ESCUELA POLITECNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y AGROINDUSTRIA

CARRERA DE INGENIERIA QUIMICATRATAMIENTO DE EFLUENTES LIQUIDOS

Nombre: David Yanez Fecha: 18/12/2014

METODOS AGRUPADOS POR TECNICAS INSTRUMENTALES

ELECTRODOS SELECTIVOS:

Los electrodos selectivos de iones son medios de medición casi ideales debido a su aptitud para vigilar selectivamente la actividad de ciertos iones en solución de forma continua y no destructiva.

Consiste en un proceso de intercambio iónico o un fenómeno relacionado, como complejacion o precipitación, con los sitios activos en la superficie o en la capa hidratada de la membrana dl electrodo.

Los electrodos selectivos de iones miden actividades iónicas, la concentración termodinámicamente efectiva del ion libre. En soluciones diluidas la actividad del ion generalmente se aproxima a la concentración iónica. Con ayuda de las actividades de los iones se puede determinar velocidades de reacción y equilibrios químicos.

Las membranas sensoras pueden ser de tres tipos, de acuerdo con el material de que están constituidas: vidrio, estado sólido y matriz solida (intercambio iónico líquido). (Willard, Merritt, Dean, 1991, p671)

ESPECTROFOTOMETRIA VISIBLE:

La espectroscopia visible es una de las técnicas más ampliamente y más frecuentemente empleadas en el análisis químico. Para que una substancia sea activa en el visible debe ser colorida: el que una substancia tenga color, es debido a que absorbe ciertas frecuencias o longitudes de onda del espectro visible y transmite otras más.

La base de la espectroscopia Visible y Ultravioleta consiste en medir la intensidad del color (o de la radiación absorbida en UV) a una longitud de onda específica comparándola con otras soluciones de concentración conocida (soluciones estándar) que contengan la misma especie absorbente. Para tener esta relación se emplea la Ley de Beer, que establece que para una misma especie absorbente en una celda de espesor constante, la absorbancia es directamente proporcional a la concentración.

La coloración de la solución se debe a la especie absorbente y esta coloración puede ser natural o inducida. La coloración natural puede ser la base de la cuantificación de una especie.

(Skoog, Holler, 1998, p353)

ABSORCION ATOMICA:

Consiste en uno de los métodos más ampliamente utilizados en la química analítica. El fenómeno que estudia la espectrofotometría de absorción atómica se divide en dos procesos principales: La producción de átomos libres de la muestra y la absorción de la radicación de una fuente externa por estos átomos. En la flama, la absorción de radiación por átomos libres involucra una transición de estos átomos desde el altamente poblado estado basal hasta un estado electrónico excitado. Los espectros de absorción atómica de un elemento están constituidos por una serie de líneas de resonancia, todas con origen en el estado basal y con destino en diferentes estados excitados. El primer salto del estado basal al estado excitado es donde se da la mayor absortividad y esta disminuye conforme aumenta la diferencia de energías entre el estado basal y el excitado.

La longitud de onda de la primera línea de resonancia de todos los metales y muchos metaloides es mayor que 200 nm es por esto que la instrumentación de AAS encuentra amplia aplicación en el análisis de metales y metaloides.

Los componentes básicos de un equipo de absorción atómica son:

La fuente radiante más común para las mediciones de absorción atómica es la lámpara de cátodo hueco, que consiste en un cilindro relleno con un gas inerte dentro del cual se encuentra un cátodo (construido del metal a analizar) y un ánodo. Al aplicar un cierto potencial a través de los electrodos esta fuente emite el espectro atómico del metal del cual está construido el cátodo.En la EAA se utilizan atomizadores con y sin llama para producir átomos libres del metal en el haz de la radiación. El atomizador con llama está compuesto de un nebulizador y un quemador. La solución de la muestra es convertida primero a un fino aerosol, y luego llevada a la llama que entrega la energía suficiente para evaporar el solvente y descomponer los compuestos químicos resultantes en átomos libres en su estado fundamental. En los atomizadores sin llama-atomización electrotérmica con horno de grafito el vapor atómico se genera en un tubo de grafito calentado eléctricamente, en cuyo interior se ubica la muestra. Estos atomizadores presentan diversas ventajas, como una alta eficiencia en generar vapor atómico, permite el empleo de pequeños volúmenes de muestra y análisis directo de muestras sólidas.Los espectrofotómetros de absorción atómica poseen generalmente monocromadores de red con montaje de Littrow o de Czerny-Turner. Estos monocromadores permiten aislar una línea de resonancia del espectro emitido por la lámpara de cátodo hueco.Como detector, se emplea un fotomultiplicador que produce una corriente eléctrica, la cual es proporcional a la intensidad de la línea aislada por el monocromador. Un amplificador selectivo amplifica la señal pasando luego a un dispositivo de lectura que puede ser un voltímetro digital o un registrador u otros.

(Willard, Merritt, Dean, 1991, p238)

FOTOMETRIA DE LLAMA:

En la espectrofotometría de emisión de flama, la muestra en solución es nebulizada e introducida dentro de la flama en donde es desolvatada, vaporizada y atomizada, todo esto en rápida sucesión. Esto lleva a que los átomos y las moléculas eleven sus estados excitados por colisiones térmicas con los constituyentes de los componentes de la flama parcialmente quemados. Cuando regresan a su estado basal o más bajo, los átomos y moléculas emiten la radiación característica de los componentes de la muestras. La luz emitida pasa por un monocromador que aísla la longitud de onda específica para el análisis deseado. Un foto detector mide la potencia radiante de la radiación seleccionada, que entonces es amplificada y enviada a un dispositivo de lectura.

(Willard, Merritt, Dean, 1991, p236)

ICP: ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCENCIA ATOMICA ICP

El Plasma de Acoplamiento Inductivo con detector de masas (ICP-MASAS) es una técnica de análisis instrumental, multielemental, con amplio intervalo lineal y gran sensibilidad, capaz de detectar y determinar cuantitativamente la gran mayoría de los elementos comprendidos en el sistema periódico.

El soplete de plasma de argón acoplado inductivamente (ICP), es un tipo especial de plasma que basa su potencia operativa en la inducción de un campo magnético de alta frecuencia. Inicialmente el gas argón pasa a través de un tubo de cuarzo y al salir por la punta, se encuentra rodeado por una bobina de inducción. La corriente de argón que entra a la bobina ha sido rociada inicialmente con electrones libres que provienen de una bobina de descarga Tesla. Tal introducción de electrones interacciona rápidamente con el campo magnético de la bobina y adquiere suficiente energía para ionizar átomos de argón mediante excitación por colisiones. Los cationes y los electrones generados por el efecto de chispa Tesla inicial son acelerados por el campo magnético en un flujo circular perpendicular a la corriente que emerge por la punta del soplete. Los cationes y electrones rápidos forman una corriente de vértice que choca con más átomos de argón que producen una ionización mayor y una energía térmica intensa. Un plasma en forma de llama se origina cerca de la parte superior del soplete, con temperaturas que caen en el intervalo de 6000 a 10,000 K.

(Willard, Merritt, Dean, 1991, p275)

CROMATOGRAFIA IONICA:

Consiste en el análisis de iones disueltos por intercambio iónico, se difiere de la cromatografía de intercambio iónico en la naturaleza de la resina intercambiadora.

Se utiliza dos columnas: una separadora y una supresora; la muestra se inyecta en la cabeza del lecho de intercambio anionico o catiónico (columna separadora). La separación cromatografica de las especies a analizar se lleva a cabo por elución con algún agente (depende si es anionica o catiónica). Si se trata de aniones, el eluyente convierte los aniones a sales de sodio disueltas. El efluente de la columna separadora pasa entonces por un lecho de resina de intercambio catiónica en la forma de hidrogeno (columna supresora) que intercambia los iones hidrogeno por los otros cationes en la corriente de eluyente. Luego la columna supresora convierte las sales de sodio disueltas en sus ácidos correspondientes. Finalmente, el efluente de la columna supresora pasa a través del detector.

Aplicaciones: Los medios que se han analizado incluyen soluciones de salmuera, licores de pulpa y papel, extractos de suelo, aguas de estanque, baños de plateado y procesos industriales, aguas de desecho y de caldera, orina, plasma y muestra de alimentos.

(Willard, Merritt, Dean, 1991, p632)

CROMATOGRAFIA DE GASES/ HPLC

Cromatografía de Gases:

Entre las técnicas cromatograficas utilizadas con fines analíticos, la cromatografía de gases es probablemente la técnica de más amplia utilización, debido a su capacidad de separación o su sensibilidad [ara analizar compuestos volátiles.

El hecho de que con esta técnica las mezclas sean separadas en fase gaseosa, establece los límites de su utilización, que estarán marcados fundamentalmente por la estabilidad térmica de los compuestos a separar. Por lo general, la utilización de la cromatografía de gases está restringida a la separación de compuestos con un peso molécula menor de 1000 a una temperatura máxima de trabajo de aproximadamente 400 C; dentro de estos límites la única limitación existente es la estabilidad de la muestra.

Para realizar una separación mediante cromatografía de gases, se inyecta una pequeña cantidad de la muestra a separar en una corriente de un gas inerte a elevada temperatura; esta corriente de gas, atraviesa una columna cromatografica que separara los componentes de la mezcla por medio de un mecanismo de partición (cromatografía gas líquido), de adsorción (cromatografía gas solido) o ambas. Las columnas pueden ser de tipo empacadas o capilares según sea el caso. Los componente separados, emergerán de la columna a intervalos discretos y pasaran a través de algún sistema de detección adecuado, así como se muestra en la figura.

(Willard, Merritt, Dean, 1991, p531)

HPLC

Considerando que solo aproximadamente 20 % de los compuestos conocidos permiten ser analizados por cromatografía de gases, debido a que no sean suficientemente volátiles o su inestabilidad térmica, existe la HPLC (High-performance liquid chromatography) que no está limitada por la volatilidad o la estabilidad térmica de la muestra. La HPLC es capaz de separar macromoléculas y especies iónicas, productos naturales lábiles, materiales poliméricos y gran variedad de otros grupos poli funcionales de alto peso molecular. Se tiene una fase móvil liquida interactiva que permite tener mayor selectividad, además de la fase estacionaria activa. La separación cromatografica en HPLC es el resultado de las interacciones específicas entre las moléculas de la muestra con ambas fases, móvil y estacionaria. Además la HPLC ofrece gran variedad de fases estacionarias, lo que permite una mayor gama de estas interacciones selectivas y más posibilidades para la separación. Uno de los aspectos críticos en la utilización de HPLC es la selección de las bombas, estas deben cumplir con ciertos parámetros principalmente referidos a las caídas de presión.

o Mantener el flujo libre de pulsacioneso Generar intervalos de caudales de flujo (0.1 a 10mL/min)o Control y reproducibilidad del flujo de solventeo Resistencia a la corrosión.

(Willard, Merritt, Dean, 1991, p569)

ESPECTROMETRIA DE INFRARROJO:

La región del infrarrojo del espectro electromagnético se extiende desde el extremo rojo del espectro visible hasta la región de las microondas. Esta región incluye radiación de longitudes de onda comprendidas entre 0.7 y 500 um. La región espectral mas utilizada es la región del infrarrojo intermedio, que cubre frecuencias de 4000 a 200 cm-1. La espectrofotometría de infrarrojo involucra el examen de los modos vibracionales y rotacionales de torsión y flexión de los átomos en una molécula.Como las demás técnicas espectroscópicas, puede ser utilizada para identificar un compuesto o investigar la composición de una muestra. La espectrometría infrarroja se basa en el hecho de que los enlaces químicos de las sustancias tienen frecuencias de vibración específicas, que corresponden a los niveles de energía de la molécula. Estas frecuencias dependen de la forma de la superficie de energía potencial de la molécula, la geometría molecular, las masas atómicas y, posiblemente, el acoplamiento vibracional.

Si la molécula recibe luz con la misma energía de esa vibración, entonces la luz será absorbida si se dan ciertas condiciones. Para que una vibración aparezca en el espectro infrarrojo, la molécula debe someterse a un cambio en su momento dipolar durante la vibración con el fin de hacer medidas en una muestra, se transmite un rayo monocromo de luz infrarroja a través de la muestra, y se registra la cantidad de energía absorbida. Repitiendo esta operación en un rango de longitudes de onda de interés (por lo general, 4000-400 cm-1) se puede construir un gráfico. Esta técnica funciona casi exclusivamente en enlaces covalentes, y se usa mucho en química, en especial en química orgánica.

(Willard, Merritt, Dean, 1991, p339)

ESPECTROMETRIA DE RAYOS UV:

La espectrometría ultravioleta-visible o espectrofotometría UV-Vis implica la espectroscopia de fotones en la región de radiación ultravioleta-visible. Utiliza la luz en los rangos visible y adyacentes (el ultravioleta (UV) cercano y el infrarrojo (IR) cercano. En esta región del espectro electromagnético, las moléculas se someten a transiciones electrónicas. Esta técnica es complementaria de la espectrometría de fluorescencia, que trata con transiciones desde el estado excitado al estado basal, mientras que la espectrometría de absorción mide transiciones desde el estado basal al estado excitado.

Las muestras para espectrofotometría UV-Vis suelen ser líquidas, aunque la absorbancia de los gases e incluso de los sólidos también puede medirse. Las muestras suelen ser colocadas en una célula transparente, conocida como cubeta. Las cubetas suelen ser rectangulares, con una anchura interior de 1 cm. Esta anchura se convierte en la longitud de ruta, L, en la Ley de Beer-Lambert. También se pueden usar tubos de ensayo como cubetas en algunos instrumentos. Las mejores cubetas están hechas con cuarzo de alta calidad, aunque son comunes las de vidrio o plástico. El cristal y la mayoría de los plásticos absorben en el UV, lo que limita su utilidad para longitudes de onda visibles.

La espectrometría UV/Vis se utiliza habitualmente en la determinación cuantitativa de soluciones de iones metálicos de transición y compuestos orgánicos muy conjugados.

(Skoog, Holler, 1998, p353)

BIBLIOGRAFIA:

Willard, H., Merritt, L., & Dean, J. (1991).Metodos instrumentales de analisis (Vol. 1, p. 671, 238, 236, 275, 632, 531,569). México: Grupo Editorial Iberoamérica.

SKOOG, D.A.; Leary J.J., Holler F. James; PRINCIPIOS DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL, 5° ed.; Ed. McGraw-Hill (1998), págs. 353-367.