
cts/seg
7.683
143.4
1825
16440
Zn2138
cts/seg
27.09
79.86
604.3
4591
Zn2138
cts/seg
26.57
79.13
543.6
4414
Zn2138
cts/seg
20.98
87.3
545.1
3928
Zn2138
cts/seg
28.2
89.38
601.4
4955
62
Media
SD
20.585
33.8175
189
1436.725
9
4
18
322
Media
SD
3.316
6.854
36.8925
293.675
0
1
3
30
Media
SD
9.3025
16.43
74.515
553.65
3
4
17
202
Media
SD
8.7165
156.1
1794
14770
10
15
90
2530
Media
SD
25.71
83.9175
573.6
4472
3
5
34
427
Al analizar los resultados obtenidos de las desviaciones estándar de las
diferentes lecturas de los estándares de calibración podemos concluir que los
estándares están preparados en un solvente volátil esto provoca que
la
variación de un mismo estándar en diferentes días sea muy grande.
5.11 CONCLUSIONES
La técnica de Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Inductivamente
Acoplado (ICP-OES) es muy versátil para la aplicación en el análisis de
muestras con diferentes tipos de matriz, siendo una herramienta muy útil en el
análisis de muestras petroquímicas ya que cuenta con un kit especifico para
orgánicos lo cual nos permite introducir la muestra prácticamente sin ninguna
preparación lo cual contribuye a disminuir el error que se puede sumar con la
preparación de muestras. Además al contar con estándares de matriz
semejante ayuda a disminuir el error por diferencias de densidad y viscosidad
que se pueden dar entre la curva de calibración y las muestras con estas
características.
Analizando los resultados obtenidos podemos concluir que el método es
confiable para el análisis de muestras petroquímicas sin embargo aún debemos
realizar más pruebas en las cuales podemos modificar las condiciones de
análisis como son, radio frecuencia, flujo del gas de nebulización y tiempo de
integración los cuales pueden contribuir a bajar aún mas los límites de
detección.
Los resultados obtenidos con el material de referencia NIST 1643c no son del
todo aceptables ya que se obtuvieron recuperaciones cercanas al 100% en tres
de los seis elementos mencionados en el certificado por lo tanto consideramos
que aún debemos continuar modificando condiciones y longitudes de onda
hasta obtener recuperaciones cercanas al 100% en todos los elementos del
certificado.
Este trabajo es una contribución para iniciar el desempeño del equipo en el
análisis de muestras petroquímicas en el laboratorio de Geoquímica Ambiental.
63
5.12 RECOMENDACIONES
a) Es posible modificar las condiciones de análisis
como son, radio
frecuencia, flujo del gas de nebulización y tiempo de integración los
cuales pueden contribuir a bajar aún más los límites de detección
b) Para bajar los límites de detección se recomienda un mejor lavado o
tiempo de lavado. Ya que el último estándar en analizar es el de mayor
concentración
c) Los estándares están preparados en un solvente volátil, esto provoca
que
la variación de un mismo estándar en diferentes días sea muy
grande, por lo cual se recomienda que los estándares se preparen el
mismo de día del análisis.
64
CAPÍTULO 6
GLOSARIO,
BIBLIOGRAFÍA.
ANEXOS
65
CAPÍTULO 6
6.1 GLOSARIO
Interferencia de la absorción - Una interferencia causada por la absorción del
analito la emisión antes de ella alcanza el detector
Espectroscopia de absorción atómica (AAS) - Técnica elemental del análisis
que utiliza absorción de la radiación electromagnética para detectar la presencia
de los elementos de interés.
Espectrómetro atómico de la emisión (AES) - Técnica elemental del análisis
que utiliza emisión atómica de la radiación electromagnética de los átomos o de
iones neutrales para detectar presencia de los elementos del interés.
Curva de calibración - Un diagrama, ecuación (función) que describe la
relación entre la concentración de un analito y la variable que se mide para
indicar la presencia del analito. Una vez que esté determinada, esta relación se
pueda utilizar para determinar la concentración del analito en una muestra. En
espectrómetro atómico de la emisión, un diagrama de la intensidad de la
emisión contra la concentración se utiliza normalmente para este propósito.
Excitación - Un proceso en el cual un electrón se promueve a un nivel de una
energía más alta, el dar lugar a un átomo o a un ion dijo estar en un estado
excitado.
Plasma acoplado inductivamente (ICP) - Una descarga de alta temperatura
generada que fluye cerca de un gas conductor con un archivado magnético
inducido por una bobina de la carga la cual rodea los tubos que llevan el gas
Interferencia - Cualquier cosa que causa la señal de un analito en una muestra
de ser diferente de la señal del analito para la misma concentración de ese
analito en un solo solución de la calibración del elemento
66
Matriz - Los componentes de la muestra con excepción de los elementos de
interés. La matriz puede cambiar substancialmente los resultados obtenidos a
través interferencia espectral o cambio de la viscosidad.
Metamorfismo: Son las modificaciones fisicoquímicas que sufren las rocas
ígneas o sedimentarias para dar origen a las rocas metamórficas, y se clasifican
en dos: metamorfismo por contacto de magmas y el metamorfismo regional.
Meteorización (Intemperismo): Conjunto de modificaciones que sufren las
rocas por agentes ambientales, como la humedad, cambio de temperatura, etc.
Estándar: En química analítica, un estándar es una preparación que contiene
una concentración conocida de un elemento específico o sustancia. Un
estándar simple será la dilución del elemento o substancia en un disolvente
neutro.
MCL (Muestra de Control de Laboratorio): Es un estándar de concentración
conocida de un elemento que se utiliza para calibrar la curva.
Diluciones: Una dilución es cuando tomas una porción de una solución
(alícuota) y después esta misma se disuelves en mas disolvente, por ejemplo se
toma un mililitro de H2SO4 (acido sulfúrico) con concentración 1 molar
(un mol de sustancia en un litro) y ese mililitro se disuelve en 100 ml de agua
destilada, de esta manera podrá decir que se hizo una dilución de 1:100 (uno en
cien) y tu concentración final será de 0.001 molar
Límite de Detección: Es la señal mínima que puede identificar el equipo esta
tres veces por arriba del ruido de fondo por lo que no es confiable
Límite de Cuantificación: Es la señal confiable que da el equipo por lo que no
presenta ruido de fondo ya que esta 10 veces por encima de el
67
6.2 BIBLIOGRAFIA
(LIBROS)
A. Montaser and D. W. Golightly, Eds., "Inductively Coupled Plasmas in
Analytical Atomic Spectrometry," 2nd Edition, VCH Publishers, New York, 1992.
P. W. J. M. Boumans, Ed., "Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy
-Parts 1 and 2," Vol. 90 of "Chemical Analysis," P. J. Elving and J. D.
Winefordner,Eds., John Wiley & Sons, New York, 1987.
M. Thompson and J. N. Walsh, "A Handbook of Inductively Coupled Plasma
Spectrometry," Blackie, Glasgow, 1983.
H. A. Laitinen and G. W. Ewing, Eds., "A History of Analytical Chemistry," The
Division of Analytical Chemistry of the American Chemical Society, Washington,
D.C., 1977.
G. F. Wallace and P. Barrett, "Analytical Methods Development for Inductively
Coupled Plasma Spectrometry," The Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, CT,
1981.
(MANUALES)
"Instructions Plasma 40 Emission Spectrometer," The Perkin-Elmer Corporation,
Norwalk, CT, 1987.
Hernández Guerrero Alejandro. (2004) “Emisiones a la Atmosfera” Manual de
Asignatura, 1, UTEQ.
(ARTICULOS)
Punci H. Oscar; Puncci N. Graciela; Riis Volker; Babel Wolfgang (2005),
“Posibilidades de Biodegradación de Hidrocarburos en Presencia de Metales
Pesados” Scince Direct, Vol. 3, #14, pp. 15.
(PAGINAS ELECTRONICAS)
Petroleo, I. M.P. (17 de Septiembre de 2008). Instituto Mexicano del Petroleo.
Recuperado el 22 de mayo de 2009, de IMP: htpm://www.imp.com.mx.
CGEO. (22 de Febrero de 2009). Centro de Goeciencias. Recuperado el 15 de
Mayo de 2009, de Cgeo: http://www.cgeo.unam.mx.
68
Textos Cientificos,(06 de julio de 2005). Hidrocarburos. Recuperado el 06 de
junio de 2009, de TC: http://www.textoscientificos.com/quimica/hidrocarburos
6.3 ANEXOS
(Anexo 1)
6.3.1 Agua utilizada en el laboratorio
Agua utilizada en el laboratorio de geoquímica ambiental y características
físicas de la misma.
Los sistemas de
purificación de agua
AGUA TIPO RO
instalados en el
Arium 613L Sartorius
Laboratorio de
Geoquímica de Aguas
del Centro de
Geociencias producen
agua con las siguientes
características:
Capacidad de entrega
50 (Litros por hora)
1.8 (litros por minutos)
conductividad
<1µs cm-1
<20µs cm-1
AGUA DESIONIZADA
NANOpure
bamstead
(ANEXO 2)
6.3.2 Propiedades del coeficiente de correlación
1) Número sin dimensiones entre -1 y 1.
2) Si las variables son independientes r=0. La inversa no es necesariamente
cierta, aunque si las variables son normales bivariantes sí.
3) Si las variables estuvieran relacionadas linealmente r=1
Un contraste que interesa realizar en un modelo II es H0: r=0. Como
69
Este contraste es totalmente equivalente al realizado sobre dicho coeficiente,
aunque también hay tablas basadas en que una cierta transformación (de
Fisher) de r se distribuye aproximadamente como una normal.
¿Qué mide r?
 Se puede demostrar una relación algebraica entre r y el análisis de la
varianza de la regresión de tal modo que su cuadrado (coeficiente de
determinación) es la proporción de variación de la variable Y debida a la
2
regresión. En este sentido, r mide el poder explicatorio del modelo lineal.
¿Qué no mide r?
 No mide la magnitud de la pendiente ("fuerza de la asociación")
Tampoco mide lo apropiado del modelo lineal.
70
(Anexo 3)
6.3.3 Estancia en el centro de investigación de Geociencias
Durante mi estancia en el centro de Geociencias mis actividades no se limitaron
al desarrollo de mi proyecto, también realice las siguientes actividades:

Tome clases: me integre al grupo de la licenciatura
en tecnología durante la materia de instrumentación analítica la cual se
desarrollo durante 2 días a la semana, la cual consistía en 2hrs de teoría
y 2hrs de practica en laboratorio.

Apoye en un proyecto de remoción de metales con
una macrofita pre tratada térmicamente en el cual apoye en el pesado de
la muestra, realización del batch y análisis por absorción atómica.

Recibí
capacitación
en
el
manejo
de
un
cromatografía iónico marca dionex, espectrómetro de absorción atómica
marca perkin Elmer, icp-oes marca thermo, microondas marca sem,
balanza analítica marca ohaus, osmosis inversa (ro) marca sartorius y
desionizador marca barnstead.
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
Guía en visitas de escuelas a los laboratorios del
CGEO.
esto me permitió conocer las diferentes actividades que se
desarrollan en este centro de investigación.

Asistí a los seminarios de práctica de 2 estudiantes
de la lic. en tecnología que realizaban también su estancia en el
laboratorio de geoquímica ambiental lo cual me permitió conocer otras
actividades que se desarrollaban en el laboratorio además de apoyar con
mis comentarios en la mejora de sus presentaciones.
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