DETERMINACIÓN DE COBRE POR ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ÁTOMICA

RESUMEN Esta prácticadiscute un método para determinar la concentración de cobre en una muestra de suelo. La muestra se trata con acido nítrico y acido clorhídrico bajo diferentes concentraciones para obtener un lixiviado que contiene el cobre disuelto, finalmente, la absorción de la disolución se mide en un espectrofotómetro de absorción atómica y se interpola en una curva de calibración preparada con una serie de patrones de cobre. Se estudia el uso de curva de calibración del equipo, limite de detección det ección y cuantificación, regresiónlineal.

PALABRAS CLAVE Espectrometría de absorción atómica, cobre, curva de calibración, ley de Beer-lambert, analito.

ABSTRACT This practice discusses a method for determining the concentration of copper in a soil sample. The sample is treated with nitric acid and hydrochloric acid under different concentrations to obtain a leachate containing the dissolved copper eventually absorbing solution is measured by atomic absorption spectrophotometer and is interpolated in a calibration curve prepared with a series copper patterns. We study the use of calibration curve, limit of detection and quantification, linear regression.

KEYWORDS  AAS, copper, calibration curve, Beer-Lambert law, analyte.

INTRODUCCION Ocurrencia en el medio ambiente [1] El cobre es un micronutriente esencial para la vida, aunque en cantidades excesivas puede provocar un sabor desagradable en el agua para consumo y causar daños al hígado en el serhumano y animales. Los organismos acuáticos son particularmente sensibles a los niveles excesivos de cobre en el agua.

Fuentes Los depósitos de cobre natural en la forma de calcopirita (CuFeS2), calcosita (Cu2S), bornita(Cu5FeS4) y minerales carbonatos tales como la malaquita [Cu2(CO3)(OH2)] y azurita [Cu3(CO3)2(OH)2] son encontrados en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Las rocas ígneas contienen la mayor concentración promedio (55 mg/Kg) de cobre seguidas por las rocas sedimentarias (5 a 45 mg/Kg). El cobre puede estar relacionado a estas rocas por desgaste y oxidación. Sin embargo, hay una pequeña porción de cobre disuelta en el agua que es de origen natural, debido a que la mayoría de los minerales de cobre son insolubles bajocondiciones normales. En términos de cobre total, total, se estimó que 40 a 67% de la entrada total anual al medio ambiente es de desgaste natural. De acuerdo a McNeely et al (1979), la elevada concentración de cobre en el medio ambienteacuático está usualmente relacionada con las fuentes antropogénicas más que con las fuentesnaturales. Las fuentes industriales de cobre incluyen la minería, refinamiento de petróleo, trabajo de metales y fundición.

Cobre en riego [2] Efectos El cobre es un elemento esencial para la vida de la planta, pero pero de acuerdo a la US EPA,concentraciones de 100 a 1000 µg/L en soluciones de nutrientes han sido encontrados tóxicas para un gran número de plantas. Los efectos del cobre sobre las plantas han sido recientemente revisados por la InlandWatersDirectorate. Uno de los aspectos revisados fue la disponibilidad de cobre en el suelo para las plantas. De acuerdo a Murphy (1972), Cu+ y Cu2+ son las formas de cobre que pueden ser absorbidas por las plantas. La disponibilidad de cobre para las plantas es dependiente de unnúmero de factores que incluyen el tipo de suelo, su composición y textura, la actividad microbiana del suelo, pH, potencial óxido reducción, humedad, aguas lluvias y la especie de laplanta. En general, el cobre está menos disponible para las plantas en el suelo con un altocontenido orgánico o alto pH. Delas (1963) informó informó que la concentración de cobre normal ensuelos descontaminados de un número de países está en un rango de 20 a 50 µg/g. Niveles tan altos como 2190 µg/g han sido registrados en la capa superficial de suelo en unagranja cerca de una fundición de cobalto  – níquel. El cobre también tiende a acumularse en suelos de huerto como resultado del tratamiento con fungicidas de cobre. De acuerdo a Delas, el cobre tiende a permanecer en la superficie de suelo donde está fuertemente complejo con lamateria orgánica y no disponible para un rápido consumo por las plantas. Demayo and Taylor  (1981) notaron que el cobre no parece acumularse en el tejido de las plantas en el mismo grado que otros elementos. El rango normal de cobre en el tejido de las plantas ha sido informado que es de 1 a 50 µg/g µg/g (peso seco). En general, los pastos tienen concentraciones promedio más bajas (5 µg/g) que las leguminosas (15 µg/g). Una revisión devarios estudios hechos por Demayo and Taylor (1981) indicaban que la fertilización condesechos de aguas

residuales con contaminación de cobre pueden aumentar el contenido decobre en el suelo considerablemente, pero la acumulación de cobre en las plantas fuerelativamente pequeña. La adición de cobre a suelos forestales se registra que reduce la descomposición de materiaorgánica afección biológica y actividad bioquímica. Mathur and Rayment (1977) notaron algunareducción en la tasa de mineralización de nitrógeno a una concentración de cobre cerca de 50µg/g en el suelo el que corresponde a tres veces la concentración base.

Criterio de Literatura [3] Los criterios están en rangos comprendidos entre 200 µg/L para uso delargo plazo en todos los suelos o en cultivos sensibles, hasta 5.000 µg/L para uso de corto plazo en suelos de textura fina. La US EPA y la Island WatersDirectorate han derivado sus criterios sobre la base de la acumulación de cobre en el suelo debido a que una gran porción delos datos disponibles especifican la toxicidad del cobre para las plantas en términos de las concentraciones de cobre en el suelo. Por ejemplo, Chaney (1973) asumió que 1 m³ de agua esusada para regar 1 m² de terreno por año. Si la concentración de cobre del agua de riego es de200 µg/L, la profundidad del suelo 15 cm y la densidad 1,7 Kg/dm³ entonces 0,8 µg/g de cobre fueron agregados al suelo cada año. Ya Ya que la toxicidad umbral de cobre en el suelo para plantas sensibles (verduras) ocurre cerca de 25 a 50 µg/g cuando las condiciones del suelo son favorables para el consumo de cobre por las plantas, entonces 30 años sería necesario antesde que las concentraciones de cobre en el suelo alcancen niveles de toxicidad mínimo si losniveles de cobre base fueron despreciables. En En base a estas determinaciones, Demayo y Taylor (1981) concluyeron un el nivel de cobre máximo de 200 µg/L en aguas de riego proveería de un factor  de seguridad amplio, incluso si los niveles de cobre bases en el suelo no fuerandespreciables.

Espectrometría de absorción atómica [4] En química analítica, la espectrometría de absorción atómica es una técnica para determinar la concentración de un elemento metálico determinado en una muestra. Puede utilizarse para analizar la concentración de más de 62 metales diferentes en una solución.  Aunque la espectrometría de absorción atómica data del siglo XIX, la forma moderna fue desarrollada en gran medida durante la década de los 50 por un equipo de químicos de  Australia, dirigidos por Alan Walsh.

Principios en los que se basa La técnica hace uso de la espectrometría de absorción para evaluar la concentración de un analito en una muestra. Se basa en gran medida en la ley de Beer-Lambert. En resumen, los electrones de los átomos en el atomizador pueden ser promovidos a orbitales más altos por un instante mediante la absorción de una cantidad de energía (es decir, luz de una determinada longitud de onda). Esta cantidad de energía (o longitud de onda) se refiere específicamente a una transición de electrones en un elemento particular, y en general, cada longitud de onda corresponde a un solo elemento. Como la cantidad de energía que se pone en la llama es conocida, y la cantidad restante en el otro lado (el detector) se puede medir, es posible, a partir de la ley de Beer-Lambert, calcular 

cuántas de estas transiciones tiene lugar, y así obtener una señal que es proporcional a la concentración del elemento que se mide.

Instrumentos Para analizar los constituyentes atómicos de una muestra es necesario atomizarla. La muestra debe ser iluminada por la luz. Finalmente, la luz es transmitida y medida por un detector. Con el fin de reducir el efecto de emisión del atomizador (por ejemplo, la radiación de cuerpo negro) o del ambiente, normalmente se usa un espectrómetro entre el atomizador y el detector.

Tipos de atomizadores Para atomizar la muestra normalmente se usa una llama, pero también pueden usarse otros atomizadores como el horno de grafito o los plasmas, principalmente los plasmas de acoplamiento inductivo. Cuando se usa una llama, se dispone de tal modo que pase a lo largo lateralmente (10 cm) y no en profundidad. La altura de la llama sobre la cabeza del quemador se puede controlar  mediante un ajuste del flujo de mezcla de combustible. Un haz de luz pasa a través de esta llama en el lado más largo del eje (el eje lateral) e impacta en un detector.

Análisis de los líquidos Una muestra de líquido normalmente se convierte en gas atómico en tres pasos: 1. Desolvación. El líquido disolvente se evapora, y la muestra permanece seca. 2. Vaporización. La muestra sólida se evapora a gas. 3. Atomización. Los compuestos que componen la muestra se dividen en átomos libres.

Fuentes de luz La fuente de luz elegida tiene una anchura espectral más estrecha que la de las transiciones atómicas. * Lámparas de cátodo hueco. En su modo de funcionamiento convencional, la luz es producida por una lámpara de cátodo hueco. En el interior de la lámpara hay un cátodo cilíndrico de metal que contiene el metal de excitación, y un ánodo. Cuando un alto voltaje se aplica a través del ánodo y el cátodo, los átomos de metal en el cátodo se excitan y producen luz con una determinada longitud de onda. El tipo de tubo catódico hueco depende del metal que se analiza. Para analizar la concentración de cobre en un mineral, se utiliza un tubo catódico de cobre, y así para cualquier otro metal que se analice. * Lásers de diodo. La espectrometría de absorción atómica también puede ser llevada a cabo mediante láser, principalmente un láser de diodo, ya que sus propiedades son apropiadas para la espectrometría de absorción láser. La técnica se denomina espectrometría de absorción atómica por láser de diodo (DLAAS o DLAS), o bien, espectrometría de absorción por  modulación de longitud de onda.

METODOLOGIA Preparación de la muestra Se pesa 1 gramo de muestra en este caso (suelo), se carboniza a 500 oC, seguidamente se adiciona 1 ml de HCl 37% y 3 ml de HNO 3, se coloca en una plancha de calentamiento hasta evaporar; luego se adiciona 10 ml de HCl 37% se evaporar hasta sequedad se lava con agua destilada y se filtra,luego se lleva al aforo en un balón de 100 ml, se toma una alícuota de 1 ml y se diluye a 50 ml con HCl 0,5 N.

Preparación de patrones de cobre se pesa aproximadamente 0,0181 g de Cu0 en un vaso de precipitado de 100 ml, seguidamente se adiciona 20 ml de HNO 3, se calienta a ebullición durante 10 minutos, se filtra, se diluye a 100 ml con agua destilada, se toma alícuota de10 ml, se diluye a 100 ml con HNO 3 1% se toman alícuotas que respecten al cálculo correspondientes para tener concentraciones de 0,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0 y 5.0 se afora a 50 ml con HCl 0,5 N y finalmente se hace la lectura en el equipo de Absorción Atómica.

RESULTADOS Y ANALISIS

Tabla N01: Datos para realizar curva de calibración del equipo.

ConcentraciónpatronCu (ppm)

Absorbancia promedio

0,5

0,0246

1

0,0476

2

0,0876

3

0,1243

3,5

0,1463

4

0,1656

5

0,201

Curva de Calibracion

y = 0.04x + 0.0044 R² = 0.9983

0.25 0.2    a    i    c    n    a     b    r    o    s     b    a

0.15 0.1 0.05 0 0

1

2

-0.05

3

4

5

6

concentracion (ppm)

CONCENTRACION DE COBRE EN LA L A MUESTRA: Absorbancia 1 muestra

Absorbancia 2 muestra

Absorbancia 3 muestra

0,023

0,023

0,023

y= mx + b  y= 0,04x + 0,0044  0,023 = 0,04 x + 0,0044 



     

     



 



   



      

   



2,325 ppm

   



  

         

Los electrones de los átomos de cobre en el atomizador fueron promovidos a orbitales más altos por un instante mediante la absorción de una cantidad de energía (es decir, luz de una determinada longitud de onda). Esta cantidad de energía (o longitud de onda) se refiere específicamente a una transición de electrones del cobre en particular. Como la cantidad de energía que se pone en la llama es conocida, y la cantidad restante en el otro lado (el detector) se puede medir, se calculó, a partir de la ley de Beer-Lambert, cuántas de estas transiciones tiene lugar, y así obtener una señal que es proporcional a la concentración del elemento que se mide.

Cálculo de LÍMITE DE DETECCIÓN: Se realizó 3 lecturas sucesivas de la absorbancia del blanco.

Medida Abs.

1

2

3

0.00 -0,001 -0.001 3 [xón-1. blanco] / pendiente = LÍMITE DE DETECCIÓN L.D = (3) * (-0,0006) / 0,04 L.D = -0,045

LIMITE DE CUANTIFICACION; CUANTIFICACION; 10 [xón-1. blanco] / pendiente = LÍMITE DE CUANTIFICACIO C UANTIFICACION N L.C = (10) * (-0,0006) / 0,04 L.C = -0,15

El límite de detección se define como la mínima cantidad de cobre que ha de estar  presente en la muestra (suelo) para poder determinarlo con un cierto grado de credibilidad en los resultados.

CONCLUSIONES Los resultados obtenidos a través de este estudio indican que la pequeña cantidad de suelo analizado requiere grandes cantidades de nutrientes para su desarrollo normal especialmente especialmente potasio, calcio, nitrógeno y magnesio. Por lo tanto, es necesario buscar una fórmula química adecuada de fertilizante que cumpla los requerimientos mínimos de la planta y que contribuya

al mantenimiento de estos en el suelo. Por esta razón, en estudios posteriores se analizará la relación que existe cuando se aplican diferentes fertilizantes en plátano.

BIBLIOGRAFIA [1] British Columbia Ministry of Environment, Lands and Parks (BC MELP). Water Quality Criteria for Copper. 1987. http://bibliotecadigital.sag.gob.cl/documentos/medio_ambiente/criterios_calidad_suelos_agu as_agricolas/pdf_aguas/anexo_A/cobre.pdf 

[2] Guidelines for the Interpretation of the Biological Effects of Selected Constituents in Biota, Water, and Sediment. 1998. http://bibliotecadigital.sag.gob.cl/documentos/medio_ambiente/criterios_calidad_suelos_aguas_  agricolas/pdf_aguas/anexo_A/cobre.pdf 

[3] South African Water Quality Guidelines. 1996 http://bibliotecadigital.sag.gob.cl/docum http://bibliotecadi gital.sag.gob.cl/documentos/medio_ambi entos/medio_ambiente/criterios_ ente/criterios_calidad_suelos_a calidad_suelos_aguas_agrico guas_agrico las/pdf_aguas/anexo_A/cobre.pdf 

[4]Espectrometría de absorción [En línea ]http://www.espect http://www.espectrometria.com/espectr rometria.com/espectrometra_de_abs ometra_de_absorcin_atmica orcin_atmica