UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERIA QUÍMICA E.A.P. DE..INGENIERIA QUÍMICA Potencial contaminación por cromo en el proceso de refinación del petróleo Capítulo8. Procedimiento analítico TRABAJO MONOGRÁFICO Para optar el Título Profesional de Ingeniero Químico AUTOR Higinio Jacinto Soto LIMA PERÚ 2006
X. PROCEDIMIENTO ANALITICO. 10.1. Métodos instrumentales. 10.1.1. Métodos analíticos Se conocen varios métodos para la determinación de cromo, los cuales están agrupados en dos categorías: a. Técnicas para determinación de cromo en muestras biológicas: a-1. Espectrometría de absorción atómica (AAS) a-2. Espectrometría de fluorescencia atómica (AFS) a-3. Voltimetría anódica (ASV) a-4. Espectrometría de absorción atómica con vapor frió (CVAAS) a-5. Detector de captura de electrones (ECD) a-6. Espectrometría de absorción atómica electrotérmica (ETAAS). a-7. Detector de ionización de flama (FID). a-8. Cromatografía de gases (GC). a-9. Espectrometría de absorción atómica con plasma inducido a-10. Espectrometría de plasma inducido con microondas (MPD). a-11. Análisis por activación neutrónica (NAA). a-12. Fluorescencia de Rayos X (XRF). b. Marchas para detección de cromo en muestras ambientales. Son las mismas del punto a, con la inclusión de las siguientes técnicas: b-1. Detección de emisión atómica (AED). b-2. Espectrometría de emisión atómica (AES). b-3. Espectrometría de fluorescencia atómica con vapor frío (CVAFS). 106
b-4. Espectrometría de masa con plasma inducido y nebulizador de inyección directa (DINICPMS). b-5. Espectrometría de absorción atómica con horma de grafito (GFAAS). b-6. Cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). b-7. Espectrometría de masa con dilución de isótopos (IDSSMS). b-8. Espectrometría de masa (MS) b-9.espectrometría de masa con plasma inducido y nebulizador neumático (PN- ACPMS). 10.1.2. Técnica instrumental seleccionada La detección de cromo en el agua de mar (nuestro caso) requiere de equipos de absorción atómica los mismos que pueden ser los tradicionales o de Plasma inducido. La técnica seleccionada fue la de espectrofotometría de absorción atómica, con lámparas de cátodo hueco, la justificación del uso de este equipo, es que el cromo es de fácil procesamiento y de sencillo trato y lectura (inclusive como cromo total) en cualquier equipo de absorción atómica de buena confiabilidad, marcas como Perkin Elmer, Variant, Shimatzu. Otros metales y metaloides como el mercurio, cadmio, etc son de difícil procesamiento. El principio de absorción atómica se fundamente en que el elemento de interés se disocia de sus enlaces químicos y se coloca en un estado no excitado, no ionizado y en su estado mínimo de energía, en estas condiciones el elemento es capaz de absorber radiación emitida en líneas discretas de ancho de banda, las mismas líneas que son emitidas por el elemento a determinar, hay varias formas de disociar energía pero con pocas excepciones la disociación se realiza quemando la muestra en una llama las líneas de emisión que deben ser absorbidas por la muestra se logran con lámparas de cátodo hueco que es una fuente llena de un gas inerte como argón o neón a muy baja presión y que tiene el cátodo fabricado o revestido por el elemento que se va a determinar, esta lámpara solo emite el espectro del elemento investigado, junto con el gas de relleno, este principio significa que cada elemento (catión) a determinar debe de disponer de su respectiva lámpara. Esta técnica es utilizado masivamente en el campo de la minería, y casi todas las refinerías de petróleo disponen de este equipo, que es idóneo para determinar trazas de metales y metaloides. En nuestro medio, los principales centros analíticos de investigación de muestras ambientales son: CEPIS (con apoyo del Centro Panamericano de Salud), el Instituto de Salud Ocupacional (Dependencia del Ministerio de Salud) y los laboratorios de Criminalística de PNP (del Ministerio del Interior), también hay laboratorios analíticos de impacto ambiental como Environmental Laboratorios SA, SGC e INASSA. Todos los equipos descritos, tienen la ventaja son electrónicos y computarizados, y necesitan muestras pequeñas en mililitros o microlitros, pero tienen la desventaja del tratamiento químico, a la que tiene que someterse la muestra, para quedar expedita para su inyección o lectura instrumental. 107
FIGURA No 41 DIAGRAMA DE UNA LAMPARA DE CATODO HUECO FUENTE. Catalogo del equipo de absorción atómica SHIMATZU AA6800 El científico australiano Alan Walsh construyó el equipo precursor en el año 1955, pero no fue aceptado por los científicos de las universidades por su sencillez, en la década de los 60 es considerado como una alternativa instrumental interesante. A la fecha, la técnica se ha consolidado e nivel mundial. Existen factores que deben de tomarse en cuenta en este tipo de marcha, por ejemplo cada elemento tiene un quemador definido, el cual siempre debe de estar disponible, la llama con la que se va encender el sistema también es especifica, pero esos y mas detalles se encuentran en los manuales y en los catálogos que proporciona cada casa que comercializa estos equipos. El esquema del quemador aplicado es: 108
FIGURA No 42 ESQUEMA DEL QUEMADOR DEL EQUPO SHIMATZU AA6800 FUENTE. Catalogo del equipo de absorción atómica SHIMATZU AA6800 existen tablas periódicas en donde se visualiza las características de cada elemento, estas tablas están a colores y cada parámetro tiene un color que lo identifica, luego cada color en su leyenda se interpreta con suma sencillez 109
FIGURA No 43 PRINCIPIO DEL FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO DE ABSORCIÓN ATOMICA FUENTE: Beaty Richard: Conceptos Instrumentales de Análisis-Perkin Elmer- Springfield USA-1979- pp 451 110
10.1.3. Descripción del equipo instrumental. Las lecturas se realizaron en un equipo de absorción atómica marca Shimatzu modelo AA6800 de procedencia japonesa cuyos detalles se incluyen en el acápite 10,4. 10.2. Preparación de las muestras. A diferencia de las otras técnicas, en este sistema instrumental, no se necesita tratar las muestras de agua de mar, desde un punto de vista químico, pero si se requiere un tratamiento físico, de sedimentación de las partículas sólidas y en suspensión, para los cuales cada muestra se centrifugó, la muestra no se ha sometido a ningún tipo de digestión, como en los casos de investigación de mercurio en compuestos orgánicos, donde hay que llevar el mercurio al estado iónico. Lo que si se prepararon, fueron las muestras estándares a fin de verificar la eficiencia del equipo, para lo cual se prepararon, muestras estándares de 1, 0,5 y 0,25 ppm de cromo, a partir de la solución stock o patrón de 1000 ppm. 10.3. Materiales de laboratorio. Envases de plástico de polietileno de 150 ml de capacidad con tapa a rosca (50) Pipeta digital (01) Bidón de plástico de 50 litros de capacidad Densímetro de rango 1,0 a 1,20 Papel ph marca PANPEHA (01 estuche) Stock de 1000 ppm de cromo Centrifuga de 3000 RPM Fiolas de 1000 ml (01) y 100 ml (03= Matraz de 250 ml (06) Probetas de 250 ml (01) Embudos de vidrio de 3 de diámetro. Vasos de precipitación de 250 ml Guantes de plástico Papel filtro Termómetro digital ph metro digital Recipiente de material aislante tipo teknopor Refrigeradora 10.4. Prueba de control instrumental. Antes de proceder a la lectura de las muestras de agua de mar, se confirma la eficiencia del equipo corriendo muestras de concentración conocida, que son las llamadas muestras estándares y que el operador ya conoce su concentración de antemano, porque las ha preparado previamente. Las muestras fueron leídas en 2 batch una de 32 muestras que incluían 30 muestras problemas y dos en blanco, en la segunda tanda, se acondicionaron cantidad similar. La lectura del blanco es una garantía y una medida de precaución para evitar resultados falsos positivos. El equipo utilizado lo mostramos 111
FIGURA No 44 -EQUIPO DE ABSORCIÓN ATOMICA UTILIZADO FUENTE: Shimatzu- Equipo de absorción atómica- Modelo AA6800 La vista corresponde a un equipo de absorción atómica marca Shimadzu AA-6800 de procedencia japonesa full sistema Este equipo como los de ultima generación, son totalmente automatizados, incluso las muestras se acondicionan de esta manera, se han trabajado con los siguientes parámetros: Solución stock Muestras estándares Medio Extracción Tipo de llama Longitud de onda Limite de detección : Cromo 1000 ppm : 100,50,10,1, 0,1 y 0,01 ppm : Ácido clorhídrico Para análisis o P.A. : Metil isobutilcetona o MIBK : Acetileno- oxido nitroso : 359,3 nanómetros o nm : 0,01 ppm 112
FIGURA No 45 EQUIPO AUTOSAMPLE (AUTOMUESTRA) FUENTE: Shimatzu- Equipo de absorción atómica- Modelo AA6800 La vista superior muestra un equipo de auto-sample o auto-muestra, dispositivo que permite acomodar las muestras problemas en forma automática en el equipo de absorción atómica. 113
CUADRO 20 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE RECUPERACIÓN DE CROMO (III) A PARTIR DE CROMO (VI) MUESTREO Y LECTURA POR ABSORCIÓN ATOMICA POZA API Agitación de aguas Reactor 100 litros Dosificación insumos químicos Ubicación de fuente UV Ataque químico Agua tratada Muestreo de agua tratada Filtración Tratamiento térmico Lectura en equipo de absorción atómica 114