Autores: María José Goncalves, Daniela Maspero / Unidad de Química y Ambiente. Centro de Tecnología de Materiales (CTM). FIIIDT.
Resumen
La calidad es importante en química analítica tanto en los procesos que se realizan en los laboratorios como en los resultados obtenidos. Una de las etapas que más variabilidad se introduce en el proceso analítico es la preparación de la muestra.
En la nota que a continuación se presenta se hará una breve reseña de las diferentes metodologías empleadas para el tratamiento de muestras. El principal objetivo de las digestiones es hacer el analito accesible al análisis, a una concentración adecuada y eliminando las posibles interferencias.
Dependiendo de si el analito a determinar es orgánico o inorgánico se utilizan diferentes procesos. La nota técnica estará enfocada en las metodologías que se utilizan para la determinación de analitos inorgánicos, contando con los insumos y equipos de la Unidad de Química y Ambiente del Centro de Tecnología de Materiales de la FIIIDT. Así mismo se detallan las aplicaciones de los distintos procedimientos en diferentes tipos de muestra.
Introducción
En los laboratorios de nuestra institución se realizan caracterizaciones de muestras en fase liquida y sólida. Antes de iniciar el proceso de digestión las muestras son tratadas siguiendo protocolos de muestreo, toma de muestra y según sea el caso procedimientos de limpieza (aleaciones ferrosas y no ferrosas, por ejemplo).
A continuación, se enumeran los tipos de tratamientos de muestra frecuentemente utilizados:
1.- Digestión en plancha
2.- Digestión en horno microondas
3.- Digestión por fusión
Digestión en plancha
La digestión en sistemas abiertos se basa fundamentalmente en el calentamiento de la muestra en soluciones ácidas o básicas mediante calor conductivo bien sea con un mechero Bunsen, plancha de calentamiento u horno. Entre las limitaciones de este método se pueden mencionar el tiempo requerido de digestión (desde horas a días) para lograr la descomposición total o parcial de la muestra. La segunda limitación es el punto de ebullición de la solución.
En las digestiones en sistema abierto, en este caso por calentamiento en plancha, las muestras generalmente son tratadas con ácidos inorgánicos (clorhídrico, nítrico, perclórico, sulfúrico y fosfórico), soluciones básicas (hidróxido de sodio) así como una serie de reactivos inorgánicos y orgánicos. La selección de los reactivos de digestión, así como la temperatura dependerá del tipo de muestra y de los analitos a ser determinados. Las digestiones en sistema abierto son utilizadas mayormente en el tratamiento de aleaciones ferrosas y no ferrosas, para la caracterización química de aceros inoxidables, aceros al carbón, fundiciones, aluminios, bronces y aleaciones base níquel entre otras.
Los analitos que pueden ser cuantificados bajo este procedimiento son los siguientes: hierro, manganeso, cobre, estaño, plomo, cromo, níquel, molibdeno, etc.
Digestión en horno microondas
En la digestión en Horno Microondas, una determinada cantidad de muestra y ácidos se colocan en envases de teflón, estos se cierran herméticamente y el tratamiento se realiza bajo ciertas condiciones de presión, temperatura, tiempo y potencia. Estas condiciones permiten tratamientos de digestión de corta duración, los cuales frecuentemente son menos de una (1) hora. Los ácidos más utilizados son el nítrico, clorhídrico, fluorhídrico, bórico y combinación de estos. En un proceso de calentamiento por microondas la radiación incide directamente en las moléculas de la muestra contenida en el recipiente (por ejemplo, una solución acuosa) produciéndose un calentamiento interno que conduce al aumento de temperatura.
Esta digestión se aplica para el tratamiento de aceros, aleaciones de aluminio, fundiciones, aguas y muestras minerales como arcillas, cementos, alúminas, lateritas, silicatos, sedimentos, etc. Los analitos que pueden ser determinados bajo este procedimiento son los siguientes: cromo, níquel, manganeso, molibdeno, silicio, sodio, potasio, calcio, magnesio, hierro, aluminio, titanio, mercurio, arsénico, selenio, plomo, etc. Por ser una digestión cerrada no hay perdidas de elementos normalmente volátiles (por ejemplo, mercurio) bajo condiciones de otros métodos de tratamiento.
Digestión por fusión
La digestión por fusión se utiliza cuando la muestra no puede ser disuelta por los tratamientos en plancha o en horno microonda. La fusión consiste en mezclar una cierta cantidad de muestra y fundente en un crisol, y calentar a una determinada temperatura. Generalmente se realizan fusiones entre 300 y 1000°C por 1 a 2 horas de duración, dependiendo de la naturaleza de la muestra. Luego el fundido es enfriado y disuelto en ácidos diluidos. Entre los fundentes se pueden mencionar el metaborato o carbonato de litio, mezcla de carbonato de sodio y bórax, hidróxido de sodio, pirosulfato de potasio, entre otros. Los crisoles pueden ser de platino, circonio, grafito o de otros materiales. El tipo de crisol que se utilice depende del fundente con que se vaya a realizar la fusión; por ejemplo, para la mezcla de carbonato de sodio y bórax se tiene que utilizar crisol de platino, para el hidróxido de sodio se utiliza crisol de circonio.
Mediante este tipo de digestión se puede realizar el tratamiento de muestras minerales como las mencionadas en el punto de digestión con horno microondas, para cuantificar silicio, potasio, calcio, magnesio, hierro, aluminio y titanio. El sodio se puede determinar, pero dependiendo del fundente utilizado.
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