ANÁLISIS POR ABSORCIÓN ATÓMICA DE CALCIO Y MAGNESIO

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1 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 nm, y para magnesio es de 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.( o C) Densidad CaCO

2 Mg Equipo Requerido Dos matraces volumétricos de 1-L Dos matraces volumétricos de 250-mL Dieciséis matraces volumétricos de 100-mL Solución estándar de Cu 2+, 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, Ca 2+, a 500 ppm, disolviendo 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, Mg 2+, a 1,000 ppm, disolviendo 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 Ca 2+ 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 ppm: Diluya 4 ml de la solución a 50 ppm a 100 ml ppm: Diluya 8 ml de la solución a 50 ppm a 100 ml ppm: Diluya 12 ml de la solución a 50 ppm a 100 ml ppm: Diluya 16 ml de la solución a 50 ppm a 100 ml ppm: Diluya 20 ml de la solución a 50 ppm a 100 ml.

3 6. 12 ppm: Diluya 24 ml de la solución a 50 ppm a 100 ml. Prepare una solución de Mg 2+ 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 ppm: Diluya 2 ml de la solución a 20 ppm a 100 ml ppm: Diluya 4 ml de la solución a 20 ppm a 100 ml ppm: Diluya 6 ml de la solución a 20 ppm a 100 ml ppm: Diluya 8 ml de la solución a 20 ppm a 100 ml ppm: Diluya 10 ml de la solución a 20 ppm a 100 ml 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 Perkin- Elmer 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

4 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 Cu 2+, la longitud de onda debe ser nm. Para Ca 2+, la longitud de onda debe ser nm. Para Mg 2+, 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 Cu 2+ a 5 ppm. La absorbancia de este estándar debe tener un valor de entre 0.18 y Si se obtiene la lectura deseada con Cu 2+, 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 Ca 2+. Aspire agua destilada entre cada medición de Ca 2+. Luego registre la absorción de la solución de Ca 2+ 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

5 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 Mg 2+, 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 H 2 -O 2, 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.

6 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, Skoog, D. A., Principles of Instrumental Analyses, 3 rd ed., Saunders: Philadelphia, PA, 1985, capítulo 9.