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TURBIDIMETRA

INTRODUCCIN

Cuando la radiacin electromagntica interacta con la materia adems de la absorcin y

emisin de radiacin pueden presentarse otros procesos, siendo uno de los ms importantesla dispersin de la radiacin electromagntica, la cual puede clasificarse en dos tipos: (1)

dispersin elstica, donde la radiacin dispersada tiene la misma energa que la radiacin

incidente; y (2) dispersin no elstica, donde la radiacin dispersada puede tener mayor omenor energa que la radiacin incidente. Ambos procesos tienen muchas aplicaciones

analticas.

Los mtodos de dispersin elstica se han utilizado desde hace tiempo en los anlisis porturbidimetra y nefelometra para determinar la concentracin de partculas en una

suspensin. En los mtodos turbidimetricos se mide la disminucin en la radiacin

transmitida que resulta de la dispersin de la luz por partculas. En los mtodos

nefelomtricos se mide directamente la intensidad de la radiacin dispersada.

DISPERSIN DE RADIACIN

La dispersin de la radiacin electromagntica es la base de la nefelometra y laturbidimetra. Cuando un haz de radiacin electromagntica incide sobre una pequea

partcula, sta experimentar una perturbacin intensa ocasionada por los campos

magnticos y elctricos oscilantes de la radiacin. En efecto mientras esta pasando laradiacin, la partcula se encuentra en un fuerte campo, cuya polaridad se alterna con la

frecuencia de la radiacin. Si la partcula es polarizable o sea, si las cargas dentro de ella

pueden separarse bajo la influencia del campo, las cargas inducidas en la partcula tambin

oscilarn cuando el campo cambie de polaridad. Este efecto se ilustra en la Fig. 1., en lacual se muestra una pequea partcula que tiene un dipolo inducido oscilante originado por

una onda electromagntica que est pasando.

El dipolo inducido oscilante en la pequea partcula produce un campo propio que oscila a

la misma longitud de onda o frecuencia que la radiacin incidente (misma energa). Este

campo producido por el dipolo oscilante acta como una fuente de radiacin propia, as

que radiacin de la misma longitud de onda es emitida en todas direcciones a partir de lapartcula (radiacin secundaria), esta es una radiacin dispersa y tal efecto se denominadispersin Rayleigh (elstica).

Aunque este tipo de radiacin secundaria tambin puede utilizarse para explicar la

reflexin y la refraccin de la luz, el criterio necesario para el trmino dispersin es que laspartculas tengan dimensiones de aproximadamente el mismo orden de magnitud o menor

que la longitud de onda de la radiacin incidente y que las partculas estn distribuidas enun medio de ndice de refraccin diferente al propio. Para partculas ms grandes (mayores

que 2), el anlisis ondulatorio demuestra que solo ocurre reflexin y refraccin.

La tabla 1 indica aproximadamente el tamao de partcula que produce dispersin en varias

regiones del espectro electromagntico.


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Tabla 1. Partculas que producen dispersin en regiones de diferentes longitudes deonda.

Radiacin incidente.

Regin espectral Mximo tamao Tipo de agregado(m) (m)

10 Infrarrojo 15 Grandes partculas coloidales

0,5 Visible 0,75 Partculas coloidales, macromolculas

0,001 Rayos X 0,002 Pequeas molculas, tomos

Todas las formas de la materia pueden originar dispersin de la luz. Por ejemplo, la

dispersin de la luz por los gases es observada en el aire y ello explica el color azul delcielo. La dispersin de la luz tambin ocurre en lquidos y slidos puros, pero su aplicacin

analtica ms importante es, la dispersin en soluciones de macromolculas o en partculas

suspendidas.

NEFELOMETRIA Y TURBIDIMETRIA

Se denomina turbidez a la propiedad ptica de una muestra que hace que la radiacin

incidente sea dispersada y absorbida ms que transmitida en lnea recta a travs de la

muestra y es ocasionada por la presencia de materia suspendida en un lquido.

Hay dos mtodos para medir la turbidez de una muestra: la turbidimetra y la nefelometra,ambas permiten determinar la cantidad de material slido en una suspensin coloidal

(aquella en la cual el tamao de partcula est comprendido entre 1 y 103

nonamtros) . Las

dos tcnicas difieren nicamente en la forma de medir la radiacin; la medicin de laintensidad de la luz trasmitida como una funcin de la concentracin de la fases dispersa es

la base del anlisis turbidimtrico mientras que, la medida de la intensidad de la luz

dispersada en ngulo recto con respecto a la radiacin incidente es la base del anlisisnefelometrico (del griego nefelo = nube), en resumen la diferencia est en el ngulo de

medida de la radiacin.

En los anlisis qumicos por turbidimetra o nefelometra bajo condiciones favorables se

obtiene precisiones comparables a los mtodos colorimtricos al igual que una altasensibilidad.

Debido a la diferencia en el ngulo de medida, la turbidimetra es ms adecuada para

determinar concentraciones relativamente altas de partculas suspendidas, mientras que la

nefelometra es ms adecuada para determinar concentraciones muy bajas (suspensionesmuy diluidas). Por ejemplo, si una determinada suspensin no produce una fuerte

dispersin, la transmitancia estar alrededor del 95 al 98%, y la turbidimetra no puede

utilizarse puesto que tendra que hacerse una comparacin entre dos grandes cantidades deaproximadamente el mismo valor. En ese caso, la nefelometra ser mucho ms sensible y


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precisa, puesto que la pequea cantidad de luz dispersada sera medida contra un fondo

negro. Por otra parte, para suspensiones ms densas la turbidimetra es el mtodo de

eleccin puesto que ella puede medir exactamente pequeos cambios en la intensidad de laluz trasmitida cuando la intensidad absoluta es relativamente baja, mientras que las medidas

nefelomtricas bajo estas condiciones experimentan efectos de interferencias que tienden a

saturar la curva de respuesta.

VARIABLES QUE AFECTAN LAS MEDIDAS DE LA RADIACIN

La cantidad de radiacin trasmitida o dispersada de la radiacin incidente depende de:

1. La concentracin de partculas (concentracin de la fase dispersa).2. La relacin de ndices de refraccin de las partculas y el medio en el que se

encuentran.

3. El tamao y forma de las partculas.4. La longitud de onda de la luz incidente.

Obviamente debe haber una diferencia de ndices de refraccin entre la partcula y su medio

ambiente si va a ocurrir reflexin o dispersin. La geometra de las partculas y la longitudde onda son variables particularmente importantes que se deben entender claramente y

merecen una descripcin ms detallada.

Geometra de las partculas

La variable ms crtica para el xito del anlisis nefelomtrico o turbidimtrico es el control

del tamao y la forma de las partculas, las cuales en una suspensin raramente son detamao uniforme. Por lo tanto, es extremadamente importante que todas las muestras y

patrones de calibracin tengan la misma distribucin de partculas pequeas, medianas y

grandes. Esto, a su vez requiere que las muestras y los estndares sean preparados bajocondiciones idnticas, lo que frecuentemente no es una tarea fcil.

Las siguientes condiciones deben controlarse cuidadosamente con el objetivo de preparar

suspensiones razonablemente uniformes.1. La concentracin de los dos iones que se mezclan para producir el precipitado, as

como las relaciones de las concentraciones de las soluciones.

2. La manera, el orden, el tiempo y la velocidad de mezcla.3. Las cantidades de otras sales y sustancias presentes.4. El tiempo permitido para el crecimiento de las partculas.5. El pH.6. La temperatura.

Las variaciones en el crecimiento de las partculas es la causa ms frecuente de error en la

nefelometra y la turbidimetra. Generalmente se aaden surfactantes o agentes tensoactivos

a las soluciones precipitantes para estabilizar el estado coloidal y evitar el crecimiento degrandes partculas debido a la aglomeracin. Glicerol, gelatina y dextrina son las sustancias

ms utilizadas para realizar la funcin descrita anteriormente, ellos funcionan como


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protectores de coloides siendo adsorbidos sobre la superficie de las partculas,

interrumpiendo el crecimiento de las mismas y estabilizando su tamao.

Concentracin de la fase dispersa.

Como se indico en la introduccin, la radiacin dispersada por una suspensin proporcionaun mtodo analtico til. La cantidad de materia slido suspendido en una suspensin

coloidal puede determinarse midiendo ya sea la luz trasmitida (turbidimetra) o la luz

dispersada (nefelometra).La eleccin entre esta tcnicas no es crtica. El anlisis nefelomtrico es ms sensible para

suspensiones diluidas pero para suspensiones moderadamente densas o concentraciones

relativamente altas de las partculas suspendidas, la turbidimetra es ms adecuada.La turbidez o nubosidad producida por una suspensin est determinada aproximadamente

por la siguiente ecuacin:

donde

d

bcdKPPoS ),1(/log

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S = turbidez (o poder de dispersin), anloga a la absorbancia.

Po = intensidad de la radiacin incidente

P = intensidad de la radiacin trasmitida

b = espesor de la celda en la que se encuentra la muestra

d = dimetro promedio de las partculas

= longitud de onda de la radiacin incidente

K1

= constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza de la suspensin y elmtodo de medicin

= constante que depende nicamente del mtodo de anlisis

Esta ecuacin aproximada se cumple estrictamente en suspensiones muy diluidas. El hecho

que la turbidez tenga una relacin inversa con la cuarta potencia de la longitud de onda

explica el hecho familiar que la luz azul es dispersada ms fuertemente que la roja y por lotanto para que el anlisis sea ms sensible en la regin visible del espectro

electromagntico debe realizarse preferiblemente a la longitud de onda de la luz azul (420

nm).Para cierta suspensin medida con radiacin monocromtica en un instrumento

determinado, de forma que , K1, d y sean constantes, la ecuacin anterior se puede

escribir,

S = Kbc (2)


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La cual es anloga a la ley de Beer e indica que aparatos similares a los utilizados en

colorimetra tales como fotmetros y espectrofotmetros son satisfactorios para el anlisisnefelomtrico y turbidimtrico y tambin que los resultados pueden ser calculados por

procedimientos matemticos similares; es necesario recalcar que para que esos

instrumentos funcionen como nefelmetros, ellos deben estar provistos de un sistema quepermita colocar la iluminacin o radiacin incidente a un ngulo de 90 con respecto a la

direccin de observacin.

Se recomienda la construccin de curvas de calibracin en ambos anlisis puesto que laecuacin (2), que indica la relacin entre las propiedades pticas de la suspensin y la

concentracin de la fase dispersa es semi-emprica. Si la nubosidad o turbidez se va a

reproducir, se debe tomar un gran cuidado en su preparacin como se indico anteriormente,el precipitado debe ser muy fino de forma que no sedimente rpidamente. La intensidad de

la luz dispersada depende del nmero y tamao de las partculas en suspensin y con tal

que el tamao promedio de las partculas sea reproducible, es posible la aplicacin del

anlisis nefelomtrico o turbidimtrico.

APLICACIONES

Anlisis inorgnico: el uso ms amplio de la nefelometra y la turbidimetra es determinarla claridad de todas las clases de agua y bebidas. La claridad y el brillo son caractersticas

importantes de la calidad de los productos; la presencia de materiales suspendidos, an encantidades tan pequeas que son invisibles en el embotellamiento se transforma en un

sedimento desagradable despus del embotellamiento y almacenado.

Otros ejemplos incluyen la determinacin de sulfato (como BaSO4), carbonato (como

BaCO3), cloruro (como AgCl), cianuro (como AgCN), etc. La determinacin del sulfato seutiliza ampliamente y sirve para la determinacin rutinaria de azufre total en carbn, coque,

aceites, cauchos y otros materiales orgnicos.

Anlisis orgnico: Aplicacin al anlisis de alimentos y bebidas constituye el objetivoprimordial en esta seccin. Anlisis de turbidez de productos azucarados, claridad de jugos

ctricos y varias bebidas alcohlicas.

Anlisis bioqumico: La nefelometra ha sido utilizada para la estimacin de protenas y ladeterminacin de enzimas, glicgeno adems beta y gamma globulinas en el suero

sanguneo y el plasma, as como tambin la determinacin de sulfato en la orina.

Monitoreo de corrientes continuas: La turbidimetra y la nefelometra son mecanismosmuy importantes en el monitoreo contino de corrientes de aire y agua. El polvo y el humo

son monitoreados en el aire y cualquier forma de turbidez es monitoreado en diferentestipos de aguas naturales. La automatizacin de medidas de turbidez es utilizada

ampliamente en la industria petrolera.

Un ejemplo de un anlisis por turbidimetra es la determinacin de sulfato de bario bajocondiciones que conducen a la formacin de una suspensin coloidal. Tal suspensin se

obtiene cuando una solucin diluida del sulfato que contiene cloruro de sodio y cido

clorhdrico es mezclada con cloruro de bario slido y sometida a agitacin. El mtodo es


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vlido a concentraciones tan bajas como una pocas partes por milln (ppm), pero es

necesario ejercer un control estricto sobre todas las variables para obtener resultados

consistentes, as como se indico anteriormente la cantidad y el tamao de grano del clorurode bario cristalino y la eficiencia y duracin de la agitacin debe ser uniforme tanto para los

patrones como para la muestra. En la presente prctica este ser el anlisis que ser llevado

a cabo.

PARTE EXPERIMENTAL

Determinacin de la cantidad de sulfato en una muestra problema como MgSO4.

A- DISCUSIN.La turbidez de una suspensin diluida de BaSO4 es difcil de reproducir; por lo tanto

es esencial seguir estrictamente el procedimiento experimental detalladoposteriormente. La velocidad de la precipitacin as como la concentracin de los

reactantes debe ser controlada aadiendo (despus que todos los otros componentes

estn presentes) cloruro de bario dihidratado puro de un tamao de grano definido,

su velocidad de disolucin controla la velocidad de la reaccin de precipitacin.

BaCl2(s) + SO4=(ac) BaSO4(s) + 2Cl

-(ac)

Antes de la precipitacin se aaden cloruro de sodio y HCl en solucin a fines de

inhibir el crecimiento de microcristales de BaSO4 y tambin para mantener el pH

ptimo y minimizar el efecto de cantidades variables de otros electrolitos presentes

en la muestra sobre el tamao de las partculas suspendidas de BaSO4.Una solucin de etanol-glicerol ayuda a estabilizar la suspensin como se indic

anteriormente. El recipiente de reaccin debe agitarse suavemente con el objetivo de

obtener un tamao de partcula uniforme y cada recipiente debe ser agitado a lamisma velocidad y el mismo nmero de veces.

La muestra problema debe ser tratada exactamente igual que las soluciones

estndares (patrones) y el intervalo entre el tiempo de precipitacin y la realizacinde la medida debe mantenerse constante.

B- REACTIVOS.Solucin estndar de sulfato (96 ppm).

Solucin acondicionadora: NaCl, HCl, glicerol y etanol disueltos en agua.

BaCl2.2H2O (20

30 mesh).

C- PROCEDIMIENTO1.Encienda el espectrofotmetro (Spectronic-20), para que la fuente de radiacin

empiece a calentarse, colocando la longitud en 420 nm.

2. Preparacin de los patrones de sulfato.


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a) Lave con agua destilada todos los instrumentos de vidrio que va a utilizar.b) Prepare patrones de 72,0 ppm; 67,2 ppm; 57,6 ppm; 48ppm; 28,8 ppm y 19,2

ppm de SO4=

a partir de una solucin estndar de 96 ppm en balonesaforados de 100 mL.

3. Preparacin de la muestra problema.

a)

Disuelva la muestra slida de sulfato que le ser suministrada en un beackery posteriormente trasvase a un baln aforado de 500 mL y aada agua

destilada hasta alcanzar el aforo y agite aproximadamente 30 veces para

homogeneizar la solucin.b) Tome 10 mL de la solucin anterior con una pipeta aforada, adalos en un

baln aforado de 100 mL, dilyalos y afore. Agite alrededor de 30 veces para

homogeneizar la solucin.

4. Calibracin del espectrofotmetro.

Para la calibracin del aparato se procede a ajustar el valor cero de porcentaje

de trasmitancia (% T) con el portamuestra vaco (perilla izquierda). Paracalibrar el 100% T se coloca en el portamuestra una celda con agua destilada y

mediante el ajuste de la perilla derecha el aparato se lleva el valor indicado por

la aguja hasta 100 en la escala de trasmitancia.

5. Preparacin de las suspensiones patrones y muestra problema y determinacin de sutrasmitancia.

a) Tome 25 mL de una muestra patrn y virtalos en un beaker de 100 mL.b) Adale 5 mL de la solucin acondicionadora al beaker mediante la utilizacin

de una jeringa y coloque dentro del beaker un agitador magntico.

c) Agite la mezcla durante dos minutos exactos.

d) Al cumplirse los dos minutos, agregue 0,60 g de BaCl2.2H2O para dar inicio ala formacin de la suspensin de BaSO4. Agite durante un minuto.

e) Chequee la calibracin del espectrofotmetro mientras transcurre el minutoanterior.

f) Luego de transcurrido el minuto, cure un tubo de ensayo con la mezcla de

reaccin contenida en el beaker y luego llnelo 4/5 partes, limpie su superficieexterior, colquelo en el portamuestra y determine el porcentaje de

trasmitancia.

g) Repita los pasos de a a f para los patrones restantes y la muestra problema.h) Recoja y limpie todo el material utilizado.

CALCULOS

Haga la curva de calibracin A vs C (ppm) y a partir de ella determine la

concentracin de la muestra problema.

A partir de la concentracin de la muestra problema y tomando en cuenta la(s)dilucion(es) determine la cantidad de sulfato en la muestra(g).

Reporte su resultado como MgSO4.

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