DETERMINACION DE CROMO EN CARBÓN SIMPLE, ACERO Y HIERRO DE BAJA ALEACION Y ACERO POR ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION ATOMICA.

Determinación

de cromo en

una aleación metálica

DETERMINACION DE CROMO EN CARBÓN SIMPLE, ACERO  Y HIERRO DE BAJA ALEACION Y ACERO POR ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION ATOMICA.

Un examen cooperativo de procedimientos de absorción atómica para varios elementos en acero mostró un buen ajuste entre los resultados sin incluir aquellos del cromo. Para este elemento, el efecto depresivo del hierro en la llama de acetileno-aire se elimina cuando se utiliza la llama de óxido nitroso-acetileno. Sin embargo, el control de la  composición de la  llama es esencial porque las soluciones de pruebas sintéticas de baja aleación y muestras de vanadio, molibdeno, aluminio y titanio favorecen cada vez más la absorción del cromo aumentando la riqueza del combustible. El cobre, el níquel y el hierro no tienen ningún efecto, pero, en algunos casos el hierro debería ser incluido en las soluciones de calibración. Por lo tanto si se utilizara una llama oxidante los resultados para las muestras estarían de acuerdo con los valores certificados.

Los procedimientos publicados por un laboratorio para determinación de cobalto, cobre níquel, aluminio, plomo, molibdeno, cromo y vanadio en hierro y acero han sido examinados en una base cooperativa por otros nueve laboratorios, con el objetivo de producir métodos estándar.

Cada  laboratorio analizó cinco muestras cuatro veces cada una .Cuando los resultados fueron estadísticamente evaluados, los acuerdos satisfactorios fueron obtenidos para estos metales a excepción del cromo, para el cual se observaron variaciones apreciables entre los distintos laboratorios lo cual podría estar asociado con la variedad de instrumentos usados.

Además las aleaciones de acero mostraron un alta tendencia por el cromo bajo las condiciones de una llama de óxido nitroso-acetileno, aun siendo controlado por la adición del 2% de cloruro amónico a las muestras y estándares. Se prefiere el uso de esta llama, a la llama de acetileno-aire porque el efecto químico depresivo del acero es eliminado en la primera llama más energética, sin embargo, se produce una pequeña pérdida de sensibilidad.

Por otro lado, aquellos que abogan al uso de la llama aire–acetileno, descubren que la absorción de cromo es mucho más rica en combustible, pero que la alta supresión de hierro y níquel es altamente reducida en una llama caliente y oxidante o en una llama poco energética, (en un quemador de 3 ranuras).

En un detallado estudio que culminó en el desarrollo de procedimientos para la determinación de cromo y molibdeno en una gama completa de aceros, Thomerson y Price prefirieron el empleo de la llama de óxido nitroso-acetileno puesto que ninguna interferencia puede superponerse en otra llama. El ácido perclórico, se consideraba el mejor disolvente porque a diferencia del ácido sulfúrico, ácido fosfórico, acido nítrico y ácido clorhídrico no interfieren con él. Es esencial obtener ambos elementos en el mismo estado de oxidación, tanto en la solución de la muestra como en la solución de calibración para conseguir resultados exactos.

 También se descubrió que en una llama de óxido nitroso-acetileno, el hierro activa la absorción del cromo, efecto que aumenta ligeramente con el incremento del contenido en hierro, de ahí que el hierro deba añadirse a las soluciones de calibración y en disoluciones para mantener su constante de concentración. El contenido de hierro en las muestras de acero y soluciones de calibración deben mantenerse a los mismos niveles. El flujo de la llama no fue crítico para el cromo y la sensitividad óptima se obtuvo a una altura de llama entre 0.5 y 1 cm. La altura de observación de 0.5cm se eligió dado que se redujo la ionización del cromo puro y no de dicromato potásico porque el potasio reduce la ionización del cromo en la llama de óxido nitroso-acetileno por lo tanto ofreciendo  bajos resultados. El método utilizado proporcionó un rápido proceso de composición para el análisis de diversos elementos de acero. En un informe, un ejercicio realizado por Sholes muestra la depresión de la absorción del cromo por el acero, níquel y modlideno en una llama de aire-acetileno y una activación negativa en la llama de oxido nitroso-acetileno.

Ottaway y Pradham solucionaron la depresión del acero añadiendo quinolin-8-ol como agente liberador y supresor de interferencias a una solución de acero en una disolución de ácido clorhídrico. No es necesaria una adicción de hierro cuando la concentración de cromo de la mezcla es menos del 1%. El propósito de la investigación es el estudio de la interferencia de otros elementos sobre el cromo utilizando distintas condiciones de llama dentro del método elegido consiguiendo así las condiciones óptimas seleccionadas.

FUNDAMENTO TEORICO DE LA OPCION SELECCIONADA

Principio de medida de absorción atómica

        En espectroscopia de absorción atómica la lámpara que utilizaremos será la de cátodo hueco, cuyo espectro sería:

[pic 1]

        Esta radiación llega a la muestra, a la cámara de atomización. El espectro de absorción que se mediría sería:

[pic 2]

        Tiene que existir coincidencia entre la banda de absorción y la banda de emisión. El monocromador se va a encargar de elegir la zona de emisión más intensa:

[pic 3]

        La disminución que observamos en esta banda de emisión es consecuencia de la absorción de los átomos, que es lo que llega al detector:

[pic 4]

        Esto es lo que denominamos espectro de absorción y se asocia a los átomos con los que estamos trabajando.

En nuestro caso vamos a utilizar una lámpara de cátodo hueco de cromo.

Fuentes de radiación

        Nos interesa seleccionar una zona del espectro tan pequeña como el espectro de absorción del átomo. Pero para ello el selector tendría que separar las longitudes de onda en función de Amstrongs. Sin embargo, no existen monocromadores capaces de seleccionar bandas tan estrechas. Por tanto, no usaremos lámparas de espectro continuo sino que recurriremos a las lámparas de cátodo hueco y a las lámparas de descarga sin electrodos.

        Las lámparas de cátodo hueco generan el espectro de emisión del propio elemento a determinar. Así, si queremos determinar el espectro del hierro usaremos una lámpara que genere el espectro de emisión de hierro, con el fin de que coincida con el espectro de absorción de nuestro átomo. Así, este espectro discontinuo me permite tener anchos de bandas de la misma anchura que las bandas del espectro de absorción:

[pic 5]

        Estas lámparas están formadas por dos electrodos, el cátodo de construye a partir del elemento del cual queremos generar su espectro de emisión atómica. Por otro lado, el interior estará constituido por un gas noble a baja presión (Ne, Ar). La diferencia de potencial que se establezca en la lámpara, en primer lugar va a ionizar el gas noble del interior de la lámpara. Como el cátodo, construido con el metal del espectro, es el polo negativo, va a atraer hacia el hueco los cationes de gas noble. Esta atracción genera una energía cinética suficiente para arrancar de la superficie del cátodo átomos, los cuales, además de ser arrancados serán excitados (sólo se arrancan pocos átomos).

        Por tanto, en el interior de la lámpara estamos obteniendo un vapor atómico excitado. Los átomos excitados volverán a su estado fundamental emitiendo el espectro correspondiente:

[pic 6]

        Por la lámpara, va a salir una serie de líneas correspondiente al átomo que estemos estudiando. Este hecho implica tener una lámpara para cada elemento.

        Otro tipo de lámparas son las lámparas multielementos, las cuales tienen el cátodo construido con una mezcla de elementos, con una aleación. Estas lámparas tienen los límites de que la aleación sea posible (que no haya incompatibilidad entre los distintos metales que la compongan) y que los espectros de emisión de los distintos metales sean lo suficientemente diferentes.

        Las desventajas de las lámparas monoelementos, es que suponen una inversión inicial cara. Sin embargo, debemos tener en cuenta que cada uso supone un desgasto. Cuando usamos una lámpara múltiple, no sólo se gastará para el elemento buscado son para todos los elementos que constituyen el cátodo.

Procesos de atomización con llama

        Mediante energía calorífica, elevando, la temperatura considerablemente, ya hemos dicho que podemos conseguir la atomización. Esta energía calorífica la podemos obtener por medio de una simple llama. El esquema de este proceso de atomización sería:

[pic 7]

La muestra, en primer lugar, debe estar en contacto con la llama, por lo que debemos transportarla. Generalmente, la muestra va a estar en disolución, en el caso de la atomización por llama siempre estará en este estado. Por tanto, la disolución va a ser absorbida por un capilar gracias al efecto Venturi. Al llevarse a cabo esta aspiración, la disolución se juntará en un punto con el gas oxidante y el combustible, dando lugar a un aerosol.

        La muestra, en forma de aerosol llega a la llama, a una zona muy caliente en la cual se va a producir la atomización siguiendo distintas etapas. En primer lugar, se evaporará el disolvente de la disolución, quedando un aerosol del tipo sólido-gas. Si la temperatura es suficientemente elevada como para alcanzar el punto de fusión del sólido, pasaremos a un aerosol líquido-gas. Esta temperatura puede ser aún lo suficientemente elevada como para vaporizarla muestra (supera la temperatura de ebullición). Sin embargo, hasta ahora seguimos teniendo la molécula tal cual, sólo ha ido pasando de estado. Por tanto, la temperatura deberá ser más elevada de manera que se supere la energía necesaria para romper los enlaces de la molécula. En este momento es cuando tiene lugar la atomización.

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