Lampara De Catodo Hueco 4ze1q

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA METALURGICA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

DETERMINACION DE Cu, Fe, Zn, Pb EN MINERALES DE CABEZA

CURSO:

ANALISIS INSTRUMENTAL DE MINERALES

NOMBRE: RENE CCOLQUE HUILLCA CODIGO:

081470-D

DOCENTE: Ing. Rolando Obregón Ramos SEMESTRE: 2013-I

CUSCO – PERU AÑO 2013

1.- OBJETIVOS Determinar el contenido metálico en minerales de cabeza mediante la absorción atómica utilizando reactivos químicos.

2.- FUNDAMENTO TEORICO La absorción atómica es una técnica capaz de detectar y determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos de la tabla periódica. Sus campos de aplicación son, por tanto, muy diversos. Este método se puede aplicar para la determinación de ciertos metales tales como: antimonio, cio, calcio, cesio, cromo, cobalto, oro, plomo, níquel, entre otros. Se emplea en el análisis de aguas, análisis de suelos, bioquímica, toxicología, medicina, industria farmacéutica, industria alimenticia, industria petroquímica, etc. Este método consiste en la medición de las especies atómicas por su absorción a una longitud de onda particular. La especie atómica se logra por atomización de la muestra, siendo los distintos procedimientos utilizados para llegar al estado fundamental del átomo lo que diferencia las técnicas y rios utilizados. La técnica de atomización más usada es la de absorción atómica con flama o llama, que nebuliza la muestra y luego la disemina en forma de aerosol dentro de una llama de aire acetileno u óxido nitroso-acetileno(Morral, 2003). En metalurgia, la absorción atómica es una técnica muy útil ya que permite determinar diversos elementos en un amplio rango de concentraciones. Las mayores dificultades radican en la puesta de solución de aleaciones, la que se efectúa por ataque con ácidos fuertes, por ejemplo nítrico, clorhídrico y perclórico. Se determinan normalmente Fe, Pb, Ni, Cr, Mn, Co, Sb, etc. En rangos que van desde los 0.003% hasta 30%, en aleaciones con base Cu, Zn, Al, Pb, Fe y Sn entre otras. La espectroscopia de absorción atómica (a menudo llamada AA) es un método instrumental de la química analítica que determina una gran variedad de elementos al estado fundamental como analitos. Es un método química analítica que esta basado en la atomización del analito en matriz líquida y que utiliza comúnmente un nebulizador pre-quemador (o cámara de nebulización) para crear una niebla de la muestra y un quemador con forma de ranura que da una llama con una longitud de trayecto más larga, en caso de que la transmisión de energía inicial al analito sea por el método "de llama". La niebla atómica es desolvatada y expuesta a una energía a una determinada longitud de onda emitida ya sea por la dicha llama, o una lámpara de cátodo hueco construida con el mismo analito a determinar o una Lámpara de Descarga de Electrones (EDL). Normalmente las curvas de calibración cumplen la Ley de Beer-Lambert .

% A

( )

La temperatura de la llama es lo bastante alta para que la llama de por sí no mueran los átomos de la muestra de su estado fundamental. El nebulizador y la llama se usan para desolvatar y atomizar la muestra, pero la excitación de los átomos del analito es hecha por el uso de lámparas que brillan a través de la llama a diversas longitudes de onda para cada tipo de analito. En AA la cantidad de luz absorbida después de pasar a través de la llama determina la cantidad de analito existente en la muestra. Hoy día se utiliza frecuentemente una mufla de grafito (u horno de grafito) para calentar la muestra a fin de desolvatarla y atomizarla, aumentando la sensibilidad. El método del horno de grafito puede también analizar algunas muestras sólidas o semisólidas. Debido a su buena sensibilidad y selectividad, sigue siendo un método de análisis comúnmente usado para ciertos elementos traza en muestras acuosas (y otros líquidos). Otro método alternativo de atomización es el Generador de Hidruros.

2.1 Tipos de llama Combustible

Oxidante

Temperatura

Vel. de Combustión

Gas LP

Aire

1700-1900

39-43

Gas LP

Oxígeno

2700-2800

370-390

Hidrógeno

Aire

2000-2100

300-440

Hidrógeno

Oxígeno

2550-2700

900-1400

Acetileno

Aire

2100-2400

158-266

Acetileno

Oxígeno

3050-3150

1100-2480

Acetileno

Óxido nitroso

2600-2800

285

2.2 Estructura de llama Las regiones más importantes de la llama son la zona de combustión primaria secundaria y zona interconal, esta última es la zona más rica en átomos libres y es la más ampliamente utilizada. 2.3 Perfiles de temperatura La temperatura máxima se localiza aproximadamente 1 cm por encima de la zona de combustión primaria 2.4 Atomizadores de llama El aerosol formado por el flujo del gas oxidante, se mezcla con el combustible y se pasa a través de una serie de deflectores que eliminan las gotitas que no sean muy finas. Como consecuencia de la acción de estas, la mayor parte de la muestra se recoge en el fondo de una cámara y se drena hacia un contenedor de desechos. El aerosol, el oxidante y el combustible se queman en un mechero provisto de una ranura de 1 mm o 2 de ancho por 5 ó 10 mm de longitud. Estos mecheros proporcionan una llama relativamente estable y larga, estas propiedades aumentan la sensibilidad y la reproducibilidad. 2.5 Reguladores de combustibles y oxidantes Los caudales de oxidante y combustible constituyen variables importantes que requieren un control preciso es deseable poder variar cada uno de ellos en un intervalo amplio para poder encontrar experimentalmente las condiciones óptimas para la atomización

2.6 Lámpara de cátodo hueco Una lámpara de cátodo hueco consiste en un ánodo de wolframio y un cátodo cilíndrico cerradas herméticamente en un tubo de vidrio lleno con neón / argón a una presión de 1 a 5 torr. El cátodo esta constituido con el metal cuyo espectro se desea obtener, o bien, sirve de soporte para una capa de dicho metal. Una parte de estos átomos se excitan con la corriente que pasa a través de ellos y, de este modo, al volver al estado fundamental emiten su radiación característica, los átomos metálicos se vuelven a depositar difundiendo de nuevo hacia la superficie del cátodo o hacia las paredes del vidrio. La configuración cilíndrica del cátodo tiende a concentrar la radiación en una región limitada del tubo metálico, este diseño aumenta la probabilidad de que la redepositación sea en el cátodo y no sobre la pared del vidrio.

Fuente de radiación, es por lo general una lámpara de cátodo hueco, que emite las líneas atómicas características del elemento a analizar, este tipo de lámpara consiste en un ánodo de tungsteno y en un cátodo cilíndrico, cerrados herméticamente en un tubo lleno de Neón o Argón a una presión de 1 a 5 Torr. El cátodo está constituido con el metal cuyo espectro queremos obtener. Al aplicar un potencial lo suficientemente grande, los cationes gaseosos adquieren una energía cinética suficiente para arrancar algunos átomos metálicos de la superficie del cátodo y producir una nube atómica, a este fenómeno se le llama chisporroteo. Una parte de los átomos metálicos desprendidos se encuentran excitados, con lo que al volver a su estado fundamental emiten una radiación característica. La eficacia de la lámpara depende de su geometría y del potencial aplicado a la misma. Existen lámparas para realizar análisis multielemental cuyo cátodo está recubierto de diferentes metales, pudiendo emitir así, sus espectros característicos. Se requiere que la radiación de la fuente esté modulada para eliminar las posibles interferencias producidas por la llama y amplificar selectivamente la luz de la lámpara. Para eliminar la señal no modulada se puede utilizar un filtro RC de paso alto. El funcionamiento de la lámpara de cátodo hueco consiste en que al someterla a una descarga se produce la ionización del gas y los iones de Ar+ chocan contra el interior del cátodo hueco arrancándole los átomos de la superficie del cátodo y produciendo una nube atómica. Una parte de los átomos metálicos desprendidos se encuentran en estados excitados y al volver a su estado elemental emiten radiación de su longitud de onda característica (la misma

que el elemento a determinar). Al final los átomos metálicos vuelven a depositarse difundiendo de nuevo hacia la superficie del cátodo o hacia las paredes de vidrio del tubo 2.7 Instrumentos de haz sencillo Consiste en una fuente de cátodo hueco, un contador o una fuente de alimentación de impulsos, un atomizador, un espectrofotómetro sencillo de red de difracción y un detector. El haz de luz proveniente de la fuente pasa directamente a través de todos los componentes del instrumento hasta llegar al detector. 2.8 Instrumentos de doble haz Básicamente consta de las mismas partes que el sistema de haz sencillo, sólo que el haz que proviene de la fuente de cátodo hueco se divide mediante un contador reflejante y un divisor de haz, una mitad pasa a través de la llama y la otra es enviada por un paso óptico interno. Los dos haces se encuentran nuevamente en el mismo camino óptico mediante un espejo semiplateado o recombinador antes de entrar al monocromador.

Fuente: Primero, la fuente es muy diferente. En la espectrofotometría molecular, las bandas son lo suficientemente anchas para permitir el uso de una fuente continua y un monocromador. Como se ve en el dibujo de la figura 14.28, la banda de radiación que emerge de la rendija de salida de un buen monocromador es lo bastante angosta (el ancho deja banda es del orden de un nanómetro o incluso menor) como para permitirnos perfilar una banda típica de absorción ultravioleta cuyo ancho y la mitad de su altura la hemos representado como 10 nm. Para un análisis cuantitativo, si hacemos que la escala del monocromador coincida con el pico de la banda de absorción, obtendremos casi la máxima sensibilidad y un buen seguimiento de la ley de Beer debido a que la mayor parte de la radiación está relativamente cerca de la longitud de onda-de la absorción máxima de la muestra.

Por otro lado, la línea de absorción atómica en una flama o un horno es mucho más angosta que la banda que se puede obtener con cualquier combinación de fuente continua-monocromador (véase la explicación de la pureza espectral en la sección del Monocromador, página 478). Una línea de absorción (o emisión) atómica no es una línea

en el sentido matemático de que no posee anchura, pero en este contexto es muy estrecha. Existe un ancho natural del orden de 10-5 nm que resulta de la distribución probabilística asociada con cada uno de los niveles de energía electrónica de un átomo, pero las líneas que se observan son mucho más anchas que esto. El ensanchamiento Doppler de unos 10-3 nm en las temperaturas de flama típicas, refleja la diferente velocidad de los componentes de los átomos a lo largo de la línea de observación (este fenómeno está explicado en los libros de texto de física elemental). El ensanchamiento de presión, que en las flamas por lo regular es del mismo orden de magnitud que el ensanchamiento Doppler, es el resultado de las perturbaciones de los niveles de energía atómica ocasionadas por los átomos o moléculas vecinas. Por esto las líneas que se observan en la espectrofotometría de absorción atómica están entre 10-3 y 10-2 nm de ancho. En consecuencia, la mayor parte de la radiación que sale de la rendija de salida de un monocromador cae fuera de la línea de absorción atómica y no tiene oportunidad de que sea absorbida; son obvios el efecto sobre P/Po y, por lo tanto, la sensibilidad. A excepción del caso especial del vapor de mercurio que se describió al principio, la fuente más utilizada en absorción atómica es el tubo de descarga de cátodo hueco como el que recomendó originalmente Walsh. Este tubo contiene "un ánodo y un cátodo cilíndrico hueco en una atmósfera de un gas inerte, con "frecuencia neón o argón, a baja presión. El tubo se opera con una fuente de energía que proporciona voltajes hasta de 300 V; las corrientes a través del tubo están en el rango de miliamperes, rara vez más de 20 a 30 mA y con frecuencia menos. Con la descarga eléctrica los átomos del gas se ionizan y los iones energéticos de neón o argón se aceleran hacia el cátodo negativo, en donde chocan con los átomos que están en la superficie del cátodo metálico; a este proceso algunas veces se le llama chisporroteo. Durante las colisiones posteriores con los iones y átomos energéticos, los átomos del metal que chisporrotean se excitan; después en una región más fría que la descarga, emiten una línea en el espectro que es característica del metal del cátodo, el cual aparece como una incandescencia dentro de la cavidad del cátodo hueco. De este espectro se selecciona una línea de resonancia para la medición de la absorción. El gas de relleno está a una presión lo suficientemente baja (cf. ensanchamiento de presión) y con una temperatura lo suficientemente baja (cf. ensanchamiento Doppler) como para que las líneas en el espectro de emisión de la lámpara sean más estrechas que la línea de absorción de la analita en la flama u horno, que es exactamente lo que deseamos. Una fuente de cátodo hueco comercial típica está limitada a la determinación de un solo metal: de aquel que está en la superficie del cátodo o de aquel con el que está fabricado. No obstante, en algunos cuantos casos se utilizan

aleaciones que dan líneas de varios metales. Se pueden construir tubos desmontables en los que se puede intercambiar el cátodo de metal, aunque es una incomodidad sacar el aire y reintroducir el gas de relleno cada vez que se abre el tubo. Algunos instrumentos tienen una cúpula en la cual se mantienen en condiciones de operaciones diferentes lámparas; para que el técnico cambie la determinación de un metal u otra basta con que gire la cúpula para que la lámpara que se desea utilizar quede colocada en la trayectoria óptica del instrumento. Como podemos observar en la figura 14.27, el haz de la fuente por lo general. Se desvía para que tenga pulsaciones a una cierta frecuencia. Esta modulación del haz, combinada con el empleo de un amplificador de calcio sintonizado en la frecuencia del chopper, libera las mediciones de absorción atómica de la interferencia de la luz que proviene de fuentes indeseables, como la de la flama o el quemador o incluso un poco de luz que se puede colar desde el laboratorio. Al principio (página 488) vimos una aplicación similar de un desviador del haz. El funcionamiento de sistema de atomización para generar los átomos al estado de vapor atómico listos para absorber. Sistema para vaporizar y atomizar la muestra, partimos de la muestra en disolución y mediante un sistema de nebulización conseguimos formar un fino aerosol (de rendimiento 10%). En este caso el sistema de nebulización es un tubo concéntrico que por el efecto Venturi absorbe la disolución transformándola en un fino aerosol dentro de la cámara de mezcla. En la cámara de mezcla se junta con el aire, que es el oxidante, y con el acetileno, que es el gas de combustión, y se conducen al cabezal del mechero donde ocurre la combustión (2400-2700 K) que proporciona la temperatura adecuada para la atomización de la muestra. Para que se produzca correctamente la combustión ha de llegar una relación adecuada de gases al quemador; ya que si la relación no es buena se puede producir el retroceso de la llama y podría llegarse a producir la combustión en la cámara de mezcla.

La llama se divide en tres regiones de tamaño y aspecto variable según la reacción de flujos existente entre los gases combustible y reductor. Estas zonas son:  Zona de combustión primaria: se reconozco por su luminiscencia azul, aquí no se alcanza el equilibrio térmico, no se produce la espectroscopia de llama.  Zona interconal: región rica en átomos libres. Es la zona más utilizada en espectroscopia.  Cono exterior: zona de reacciones secundarias donde los productos formados en la región interior se convierten en óxidos moleculares estables.

3.- Graficar concentración versus absorbancia y concentración transmitancia concentracion 2

absorvancia

transmitancia %

5

0.025

95

10

0.04

93

15

0.065

88

20

0.08

85

25

0.1

80

50

0.21

60

100

0.32

55

0.4 0.35

bsorbanciaa

0.3 0.25 0.2

absorvancia

0.15

Linear (absorvancia)

0.1 0.05 0 0

50

100

150

concentracion

100 90 %transmirtancia

80 70 60 transmitancia %

50 40

Linear (transmitancia %)

30 20 10 0 0

50

100

concentracion

150

volumen 1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 2.5 10

volumen 2 Cte. concentracion Cte. Ppm.

4.- Factor de absorción atómica (T)

20

1000

20

1000

20

1000

20

1000

20

1000

50

1000

100

1000