Estrategia de prompts, primeras ideas para su construcción
Espectroscopia de emision I
1. UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS
LABORATORIO DE QUIMICA ANALITICA INSTRUMENTAL II
Práctica #1
1. TÍTULO: ESPECTROSCOPIA DE EMISIÓN I
1.1 OBJETIVOS:
Examinar y operar el espectroscopio de Bunsen.
Observar espectros continuos y espectros de líneas.
Manejar tablas de información espectroscópica.
Conocer y manejar un espectrofotómetro de emisión
Analizar la concentración de K en varias muestras.
1.2 TEORÍA
1.2.1 Fundamento
Los elementos químicos tienen la propiedad de emitir espectros de líneas características
cuando se someten a diferentes formas de excitación (llama, arco, chispa, descarga).
Estas líneas de emisión son útiles para fines analíticos ya que a medida que aumenta la
concentración de dichos elementos, la intensidad de sus líneas de emisión también
aumenta, por lo tanto podemos construir curvas de calibración para estos elementos como
E vs C.
1.2.2 Consulta
Fundamento de la emisión atómica
Los átomos al ser excitados por una fuente de energía de alta temperaturapasan a niveles
de energía altos y pueden caer a niveles menores emitiendo radiación, esta emisión de luz
es comúnmente llamada emisión atómica u óptica (espectroscopia de emisión atómica)
(Scribd.com, 2009).
1 Emisión atómica (González Pérez)
La espectroscopia de emisión atómica (AES) utiliza la medición cuantitativa de la emisión
óptica deátomos excitados para determinar la concentración de la sustancia analizable.
Los átomos del analíto enla solución son aspirados en la región de excitación donde son
disueltos, vaporizados y atomizados por una llama, descarga o plasma. Estas fuentes de
atomización a altas temperaturas proveen energíasuficiente para promover los átomos a
niveles de energía altos. Los átomos vuelven a niveles más bajoemitiendo luz(Scribd.com, 2009).
La espectroscopia de emisión por llama (FES), se aplica en el análisis cuantitativo y
cualitativo elemental de metales y metaloides, en especial en la determinación de sodio,
potasio, litio y calcio en fluidos biológicos y tejidos(Scribd.com, 2009).
2. Espectros de bandas, continuos y discretos
Espectros de bandas
Estos espectros presentan bandas aisladas separadas por regiones de oscuridad, no son
continuas, sino que están formadas por líneas muy juntas que pueden resolverse por
espectroscopia de alta resolución.
Los espectros de bandas están asociados a las rotaciones y vibraciones de las moléculas,
que se excitan al absorber la radiación electromagnética en determinados intervalos de
longitud de onda.
Los espectros de bandas son característicos de moléculas aisladas, tanto en fase gaseosa
como en disolución(González Arias).
Espectros continuos
Un especio continuo se caracteriza por:
Una emisión ininterrumpida en una región de longitudes de onda considerable.
La ausencia de líneas agudas o de bandas discretas.
Los espectros continuos son emitidos por sólidos incandescentes, que emiten radiación de
cuerpo negro (emisión de luz visible cuando la temperatura de un metal o de una cerámica
se eleva por encima de los 800 °C) la cual depende principalmente de la temperatura y no
de la composición química del emisor.
Un cuerpo negro es un cuerpo imaginario capaz de absorber toda la radiación incidente.
Por consiguiente, un espectro continuo no es útil para el análisis espectroquímico y se
elimina por volatilización de la muestra antes de la excitación.(Olsen, 1999, pág. 261).
No obstante, a pesar de ser continuo, la distribución de intensidades usualmente varía de
una fuente a otra.
Los espectros continuos se originan por la interacción interatómica causada por la alta
temperatura, que origina radiación en todas las frecuencias(González Arias).
Espectros discretos
Cuando se refiere a un espectro discreto,esto quiere decir que está formado de varios
puntos separados en lugar de una forma continua.
El espectro está compuesto por líneas de emisión o líneas espectrales, cada línea se
produce cuando un electrón cambia de órbita. Si absorbe un fotón, se hace más energético
y salta a un nivel superior (y tenemos una línea de absorción) y cuando vuelve al reposo,
desciende a un nivel inferior y emite un fotón (y tendremos líneas de emisión).(Nebrija, 2005,
pág. 13 y17)
Tipos de compuestos químicos que forman las diferentes clases de espectros
Espectros continuos: emitido por sólidos y líquidos incandescentes. También con los
líquidos y sólidos, cuyos átomos están muy próximos entre sí.
Ejemplo:
3. El espectro de la luz solar contiene una gama continua de longitudes de onda, su espectro
es continuo(Nebrija, 2005).
Espectros discretos: emitido por fuentes con únicamente elementos químicos puros,
gases y elementos individuales.
Ejemplo:
El espectro de un átomo de Hidrógeno en estado gaseoso(Nebrija, 2005).
Valores normales de los principales cationes en el agua potable
Limitaciones de las mediciones cuantitativas por fotometría de emisión de llama
1. El equipo es relativamente caro y en especial los instrumentos grandes que
serequieren en análisis de elementos pesados o muestras muy complejas.
2. La precisión y la exactitud están limitadas a un 5%, por lo que, a menudo, latécnica
resulta no competitiva con otros métodos.
3. La muestra (aunque muy pequeña) se destruye durante el proceso analítico.
4. El método se limita al análisis de elementos(Olsen, 1999).
1.3 METODOLOGÍA
1 .3.1 Materiales y reactivos
Espectroscopio de Bunsen
Espectrofotómetro de emisión
atómica (Flapho 4 óPerkinElmer
AA200)
Lámpara de sodio
Lámpara de Tungsteno
Lámpara fluorescente
Soluciones de metales (Sr, Li, K, Ba,
Ca).
Soluciones patrón de Na y K
Agua tipo I
Balones volumétricos
Tubos Nessler
1.3.2 Procedimiento
4. Parte A
Observar el espectroscopio de Bunsen, examinar sus partes y su funcionamiento.
Encender de la lámpara de sodio y situarla frente a la rendija de entrada del
espectroscopio. Buscar la línea amarilla intensa que debe encontrarse alrededor de los
590nm. Ubicar la línea en el centro del ocular y determinar si en la escala de
longitudes de onda, se marcan los 589nm, si no coincide la longitud de onda entonces
el aparato se halla descalibrado y es necesario volverlo a calibrar según indicaciones.
Encender la lámpara de tungsteno y colocarla justo frente a la rendija de entrada del
espectroscopio. Observar y anotar las longitudes de onda de los diferentes colores que
forman la luz blanca. Hacer un gráfico. Observar con la lámpara de mercurio en la
rendija lateral.
Encender la lámpara fluorescente y ubicarla frente a la rendija de entrada, observar y
anotar.
Introducir las diferentes soluciones en el quemador del fotómetro de llama y observar
laintensidad de las líneas de emisión del elemento químico.
Parte B
Soluciones stock: A partir de reactivos KCI químicamente puros, preparar
soluciones de 1000 ppm K (para todas éstas soluciones utilizar agua tipo I)
A partir de la solución stock preparar las soluciones de la siguiente tabla:
Tabla 1-1 Soluciones estándar de cloruro de sodio y cloruro de potasio.
K (ppm) Na (ppm)
0,00 0.00
0,50 0.20
0,75 0.40
1.00 0.60
1.50 0.80
2.00 1.00
Leer el porcentaje de Emisión, de cada estándar según indicaciones del ayudante y
posteriormente leer los valores de emisión de cada muestra.
Muestras a analizar:
Agua envasada
Marca Uniagua
Con los valores de emisión obtenidos para los estándares preparar una curva de
calibración (%E vs C) e interpolar el valor de las muestras.
Tabla 1-2 Preparación de la curva de calibración para el K+ y Na+.
V1 (ml) V2 (ml) K+ (ppm)
0.0 100 0.00
1.0 100 0.50
1.5 100 0.75
2.0 100 1.00
3.0 100 1.50
5. 4.0 100 2.00
Tabla 1-3 Preparación de la curva de calibración para el Na.
V1(ml) V2 (ml) Na+ (ppm)
0 50 0.0
2 50 0.2
4 50 0.4
6 50 0.6
8 50 0.8
10 50 1.0
1.4 TABLAS DE DATOS
1.4.1 Espectro continúo de una lámpara de tungsteno
1.4.2 Espectro de líneas emitido por una lámpara de sodio.
Longitud de onda Color de la línea Intensidad (débil, media, intensa)
589 Amarilla Débil
568 Verde Débil
COLOR Rangodeλaprox.
Rojo 740
Anaranjado 625
Amarillo 590
Verde 565
Azul 500
Violeta 435
6. 1.4.3 Espectro de una lámpara fluorescente
Longitud de onda A Color de línea Intensidad (débil, media, intensa
583 Blanca Media
581 Blanca Amarilla Media
549
Verde
Fosforescente
Media
437 Azul Media
1.4.4Espectro de una lámpara de Mercurio
Longitud de onda Color de la línea Intensidad (débil, media, intensa)
404.7 Violeta Media
435.8 Azul Intensa
546.1 Verde Intensa
579 Amarillo Débil
1.4.5 Espectro de las líneas de varios elementos químicos
7. Tabla 1-3 Valores de tablas de emisión de soluciones estándar de KCl.
St
Concentración
(ppm)
Emisión
(leída)
Emisión
(ajustada)
0 0.0 31 -1034.21
1 0.5 4524 5735.73
2 0.75 8360 9120.69
3 1.00 13534 12505.66
4 1.50 18495 19275.60
5 2.00 26705 26045.53
Muestra 0.096
K+ λ = 766.5 nm
Tabla 1-3 Valores de tablas de emisión de soluciones estándar de NaCl.
8. St
Concentración
(ppm)
Emisión
(leída)
Emisión
(ajustada)
0 0.0 139 2022.28
1 0.2 9901 7869.16
2 0.4 13863 13716.05
3 0.8 26258 25409.81
4 1.0 30113 31256.70
Muestra 6824
Na+ λ = 589.6 nm
1.5 CÁLCULO Y RESULTADOS:
Solución patrón (500 ppm K+) diluida en agua:
Solución patrón (500 ppm Na+) diluida en agua:
Pesar 0.0954 gKCL 100 ml
5 ml 50 ml
C = 500 ppm K+
C= 50 ppm K+
Pesar 0.1272 gNaCL 100 ml
5 ml 50 ml
C = 500 ppm Na+
C= 50 ppm Na+
5 ml 50 ml C= 5 ppm Na +
9. Preparación de Estándares
V1= (0.50ppm*100ml)/50ppm =1.0ml
V1= (0.75ppm*100ml)/50ppm =1.5 ml
V1= (1.00ppm*100ml)/50ppm = 2.0ml
V1= (1.50ppm*100ml)/50ppm = 3.0ml
V1= (2.00ppm*100ml)/50ppm = 4.0ml
St V1 (ml) V2 (ml) K+ (ppm)
0 0.0 100 0.00
1 1.0 100 0.50
2 1.5 100 0.75
3 2.0 100 1.00
4 3.0 100 1.50
5 4.0 100 2.00
St V1(ml) V2 (ml) Na+ (ppm)
0 0 50 0.0
1 2 50 0.2
2 4 50 0.4
3 6 50 0.6
4 8 50 0.8
5 10 50 1.0
Ajuste de los datos experimentales obtenidos a rectas del tipo
y = a + bx
Para el K+:
St
Concentración
(ppm)
Emisión
(leída)
0 0.0 31
1 0.5 4524
2 0.75 8360
3 1.00 13534
4 1.50 18495
5 2.00 26705
Muestra 0.096 265.62
10. a= Intersección
con el eje -1034.208163
b=Pendiente 13539.86939
r=Coef de
relación 0.98883378
Curva de Calibración para el K+:
Concentración de la muestra: 0.096 mg/L
Factor de dilución de la muestra Agua Uniagua ; Dilución 5:50
C = 0.96 mg/L
Partes por millón de Potasio
Porcentaje de Potasio
meq/10ml de potasio
y = 13540x - 1034.
R² = 0.988
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Señal
Concentración
Señal vs Conc
Señal vs Conc
Señal vs Conc
12. meq/10ml de K2SO4
Curva de Calibración para el Na+:
St
Concentración
(ppm)
Emisión
(leída)
0 0.0 139
1 0.2 9901
2 0.4 13863
3 0.8 26258
4 1.0 30113
Muestra 0.16 6824
a= Intersección
con el eje 2022.27907
b=Pendiente 29234.4186
r=Coef de
relación 0.98373136
Concentración de la muestra: 0.16 mg/L
Factor de dilución de la muestra Agua Uniagua ; Dilución 5:50 por dos
disoluciones
C = 3.2 mg/L
y = 29234x + 2022.
R² = 0.983
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Señal
Comcentración
Señal vs Conc.
Señal vs Conc.
Señal vs Conc.
14. LC=0.9801 ppm K
Para el sodio
Y Ycorregido (ni-nc) (ni-nc)^2
139 2022.28 -1883.28 3546743.56
9901 7869.16 2031.84 4128373.79
13863 13716.05 146.95 21594.3025
26258 25409.81 848.19 719426.276
30113 31256.70 -1143.7 13080449.69
SUMA 9724187.61
Desviación 1800.3877
LC 0.61584522
LD 0,18475357
Límite de detección
LD=0.1847 ppm Na
Límite de cuantificación
LC=0.6158 ppm Na
1.5 CUESTIONARIO:
1. Consulte las tablas de emisión e incluya el cuadro con las líneas de emisión
más intensas de los elementos analizados
15. Potasio
2. Haga un diagrama con los niveles orbitales de sodio que explique el origen de
sus principales líneas de emisión
3. ¿Para cuál de los dos elementos es el mejor método y por qué?
Para el sodio porque tiene concentraciones más altas y es mucho más detectable
en comparación con el potasio.
16. 1.6 DISCUSIONES:
El límite de detección fue de 0.2940 K+, es la mínima concentración de K+ que
pudo ser detectada por el equipo de emisión atómica, de igual forma el límite de
detección para el sodio fue de 0.1847 Na+.
El límite de cuantificación fue de K+, es la cantidad más pequeña de
K+ presente en los estándares preparados que fue determinada cuantitativamente
con exactitud por el método de emisión atómica, de igual forma el límite de
cuantificación para el sodio fue de 0.6158 Na+.
Si se pudo realizar la cuantificación de K+ debido a que el LC es mayor al LD.
En la práctica se requería obtener concentraciones pequeñas (0.5; 0.75; 1.0, 1.5y
2.0) para ello se partió de una solución madre de 500ppmK+, de la cual se realizó
una dilución 5:50 obteniéndose una solución de 50ppm K+, con la cual se
prepararon los estándares necesarios para la curva de calibración.
A diferencia que en la preparación del sodio se realizó dos disoluciones 5:50
obteniéndose una solución de 5 ppm Na+, para preparar los estándares del sodio.
El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de
las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado
gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento
es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un
compuesto desconocido.
1.7 CONCLUSIONES:
En el espectroscopio original de Bunsen, un primer objetivo conduce luz emitida
por la llama del mechero "Bunsen" hasta un prisma, que produce la separación de
los diversos colores. Un brazo, situado después del prisma, contiene una escala
graduada sobre vidrio, colocada de forma que su imagen se refleja sobre una de las
caras del prisma y se dirige hacia otro objetivo. Gracias a este diseño, el
observador puede contemplar a través del tercer objetivo dos imágenes
superpuestas: la de la escala graduada y la procedente de la muestra con las líneas
espectrales.
Para analizar dichas líneas se calibra el instrumento mediante líneas producidas
por algunas sustancias cuyo espectro es conocido, en este caso utilizamos el sodio
ya que muestra que cada átomo produce un espectro de emisión y otro de
absorción, que son característicos y discontinuos.
En el análisis de la lámpara de sodio, con el espectroscopio de Bunsen se observó
dos bandas una de color amarillo muy fuertes y claras.
En el análisis de la lámpara de mercurio, con el espectroscopio de Bunsen se
observó cuatro bandas de coloración, blanca, amarilla, verde fosforescente y roja,
con una intensidad media.
En el análisis de la lámpara fluorescente, con el espectroscopio de Bunsen se
observó seis bandas de coloración, blanca amarillenta, amarilla, verde
fosforescente, verde azulado, celeste, y roja, con una intensidad media.
Tanto en la lámpara de sodio, lámpara fluorescente como en la de mercurio se
observaron espectros de líneas muy claras.
En la espectroscopia de emisión, son los electrones de valencia de los elementos
los que se excitan, para dar lugar a espectros atómicos formados por picos bien
definidos y estrechos, empleándose como líneas analíticas las líneas últimas o de
referencia.
Existen varias fuentes de excitación utilizadas en la espectroscopia de emisión
atómica entre ellas se encuentran: la llama, el arco eléctrico de corriente alterna
(c-a), el arco eléctrico de corriente directa (c-d), y la chispa eléctrica. Cada uno
17. tiene ventajas y aplicaciones especiales. Sin embargo, la función de cada unidad de
excitación es que la muestra se vaporice y excitar los electrones en los átomos
vaporizados a niveles de energía superiores.
Un espectro de emisión atómica es generado cuando se produce una excitación en
un sistema atómico y/o molecular, ya que el sistema puede emitir radiación al
decaer desde los estados más excitados hasta los de más baja energía.
El coeficiente de correlación mide el grado de intensidad de la relación entre las
variables, este coeficiente se aplica cuando la relación que puede existir entre las
variables es lineal, así nuestra curva de calibración para el potasio tiene un
coeficiente de correlación de 0.9888 y para el sodio el coeficiente de correlación
es de 0.9837, es decir que tienen una correlación positiva fuerte y directa, que no
afecta mucho en los cálculos, pero si se ve una ligera variación en estos.
Con los datos experimentales se obtuvieron los siguientes resultados:
Uniagua
(F.D.=10)
ppm K+ 0.96
Uniagua
(F.D.=20)
ppm Na+ 3.20
1.8 BIBLIOGRAFIA:
1) González Arias, A. (s.f.). Dpto. Física Aplicada, UH. Recuperado el 19 de Marzo de
2013, de Dpto. Física Aplicada, UH:
http://www.fisica.uh.cu/bibvirtual/fisica_aplicada/fisica1y2/fisica2/pdf/cap8.pdf
2) González Pérez, C. (s.f.). Métodos atómicos de emisión. Recuperado el 18 de Marzo
de 2013, de Métodos atómicos de emisión: http://ocw.usal.es/ciencias-
experimentales/analisis-aplicado-a-la-ingenieria-
quimica/contenidos/course_files/Tema_6.pdf
3) Nebrija, e. (2005). Física Aplicada. Recuperado el 19 de Marzo de 2013, de Física
Aplicada: http://www.nebrija.es/~cmalagon/Fisica_Aplicada/transparencias/05-
Luz/17_-_luz.pdf
4) Olsen, E. D. (1999). Métodos Óptinos de Análisis. En E. D. Olsen, Métodos Óptinos de
Análisis (pág. 261). Barcelona: REVERTÉ S.A.
5) Scribd.com. (16 de Agosto de 2009). Recuperado el 18 de Marzo de 2013, de
Scribd.com: http://es.scribd.com/doc/18665768/ESPECTROSCOPIA-DE-EMISION
6) Schrenk, W.G. Applied Spectroscopy. 40 (1), XIX, 1986.
7) Slavin, M. Atomic Absorption Spectroscopy. John Wiley & Sons, New York. 1978.
8) Van Loon, J.C. Analytical Atomic Absorption Spectroscopy. Academic Press, New
York. 1980.
9) Welz, B. Atom-Absorptions Spektroskopie. VerlagChemie, Weinheim. 1983.
