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1
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Voluntad. Conocimiento y Servicio
Reporte de Estadía para obtener el título de
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
TECNOLOGÍA AMBIENTAL
CENTRO DE GEOCIENCIAS- UNAM CAMPUS
JURIQUILLA
TÉCNICA DE DIGESTIÓN TOTAL DE HIDROCARBUROS
PARA ANÁLISIS DE METALES PESADOS
PRESENTA: C. HERNÁN ELIHÚ AYALA DE LA
PORTILLA
Dr. Alejandro Carrillo Chávez M. en E. Maura Olivia García Pineda
ASESOR DE LA EMPRESA ASESOR UTEQ
SANTIAGO DE QUERÉTARO OCTUBRE DEL 2007
Bol-e, Vo. 3, No. 4, 2007
2
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer primeramente a Dios, quien me ha ayudado; es imposible
conocer y comprender bien el universo, su creación, sin antes reconocer la
existencia de un Creador inteligente.
También quiero agradecer a mis padres, que siempre me han motivado y
apoyado a alcanzar todas mis metas, y no solo las académicas.
Quiero expresarle mi agradecimiento especial al Dr. Alejandro Carrillo Chávez,
quien a lo largo de estos meses me ha ayudado y apoyado con paciencia e
interés sincero a desarrollar este proyecto, gracias a su valiosa ayuda hoy puedo
presentar este trabajo.
De igual forma quiero agradecer el apoyo y el ánimo a la M. en E. Maura Olivia
García Pineda, quien me ayudo a desarrollar este trabajo, y a lo largo de dos
años nos motivo a todos sus estudiantes.
Además, quiero agradecer el apoyo prestado y la paciencia de la Lic. Carolina
Muñoz, quien me ayudó en gran manera en el laboratorio y en la búsqueda de
información, y de la M. en C. Ofelia Pérez Arvizu, por su asesoría en el tema de
espectrometría ICP-MS.
3
DEDICATORIAS
A las mentes inquietas en búsqueda de la verdad
4
INTRODUCCIÓN
I.- El petróleo y su importancia en la sociedad actual
El petróleo es conocido desde la prehistoria. En México los antiguos pobladores
tenían conocimiento de esta sustancia. En 1859, Edwin L. Drake inició una nueva
época cuando encontró petróleo en Titusville, Pensilvania, a una profundidad de
21 metros. A 148 años de aquel suceso, el petróleo desempeña un papel de
suma importancia en las actividades industriales, científicas y cotidianas. A tal
grado ha sido empleado el petróleo y sus derivados, que se podría decir, sin
temor a equivocarse, que vivimos en la era del petróleo.
Consumo Mundial de petróleo (1995-2005)
Consumo Mundial de Petróleo 1995 - 2005 (miles de barriles por día)
REGIONES 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
MEDIO ORIENTE
4.24 4.37 4.457 4.522 4.599 4.735 4.854 5.047 5.238 5.492 5.739
EUROPA & EURASIA
19.703 19.555 19.738 19.826 19.742 19.564 19.743 19.726 19.903 20.195 20.35
NORTE AMERICA
21.15 21.793 22.275 22.674 23.286 23.522 23.571 23.665 24.05 24.877 24.875
SUR & CENTRO AMERICA
4.133 4.297 4.535 4.68 4.704 4.661 4.739 4.688 4.537 4.647 4.776
AFRICA 2.198 2.239 2.308 2.389 2.449 2.458 2.475 2.511 2.568 2.646 2.763
ASIA PACIFICO
18.081 18.872 19.929 19.503 20.307 20.839 20.998 21.644 22.359 23.586 23.957
TOTAL 69.506 71.126 73.244 73.594 75.087 75.779 76.379 77.28 78.655 81.444 82.459
Tabla A: consumo mundial de petróleo. Fuente: http://www.bp.com
5
Producción Mundial de petróleo (1995-2005)
Producción de petróleo en México
La producción de petróleo en México es posible apreciarla en la siguiente
tabla, donde observamos las variaciones en la producción, según sus tipos,
pesados, ligeros y superligeros.
Producción Mundial de Petróleo 1995 - 2005 (miles de barriles por día)
REGIONES 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
MEDIO ORIENTE 20.221,7 20.628,4 21.757,5 23.000,8 22.305,8 23.501,4 22.871,3 21.471,0 23.296,4 24.588,5 25.119,1
EUROPA y EURASIA
13.822,3 14.002,5 14.228,5 14.190,0 14.471,5 14.942,3 15.442,6 16.280,8 16.964,7 17.571,6 17.533,8
NORTE AMERICA 13.789,0 14.052,0 14.267,0 14.182,0 13.678,0 13.904,0 13.906,0 14.069,0 14.193,0 14.137,0 13.636,0
SUR y CENTRO AMERICA
5.782,3 6.158,6 6.493,0 6.907,9 6.699,0 6.813,3 6.721,2 6.640,0 6.367,1 6.744,9 6.963,8
AFRICA 7.111,9 7.440,7 7.768,4 7.644,0 7.605,5 7.844,1 7.918,3 8.022,1 8.438,1 9.266,3 9.835,0
ASIA y PACIFICO 7.375,1 7.606,9 7.726,8 7.683,6 7.613,3 7.936,2 7.876,8 7.899,5 7.832,1 7.890,2 7.999,8
TOTAL 68.102,2 69.889,1 72.241,3 73.608,4 72.373,1 74.941,3 74.736,2 74.382,4 77.091,4 80.198,4 81.087,5
Tabla B: Producción mundial de petróleo. Fuente: http://www.bp.com
6
Producción de hidrocarburos líquidos (miles de barriles diarios) Por tipo
Año
Pesado Ligero Superligero
2002 2174 847 157
2003 2425 811 135
2004 2458 790 135
2005 2387 802 144
2006
2244 831 180
2007
2119 846 197
Los datos del 2007 son el promedio hasta junio, el resto de los años es el promedio anual. Tabla C: Producción de hidrocarburos líquidos en México Fuente: www.pemex.com
Zonas productoras de petróleo en México
En la actualidad las principales zonas productoras son el distrito noreste de
Reynosa, el distrito norte en Ciudad Madero, Tampico hasta Poza Rica, Tuxpan
y Ébano, la zona centro o cuenca del bajo Papaloapan y la sur, entre la planicie
de Coatzacoalcos, en las proximidades de Minatitlán y Las Choapas, y el sur de
Tabasco y norte de Chiapas, así como la zona marina de Cantarell.
II.-Problemática del uso del petróleo
Contaminación atmosférica por quema de hidrocarburos La quema de los combustibles derivados del petróleo, así como la quema de
petróleo, genera gases como CO, CO2 además de ciertas cantidades de NOx
y SOx, sustancias que reaccionan con el agua, y en cantidades suficientes
dan lugar a lluvias ácidas, además, cuando la combustión no es lo
suficientemente completa, se generan cantidades apreciables de
7
inquemados, hidrocarburos parcialmente oxidados que presentan un
potencial riesgo a la salud y un daño en el medio ambiente.
Contaminación por derrames de petróleo
Los derrames de petróleo representan una amenaza para la flora y fauna
acuática, pero también para los seres humanos, pues daña ecosistemas de
los cuales depende la economía de ciertas zonas, o inclusive, su salud, que
se puede ver afectada a través de la cadena alimenticia, y la liberación de
ciertas sustancias en el medio ambiente.
Contaminación por metales pesados en hidrocarburos Es bien sabido que en el petróleo se pueden encontrar cantidades traza de
metales, inclusive, muchas veces se encuentran dentro de las estructuras
orgánicas, dando origen a compuestos organometálicos. Cuando un
combustible se quema y tiene esta clase de compuestos, los metales son
liberados al ambiente, donde se añaden en cantidades pequeñas, pero de
manera continua, representando un riesgo latente en el medio ambiente.
III.- Determinación de metales en petróleo
La determinación de metales en petróleo puede tener dos fines de
importancia económica y ecológica:
Rastreo de contaminación Cada petróleo tiene un contenido definido de metales, así como relaciones
entre ellos bien identificadas, que bien pueden ser usadas como una “huella
digital” que ayude a la clasificación del petróleo. Con este tipo de análisis,
relativamente fácil y rápido, se puede determinar cual, entre varias, es la
fuente de contaminación de, por ejemplo, un derrame en medio del océano.
Origen del petróleo
8
Por medio de la comparación del contenido de metales y de ciertas
relaciones de concentración entre metales bien definidas (V/Ni, por ejemplo),
se puede determinar el origen de cierta muestra de petróleo.
Imagen 1: Dos distintas muestras de petróleo.
9
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS........................................................................................iii
DEDICATORIAS............................................................................................... iv
INTRODUCCIÓN.............................................................................................. v
CAPÍTULO 1
ASPECTOS GENERALES DEL CENTRO DE GEOCIENCIAS, UNAM.
1.1 Antecedentes del Centro de Geociencias............................................... 17
1.2 Misión...................................................................................................... 19
1.3 Visión........................................................................................................19
1.4 Objetivos...................................................................................................19
1.5 Clientes......................................................................................................20
1.6 Ubicación ..................................................................................................20
CAPÍTULO 2
DEFINICIÓN DEL PROYECTO
2.1 Antecedentes............................................................................................23
2.2 Definición del problema.............................................................................23
2.3 Justificación...............................................................................................24
2.4 Objetivos....................................................................................................24
CAPÍTULO 3
MARCO TEÓRICO
3.1 Origen de hidrocarburos……………………………………………………….26
3.2 Metales pesados en hidrocarburos…………………………………………...33
3.3 Horno de microondas (Digestor)……………………………………………....47
3.4 Digestión de materiales para análisis de metales…………………………...56
10
3.5 Fundamentos de ICP-MS………………………………………………………60
CAPÍTULO 4 DESARROLLLO DEL PROYECTO
4.1 Etapas en las que se planeo el desarrollo del problema...........................69
4.2 Desarrollo del proyecto..............................................................................70
CAPITULO 5
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
5.1 Resultados y sus análisis..........................................................................82
5.2 Conclusiones……........................................................................................88
5.3 Recomendaciones......................................................................................90
CAPITULO 6
6.1 GLOSARIO.....................................................................................................92
6.2 BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................93
11
CAPÍTULO 1
ASPECTOS GENERALES DEL
CENTRO DE GEOCIENCIAS,
UNAM
CAPÍTULO 1
12
1.1 Antecedentes del Centro de Geociencias (CGEO-
UNAM)
El Campus Juriquilla de la UNAM es el resultado de un gran proyecto para
favorecer a la descentralización de las actividades de investigación científica, de
educación superior, de desarrollo tecnológico y de formación de recursos
humanos de alto nivel.
Figura 1: Entrada principal de la UNAM Campus Juriquilla.
Fuente: www.geociencias.unam.mx
En el Campus Juriquilla de la UNAM se pueden encuentrar el Instituto de
Neurobiología (INB), Unidad de Neurodesarrollo y Unidad de Resonancia
Magnética, el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA), el
Centro de Geociencias (CGEO). Asimismo cuenta con un Centro Académico
Cultural (CAC), que consta de una Biblioteca Central, un Teatro-Auditorio con
13
capacidad para 380 personas, una Unidad de Docencia, una Unidad de
Seminarios y Cafetería.
El Centro de Geociencias (CGEO), pertenece al Subsistema de la Investigación
Científica de la UNAM y se ubica en el Campus UNAM de Juriquilla, Querétaro.
El Centro se creó el 1 de Abril de 2002, a partir de la "Unidad de Investigación en
Ciencias de la Tierra" (UNICIT), que dependía de los Instituto de Geología y el
Instituto de Geofísica de la UNAM. La Unidad se había creado a mediados de
1996 y por primera vez se juntaba personal de dos diferentes Institutos para
trabajar de manera interdisciplinaria.
Figura 2: Centro de Geociencias, UNAM Campus Juriquilla
Fuente: www.geociencias.unam.mx
Para fomentar la interacción de los investigadores en los campos considerados
de mayor interés, el Centro de Geociencias tiene una estructura compuesta por
cuatro programas de investigación, que son:
! Tectónica, Geología Estructural y Sismología.
! Magmatismo y Petrogénesis.
! Geomagnetismo y Exploración Geofísica.
! Geofluidos.
1.2 Misión
14
La misión del CGEO es ser un polo científico líder a nivel nacional y punto de
referencia internacional para la investigación y la formación de recursos
humanos de alto nivel en áreas estratégicas de las Geociencias, que contribuya
a un mejor conocimiento del territorio nacional y al aprovechamiento de sus
recursos naturales y la protección del medio ambiente.
1.3 Visión
1.4 Objetivos
Los objetivos del Centro de Geociencias son siete y son los siguientes:
1. Realizar investigación de alta calidad, cuyos resultados incidan en la solución
de problemas científicos y sociales, internacionales, nacionales y regionales, por
medio de trabajo interdisciplinario entre las diferentes ramas de la Ciencias de la
Tierra y con otras áreas donde puedan existir temas de interés común.
2. Fortalecer los lazos académicos con los institutos y centros afines de la UNAM
y del resto del país, a través de redes de investigación sobre temas comunes,
así como del intercambio de estudiantes y posdoctorantes.
3. Colaborar estrechamente con las universidades de la región central del país,
para desarrollar proyectos de docencia a nivel Licenciatura y formación de
personal especializado a nivel Posgrado.
4. Incrementar la colaboración con instituciones de alto reconocimiento
internacional para mejorar el nivel de investigación y posibilitar el intercambio
académico, especialmente de estancias de estudiantes e investigadores
visitantes.
5. Fortalecer los nexos de colaboración con gobiernos de los estados vecinos,
entidades públicas y empresas paraestatales en donde impactan las actividades
de investigación del Centro.
15
6. Apoyar la difusión de las investigaciones en Geociencias a nivel nacional e
internacional a través de la edición de revistas científicas arbitradas y medios
electrónicos, así como con la organización de congresos científicos, foros de
discusión, etc.
7. Fomentar acciones y actividades de divulgación científica en colaboración con
entidades gubernamentales, universidades y organismos descentralizados,
insistiendo en acciones como la creación de un Museo de la Ciencia con una
sala dedicada al Sistema Tierra, la articulación de mecanismos de integración e
investigadores del Centro en comités estatales y municipales dedicados a
diversos aspectos en los que tengan incidencia las Ciencias de la Tierra, la
participación de investigadores en foros de divulgación científica como televisión,
radio, prensa, libros, folletos, etc.
1.5 Clientes
En el Centro se llevan a cabo proyectos aplicados para la solución de problemas
que afectan a las entidades estatales del centro del país como lo son: estudios
de suelo, riesgos geológicos (sísmico, volcánico, deslaves, agrietamientos,
fracturamientos, etc.), estudios de agua subterránea, contaminación de
acuíferos, contaminación de suelos, prospección (para rellenos sanitarios, vías
públicas, infraestructura urbana, carreteras, etc.) y otros.
1.6 Ubicación
El centro de geociencias se ubica en el estado de Querétaro, en Juriquilla, y se
encuentra a 8 km al norte de la ciudad de Querétaro
16
Figura 3: Ubicación del Campus Juriquilla.
Fuente: www.geociencias.unam.mx
17
CAPÍTULO 2
DEFINICIÓN DEL PROYECTO
18
CAPÍTULO II
DEFINICIÓN DEL PROYECTO
2.1 ANTECEDENTES
Hoy en día vivimos en la era del petróleo, de eso no cabe duda, el petróleo y sus
derivados nos proveen de materias primas para telas, plásticos, combustibles,
solventes, y de una gran cantidad de compuestos orgánicos, de los cuales
depende en buena medida la industria.
Sin embargo, es necesario señalar, que la explotación, la refinación, e inclusive
muchos de los usos finales, tienen un impacto en el ambiente, además de los
accidentes con petróleo o sus derivados, de los cuales, los derrames son muy
sobresalientes, debido al daño producido a los ecosistemas donde se produce el
derrame. Sin duda alguna, el tener una forma rápida y certera de identificar cada
tipo de petróleo, como si tuvieran “huellas digitales”, es muy útil, sobre todo en
situaciones donde hay más de un posible responsable de un derrame petrolero.
2.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
En el mundo actual, donde es necesario equilibrar el consumo de recursos con el
cuidado del ambiente, es necesario contar con un tipo de técnicas que permitan
identificar la fuente de contaminantes, en este caso, del derrame petrolero. ¿Es
posible el uso de una técnica para facilitar la identificación de la fuente de
contaminación?
Con este propósito, se desarrollará un método de digestión de hidrocarburos del
petróleo para analizar su contenido de ciertos metales, cuyas concentraciones y
sus relaciones entre concentraciones, serán la “huella digital” que nos permitirá
distinguir una muestra de petróleo de otra.
2.3 JUSTIFICACIÓN
19
El análisis en el contenido de metales en los hidrocarburos del petróleo, es una
fuente de información para diversos campos de la ciencia, con distintas
aplicaciones. Con fines ambientales, se puede hacer un monitoreo de la cantidad
de metales dentro del petróleo, así como en sus derivados. También en el área
ambiental, con el desarrollo de este método, se puede usar la información del
contenido de métales y sus relaciones, como las “huellas digitales” del petróleo,
que nos permiten identificar la fuente de un derrame petrolero así como la
cantidad de metales pesados que este que libera en el ambiente.
Del mismo modo, resulta útil en geología y en especial en geoquímica, pues
permite correlacionar el tipo de compuestos orgánicos presentes en el petróleo,
según la cantidad de metales presentes y las relaciones ya establecidas para su
caracterización, todo por medio de este mismo análisis, que es relativamente
rápido, una vez preparada la muestra previa digestión.
2.4 OBJETIVOS
Objetivo general:
Establecer un método de digestión total de hidrocarburos del petróleo en un
digestor a base de microondas, para su posterior análisis de metales pesados
(V, Ni, Co, Fe, Zn, Cr, Mn) por un método espectroscópico (ICP-MS).
Objetivos particulares:
! Medir la densidad de diversos tipos de petróleo.
! Efectuar digestiones a diversas temperaturas, tiempos, presiones y con
distintos reactivos, para determinar cual es la óptima.
! Determinar las concentraciones de metales en un material de referencia
certificado, de matriz similar, y compararlas con los valores reportados en
su certificado, lo que nos permitirá conocer la exactitud del método de
digestión.
20
CAPÍTULO 3
MARCO TEÓRICO
21
CAPÍTULO 3
3.1 Origen de Hidrocarburos
3.1.1 Génesis del petróleo
La cuestión de la formación del petróleo ha sido durante mucho tiempo un tema
de investigación de interés. Se sabe que la formación del petróleo esta asociada
al desarrollo de rocas sedimentarias, depositadas en ambientes marinos o
próximos al mar, y se cree que es el resultado de procesos de descomposición
de organismos de origen vegetal y animal que en tiempos remotos quedaron
incorporados en esos depósitos1.
3.1.2 Teoría Orgánica
Las teorías originales, en las que se atribuyó al petróleo un origen inorgánico,
propuestas por Berthelott y Mendeleyev, han quedado descartadas, he aquí
algunas de las reacciones supuestas:
Actualmente, existen varias teorías sobre la formación del petróleo. Sin
embargo, la más aceptada desde la década de 1980 es la teoría orgánica. Esta
teoría propone que el petróleo se originó a partir de restos animales y vegetales
(incluyendo algas microscópicas) acumulados en el fondo de las lagunas y en el
curso inferior de los ríos, es decir en ambientes próximos al mar. Cabe destacar
22
que el origen sigue siendo una cuestión de controversia, pues algunas teorías
actuales siguen atribuyendo al petróleo un origen inorgánico. Según la teoría
orgánica, esta materia procedente de seres vivos, se cubrió gradualmente con
capas de diversos sedimentos, al abrigo de las cuales, en determinadas
condiciones de presión, temperatura y al tiempo suficiente, dieron origen a los
diversos hidrocarburos, mezclados con pequeñas cantidades de azufre (S),
oxígeno (O), nitrógeno (N), y trazas de metales pesados como hierro (Fe),
cromo (Cr), níquel (Ni), cobalto (Co) y vanadio (V), cuya mezcla constituye el
petróleo crudo1.
Así, el petróleo esta constituido por una mezcla de hidrocarburos, es decir,
compuestos que contienen en su estructura molecular carbono e hidrógeno y
algunas otras sustancias en cantidades traza.
El número de átomos de carbono y la forma en que están colocados dentro de
las moléculas de los diferentes compuestos proporciona al petróleo diferentes
propiedades físicas y químicas.
Así se tiene que, a temperatura y presión ambientales (es decir, 298,15 K y 1
atm), los hidrocarburos compuestos por uno a cuatro átomos de carbono son
gaseosos, los que contienen de 5 a 20 son líquidos, y los de más de 20 son
sólidos1.
El petróleo crudo varía mucho en su composición, lo cual depende del tipo de
yacimiento de donde provenga, pero en promedio se puede considerar que
contiene entre 83 y 86% de carbono y entre 11 y 13% de hidrógeno1.
Mientras mayor sea el contenido de carbón en relación al del hidrógeno, mayor
es la cantidad de productos pesados que tiene el crudo. Algunos crudos
contienen compuestos hasta de 30 a 40 átomos de carbono1.
23
3.1.3 Principales componentes químicos del petróleo
El petróleo está constituido por una mezcla de compuestos químicos, que son
clasificados en función de sus características físicas y químicas. Los
componentes químicos del petróleo son principalmente de las series de las
parafinas (alcanos), isoparafinas (isoalcanos), olefinas (alquenos), compuestos
aromáticos (familia del benceno), naftenos (cicloalcanos)4, además de los
derivados del azufre, oxígeno y nitrógeno2,. A continuación se muestran algunas
imágenes que ejemplifican algunos de los compuestos químicos presentes en el
petróleo, de las siguientes series; parafinas, isoparafinas, olefinas, compuestos
aromáticos y naftenos:
Figura 1.1: Compuestos parafínicos.
Fuente: www.imp.mx/petróleo/composición
Figura 1.2: Compuestos isoparafínicos. Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
24
Figura 1.3: Compuestos olefínicos. Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
Figura 1.4: Compuestos aromáticos. Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
Figura 1.5: Compuestos naftenos. Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
25
Resulta necesario indicar que estas imágenes no pretenden mostrar todos los
compuestos químicos existentes en cada petróleo, solo muestran algunos de los
compuestos abundantes con fines ilustrativos. Las siguientes imágenes
muestran algunos los compuestos orgánicos representativos derivados del
azufre (S), el oxígeno (O) y nitrógeno (N), presentes en el petróleo, en el caso de
los pirroles, compuestos orgánicos con petróleo se verá mas adelante que son
importantes en la comprensión de la localización de ciertos metales dentro de las
moléculas orgánicas del petróleo.
Figura 1.6: Compuestos derivados del azufre Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
Figura 1.7: Compuestos derivados del nitrógeno. Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
26
Figura 1.8: Compuestos derivados del Oxígeno. Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
3.1.4 Distribución
El petróleo no se encuentra distribuido en el subsuelo de forma uniforme, son,
por lo menos, cuatro factores2 los que influyen en su acumulación en
determinada zona:
1. Debe existir una roca permeable de forma tal, que bajo presión, el
petróleo pueda moverse a través de los poros microscópicos de la roca.
2. La presencia de una roca impermeable, que evite la fuga del aceite y gas
hacia la superficie.
3. El yacimiento debe comportarse como una trampa, ya que las rocas
impermeables deben encontrarse dispuestas de tal forma que no existan
movimientos laterales de fuga de hidrocarburos.
4. Debe existir material orgánico suficiente y necesario para convertirse en
petróleo por el efecto de la presión y temperatura que predomine en el
yacimiento.
27
3.1.5 Tipos de petróleo y su clasificación
En realidad, existe una gran cantidad de maneras de clasificar el petróleo, y
estas clasificaciones son útiles para la toma de decisiones en el proceso de
exploración, producción y refinación.
Las curvas de destilación TBP (del inglés “true boiling point”, temperatura de
ebullición real) distinguen a los diferentes tipos de petróleo y definen los
rendimientos que se pueden obtener de los productos por separación directa,
además, se les puede usar como una forma de clasificar los distintos tipos de
petróleo3.
Por ejemplo, mientras que en el crudo Istmo se obtiene un rendimiento directo
de 26% en volumen de gasolina, en el Maya sólo se obtiene 15.7%2.
La industria mundial de hidrocarburos líquidos clasifica el petróleo de acuerdo a
su densidad o grados API (parámetro internacional del Instituto Americano del
Petróleo, que diferencia las calidades del crudo).
Tabla 3.1: Clasificación del petróleo en base a su densidad
Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
Aceite crudo Densidad
( g/ cm3)
Densidad
grados API
Extrapesado >1.0 10.0
Pesado 1.0 - 0.92 10.0 - 22.3
Mediano 0.92 - 0.87 22.3 - 31.1
Ligero 0.87 - 0.83 31.1 - 39
Superligero < 0.83 > 39
28
En México, se exportan tres variedades de petróleo crudo, la tabla 1.4.2 los
muestra y reporta sus grados API y sus contenidos porcentuales en masa de
azufre: Tabla 3.2: Tipos de petróleo mexicanos
Fuente: www.imp. mx/petróleo/composición
3.2 Metales Pesados en Hidrocarburos
La mayor parte de los elementos químicos conocidos son metales.
Químicamente, un metal es una sustancia que tiende a ceder su o sus
electrones del último orbital, para alcanzar una configuración electrónica más
estable. Al ceder su electrón, el metal adquiere una carga positiva, es decir,
tienden a formar cationes.
Los metales se encuentran en el medio ambiente; en la atmósfera, suelos, aguas
e inclusive, en los seres vivos, aunque normalmente en bajas concentraciones.
Los metales pesados se definen como aquellos que tienen una densidad de al
menos cinco veces la del agua, (la densidad del agua es de aproximadamente
5000 kg/m3 a 1 atm de presión y 4 !C de temperatura). Ejemplos de ellos son:
plomo (Pb), zinc (Zn), cadmio (Cd), níquel (Ni), cromo (Cr), vanadio (V), cobre
(Cu), hierro (Fe), cobalto (Co), entre otros. A continuación, se examinan algunas
características físicas y químicas de determinados metales pesados:
Itsmo:
Ligero con densidad de 33.6 grados API y 1.3% de azufre en peso.
Maya:
Pesado con densidad de 22 grados API y 3.3% de azufre en peso.
Olmeca
Superligero con densidad de 39.3 grados API y 0.8% de azufre en peso.
29
! Cromo (Cr): El cromo es un metal con una densidad de 7.14 g/cm3, con
un punto de fusión de 1900 !C, y tiene dos estados de oxidación, el
trivalente (3+) y el hexavalente (6+). El cromo tiene una concentración en
la litósfera de 69 µg/g 3, concentración alta si consideramos las
concentraciones de otros metales pesados. El cromo se presenta en
forma natural en el mineral cromita, también en otros minerales, donde
sustituye a los iones Fe3+ y Al3+. Sus principales fuentes antropogénicas
son la industria metalúrgica, y la combustión de carbón y de residuos
municipales.
! Níquel (Ni): Es un metal con un punto de fusión de 1455 !C y una
densidad de 8.9 g/cm3. Es un buen conductor térmico, altamente dúctil y
maleable. La concentración de níquel en la litósfera es de 55 µg/g 3. Las
emisiones de níquel a la atmósfera por causas antropogénicas
constituyen el 65% de todas las fuentes de emisión totales, y figuran entre
ellas la quema de combustibles fósiles, la incineración de desperdicios y
la producción de los metales no férreos4.
! Cobre (Cu): Tiene una densidad de 8.94 g/cm3, y un punto de fusión de
1356 !C, además, es relativamente abundante en la litósfera, pues tiene
una concentración de aproximadamente 39 µg/g 3. Aunque es
considerado un micronutriente esencial para la mayoría de los organismos
acuáticos, en concentraciones tan bajas como 10 µg/L se le considera
tóxico5.
Algunos metales son necesarios en la reacciones metabólicas y catabólicas de
los organismos vivos, por lo que se consideran micronutrientes, es decir, que se
requieren como nutrientes en cantidades muy pequeñas.
En la figura 3.3, de la tabla periódica, se muestran los elementos químicos según
su requerimiento en organismos vivos, aquí es posible observar que algunos
metales como manganeso, molibdeno, cobre y zinc son considerados
micronutrientes. Un hecho interesante, es que de los diez elementos mas
30
abundantes en la tierra, seis se consideran macronutrientes (H, Mg, K, Ca, C, O),
es decir, están presentes en los seres vivos en concentraciones relativamente
altas.
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr No Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Na Los diez elementos mas abundantes en el suelo
Cl Elementos micronutrientes
P Elementos macronutrientes
Li Elementos menos importantes
Ni Elementos potencialmente tóxicos
Cu Micronutrientes potencialmente tóxicos (solo a ciertas concentraciones)
Figura 3.3: Elementos químicos clasificados según sus requerimientos en seres vivos. Fuente: Biogeochemical cycles and processes leading to changes in mobility of chemicals in soils. Dean Hesterberg. Agriculture, Ecosystems and Environment 67 (1998) 121–133
La presencia de metales pesados en el medio ambiente tiene una gran cantidad
de razones, sin embargo, es posible englobarlas en dos grandes, por motivos
antropogénicos y naturales.
3.2.1 Antropogénicos.
Los factores de origen antropogénico son aquellos donde los metales pesados
son emitidos al ambiente por causas de actividad humana. Hay un sinnúmero de
formas en que estos metales son introducidos al ambiente por el ser humano,
como la emisión a la atmósfera de plomo (Pb) por medio de combustibles con
tetraetilo de plomo ((C2H5)4Pb), o a suelos por medio de la explotación minera y
31
fundición, o en menor grado, al añadirle pesticidas o fertilizantes con bajos
niveles de metales pesados, pero que se añaden de forma periódica a los
suelos1.
Sin embargo, las dos formas principales de incorporar los metales pesados de
fuentes antropogénicas en aire, suelos, sedimentos y aguas, son el transporte
por aire (atmosférico) y por agua (fluvial)3.
Inclusive, ciertos metales pesados en la atmósfera, están asociados con ciertos
procesos6, ente estos procesos de origen antropogénico, por ejemplo Ca, Mg y
Mn, indican la presencia de materiales de construcción Al, K, Ti y Mn indican la
presencia de polvo arrastrado por el viento.
Concentraciones altas de plomo (Pb), son un reflejo de las emisiones de los
vehículos, que como ya se comentó, emitían el tetraetilo de plomo.
Las concentraciones de Cd, Mn, Ni y Zn pueden ser atribuidas a procesos
pirometalúrgicos. Asimismo, la quema de desperdicios municipales, de madera y
carbón, es otra fuente antropogénica de metales pesados en el ambiente6.
El que los contaminantes, entre ellos los metales pesados, sigan una trayectoria
como la de los ciclos geoquímicos al incorporarse al medio ambiente, muestra la
forma en que se dispersan y llegan a estar presentes en distintos sitios, desde
aguas subterráneas, hasta seres vivos.
Un detalle importante es que cuando se hallan disueltos en su forma iónica es
muy fácil su movilización, pues pueden ser adsorbidos por los suelos, pueden
seguir su viaje en las aguas, llegar a formar parte de los seres vivos, o inclusive,
entrar a la atmósfera.
3.2.2 Naturales.
32
En la naturaleza, los metales pueden provenir principalmente de rocas,
emisiones volcánicas, e inclusive material extraterrestre (meteoritos). Aunque los
metales se encuentran en casi todo tipo de rocas, se les puede hallar en
mayores concentraciones en las rocas ígneas.
Los metales pesados son llevados a la superficie de forma natural,
especialmente por actividad volcánica, después son liberados por medio de
procesos de intemperismo (meteorización) y erosión, o disueltos y arrastrados en
ríos y arroyos, en forma de cationes, y terminan depositándose en los
sedimentos, donde se adhieren a las rocas del sedimento para comenzar el
ciclo de nuevo.
Los materiales que forman la corteza de la Tierra, lo que incluye los metales
pesados, pueden cambiar a través del tiempo, de especie química, e inclusive,
ciertas transformaciones físicas y químicas pueden dar origen a un cambio de un
tipo a otro tipo de roca.
Pueden inclusive, completar un ciclo a través de las tres principales categorías
de rocas, a esto cabe añadir que el cambio de su forma, también interviene en el
aumento o disminución de las concentraciones de metales pesados en el medio
ambiente.
Por ejemplo, una roca ígnea, proveniente de un volcán, puede ser intemperizada
y sus fragmentos transportados en forma de sedimento hasta un sitio en donde
se depositen y sean sepultados.
Una vez que los sedimentos se han endurecido o litificado, se puede considerar
al material como una roca sedimentaria.
Si la roca sedimentaria es sometida a altas presiones y temperaturas, puede
presentar transformaciones minerales y de textura que la conviertan en una roca
metamórfica.
33
En ciertos casos, cuando la temperatura de metamorfismo es suficientemente
alta, la roca puede llegar a fundirse y producir magmas.
La subida del magma y su posterior solidificación, completarían el ciclo de las
rocas en la corteza, pues se obtiene de nuevo una roca ígnea7.
En la figura 3.2, es posible notar que la formación y la transformación de las
rocas, se da mediante ciertos procesos definidos, que de forma constante se
llevan a cabo en la naturaleza.
El ciclo de las rocas está íntimamente relacionado con la presencia de metales
en el ambiente por causas naturales, sobre todo en el caso de las rocas ígneas.
34
Figura 3.2: Ciclo de las rocas.
Fuente: web.educastur.princast.es
En la tabla 3.2 se consideran cuales son los procesos de formación y la
clasificación de las rocas en base a ellos, como se puede notar, las rocas y su
origen están íntimamente relacionadas con los procesos de distribución de
elementos químicos en el ambiente.
Tabla 3.2: Procesos de formación de los distintos tipos rocas y sus nombres.
Tipo de
roca
Proceso que la
origina
Ejemplos
Ígnea Cristalización. Intrusiva: granito.
Extrusiva: basalto.
Sedimentaria
Litificación:
a) erosión, acarreo y
depositación.
b) compactación y
cementación.
Limonita, lutita, arenisca,
caliza, carbón mineral.
Metamórfica Metamorfismo: presión
y calentamiento.
Gnaises, mármol,
pizarra.
35
Las rocas ígneas se originan por medio del proceso de cristalización en el caso
de las rocas ígneas intrusivas, el material fundido, al enfriarse a diferentes
velocidades, da como origen distintos tipos de cristales, cuanto menor sea la
velocidad de enfriamiento, mayor será el tamaño de los cristales formados, a
velocidades de enfriamiento mayores, se obtienen materiales vítreos, amorfos,
en vez de materiales cristalinos, este es el caso de las rocas ígneas extrusivas,
donde se crean vidrios. En las rocas ígneas es común encontrar metales, tales
como Pb, Ag, Au, o Zn.
3.2.3 Clasificación de Goldschmidt y distribución de metales pesados
La distribución de los metales en el ambiente esta en función a ciertas
propiedades del metal, como son su radio iónico, su carga, su solubilidad en
agua etc.
En un mineral dado, dos iones aluminio Al+3, pueden ser sustituidos por un ion
silicio y un ion magnesio Si+4 Mg+2, como es posible notar, la neutralidad
eléctrica se mantiene (3*2=4+2=6), y los radios iónicos son similares, por
ejemplo, el ion magnesio Mg+2 puede sustituir al ion hierro (II) Fe+2 o al ion níquel
Ni+2, pues el radio iónico del magnesio, hierro y níquel es, respectivamente, 0.72
Å, 0.61 Å, 0.69 Å, como podemos ver, son radios iónicos similares8.
Sin embargo, no en todos los casos es energéticamente viable8 este intercambio
iónico, pues en ocasiones, un radio iónico muy grande dificulta el intercambio de
iones dentro de las estructuras del compuesto, por lo que usualmente no se
lleva a cabo.
36
Los elementos químicos, debido a estos y otros factores, se distribuyen en la
naturaleza de forma irregular, de modo que es posible encontrar concentraciones
altas de cierto elemento en un medio dado.
Este fenómeno fue estudiado por Goldschmidt en 19542. El agrupó los
elementos según el medio en que más se presentan, así, los elementos
siderófilos se pueden encontrar en el núcleo terrestre, los calcófilos son los que
tienden a formar sulfatos, los litófilos, aquellos que se encuentran con el silicio y
los atmófilos, aquellos que se encuentran en la atmósfera. Los elementos así
clasificados, presentan un comportamiento geoquímico muy similar, inclusive hay
elementos que presentan características de más de un grupo2.
Aunque actualmente hay sistemas de clasificación geoquímica más recientes, se
sigue usando la clasificación de Goldschmidt, así como su terminología8. En la
figura 3.3 se muestra la tabla periódica de los elementos químicos, con cada
elemento indicando su grupo según la clasificación de Goldschmidt2.
Figura 3.3: Clasificación de los elementos de Goldschmidt.
37
Esta clasificación, permite comprender que no todos los elementos, entre ellos
los metales pesados, tienen un mismo comportamiento. No todos los metales
son igual de reactivos, al mismo tiempo, su reactividad es mayor al encontrarse
en forma de iones. Como iones, pueden incorporarse a minerales sólidos
mediante varios procesos, entre ellos:
! Adsorción específica y no específica
! Co-precipitación
! Precipitación por separado de óxidos e hidróxidos
Además, es común encontrar metales en los sedimentos de cuerpos de agua,
de modo que pueden ser usadas como un registro histórico de la presencia
de metales pesados debido a causas antropogénicas3. En la tabla es posible
observar las concentraciones de ciertos metales pesados en distintos tipos de
aguas, suelos y rocas de forma natural.
Tabla 3.3: Niveles de metales pesados en sedimentos, suelos, y aguas. Fuente: Adaptado de Heavy metals in the environment- Historical trends. E. Callender. US Geological survey, Westerly, RI, USA.
Metal pesado ( g/L) Material Pb Zn Cd Cr Cu Ni Referencias
Corteza 14.8 65 0.10 126 25 56 Wedepohl (1995)
Granito 18,17 40,50 0.15, 0.13 20, 10 15,20 8, 10 Adriano (1986)
Basalto 8,6 100,105 0.2, 0.2 220, 117 90, 87 140, 130 Drever (1988)
Esquisto 23,20 100,95 1.4, 0.3 120, 90 50, 45 68, 68 Drever (1988)
Arenisca 10,7 16,16 < 0.03 35, 35 2, 2 2, 2 Drever (1988)
Caliza 9,9 29,20 0.05, 0.03 10, 11 4, 4 20, 20 Drever (1988)
Suelos(general) 19 60 0.35 54 25 19 Drever (1988)
Suelos (mundo) 30 66 0.06 68 22 22 Adriano (1986)
Suelos, UK 74 97 0.8 41 23 25 Kabata-Pendias(2000)
12 57 0.27 - 30 24 Alloway(1995)
38
Suelos, USA Sedimentos de
arroyo 51± !28 132 ± 67 1.57± 1.27 67 ±24 39±13 44 ±19 Alloway(1995)
Sedimentos de lago 22 97 0.6 48 34 40 Varias fuentes*
Arcilla de profundidades
marinas 80 170 0.4 90 250 230 Li (2000)
Arroyos 1 30 0.01 1 7 2 Drever (1988)
Océano 0.03 2 0.05 0.2 0.5 0.5 Drever (1988)
* Dunnette (1992), Aston et al. (1974), Presley et al. (1980), Olade (1987), Mantei and Foster (1991),
Zhang et al. (1994), Osintev (1995), Chiffoleau et al. (1994), Borovec et al. (1993), Gocht et al. (2001).
3.2.4 Interacción agua / roca Las rocas, los suelos y el agua son los elementos naturales que constituyen el
medio geológico. El agua fluye a través de suelos y rocas, y a su paso va
transportando o depositando una gran cantidad de sustancias. La interacción
agua / roca consiste, básicamente, en dos procesos fisicoquímicos, la adsorción
/ desorción y la precipitación / disolución.
! Adsorción / desorción: La adsorción es la remoción de las especies
disueltas de la solución debido a su atracción hacia la superficie de un
compuesto sólido, la desorción es el proceso inverso, es decir, la
liberación de las especies de la superficie hacia la solución. La sustancia
adsorbida se denomina adsorbato, y se une a la superficie de la sustancia
adsorbente. Las fuerzas de unión que interactúan no son de tipo químico,
aún así, la adsorción se clasifica en dos tipos, la fisisorción, con fuerzas
de atracción aún menores a las del segundo tipo, la quimisorción.
! Precipitación / disolución: La disolución en la interacción agua / roca se
da cuando un mineral se pone en contacto con agua, el agua disolverá
una parte hasta alcanzar un equilibrio con el mismo, si la concentración
del mineral es superior a al que requiere el agua para alcanzar el
equilibrio, entonces parte del mineral precipitará, tratando de alcanzar de
39
nuevo el equilibrio, pero en sentido inverso. Algo interesante, es que
cuando la disolución se satura y se precipita, se da un proceso de
disolución-precipitación constante, pero predominando la precipitación.
Estos fenómenos que se dan en la naturaleza, contribuyen en gran manera al
transporte y acumulación de metales pesados en distintas partes del ambiente,
entre ellos, en los seres vivos, suelos y en las rocas sedimentarias, donde
generalmente se encuentra el petróleo.
3.2.5 Metales pesados en hidrocarburos (Petróleo) Las secciones anteriores ilustran como los metales pueden llegar a estar,
aunque en cantidades traza, en el petróleo, por medio de distintos procesos
geoquímicos, pues el contenido de metales, así como de otros elementos como
azufre (S) en el petróleo crudo, suele atribuirse a las rocas donde estaba
depositado9.
Existen ciertos factores que controlan la presencia de determinados metales en
los sedimentos orgánicos algunos de los factores principales son:
! Potencial redox (Eh)
! Actividad del ion hidrógeno (pH).
El potencial redox, permite saber en que estado de oxidación se encuentra el
metal, es decir, su disponibilidad, mientras que el pH influye en la solubilidad que
tendrá, y por tanto, en su movilidad. Ambos factores se conjugan y contribuyen a
la presencia de metales pesados en los hidrocarburos.
Otro factor que influye en su disponibilidad, es el tamaño del radio iónico.
Un detalle interesante acerca de los metales pesados en los hidrocarburos del
petróleo, es que se encuentran formando compuestos organometálicos, en el
40
caso del níquel y el vanadio, muchas veces se les encuentra formando
complejos organometálicos de tetrapirrol, lo cual se debe a tres factores9:
! Su disponibilidad en la naturaleza como cationes divalentes.
! Su pequeño radio iónico.
! Su configuración electrónica.
El radio iónico del vanadio (V2+) es de 0,88 Å , y el del níquel (Ni2+) es de 0,69 Å,
pero existen otros metales con radios iónicos y cargas parecidas que se pueden
encontrar también en el petróleo en forma de compuestos heterocíclicos, en este
caso, tetrapirroles, como el hierro (Fe2+), con radio iónico de 0,74 Å, el cobalto y
el cobre (Co2+, Cu2+), ambos con radio iónico de 0,72 Å.
Son las condiciones anaeróbicas, las que favorecen la preservación de los
tetrapirroles, es decir, en condiciones reductoras, con un potencial redox (Eh)
usualmente inferior a 0 volts.
Gracias al uso de diagramas Eh-pH es posible notar que el cromo y el titanio no
pueden formar enlaces con los tetrapirroles, y que el cobre solo forma dichos
enlaces bajo condiciones oxidantes.
Un dato general es que a menor radio iónico, mayor es la afinidad del metal a
formar enlaces con el tetrapirrol.
Algo que debe de destacarse, es que algunos tetrapirroles se pueden encontrar
en la materia viva, como la clorofila y la hemina, que es el pigmento rojo de la
sangre.
Algunos autores9,11 creen que estos compuestos heterocíclicos dentro de la
materia viva son los precursores de los tetrapirroles en el petróleo.
41
Independientemente de su origen, es importante destacar que el contenido de
metales pesados en un petróleo puede ser muy útil al tratar de determinar su
origen.
3.3 Horno de microondas (Digestor). Las microondas son, al igual que la luz, ondas electromagnéticas. Una onda se
define como una sucesión de máximos y mínimos que va avanzando por el
espacio.
Figura 3.4: Las partes de las ondas
Fuente: www.cientec.or.cr/.../radiaciones/espectro.jpg A la distancia entre dos crestas (máximos), o dos valles (mínimos) se le llama
longitud de onda. A la cantidad de ondas que avanzan por unidad de tiempo se
le denomina frecuencia, y a la altura del valle a la cresta se le conoce como
amplitud de onda.
En el caso de una onda electromagnética, eso que oscila y avanza son campos
eléctricos y magnéticos. Las microondas tienen una longitud de onda entre 1
milímetro y unos 30 centímetros.
42
En la figura 3.5, se presenta el espectro electromagnético, en esta figura
podemos es posible localizar donde se encuentran las microondas en función a
su longitud de onda.
Figura 3.5: Espectro electromagnético Fuente: www.ayerpm.cl/myfiles/cq/espectro.jpg
Actualmente, se le han dado muchas aplicaciones a las microondas, pero en
específico, se analizará la aplicación que se les ha dado en el uso de digestores
de microondas y su utilidad en la preparación de muestras (digestión) para su
posterior análisis.
43
En la figura 3.6 es posible apreciar las partes de un digestor de microondas. El
principio de funcionamiento es el mismo que el del horno de microondas
doméstico.
Figura 3.6: Partes de un horno de microondas Fuente: www.fq.uh.cu/.../conf_9_archivos/image002.gif
En los hornos de microondas, las ondas se generan con un dispositivo
llamado magnetrón: un aparato que produce microondas de gran potencia. El
magnetrón es un diodo termoiónico, que tiene un ánodo y un cátodo
calentados directamente. Cuando el cátodo se calienta, los electrones se
liberan y son atraídos hacia el ánodo que está compuesto de un número impar
de pequeñas cavidades, cada una de esas cavidades se comporta como un
circuito sintonizado, mientras que el espacio entre ellas se comporta como un
capacitor.
Al paso de los electrones a través de los espacios de las cavidades se induce
una pequeña carga en el circuito sintonizado, así se produce una oscilación
44
continúa, hasta que esta alcanza una gran amplitud y es sacada del ánodo
por medio de una antena.
La guía de ondas es un canal de sección rectangular construido con metal
laminado. Sus paredes reflectoras permiten la transmisión de las microondas
desde el magnetrón hasta la cavidad del horno.
Las paredes reflectoras de la cavidad de microondas son necesarias para
prevenir fugas de la radiación y para incrementar la eficiencia del
calentamiento.
Figura 3.7: Vista de un magnetrón Fuente: www.gallawa.com
El calentamiento por microondas se puede dar por medio de dos fenómenos:
! Rotación del Dipolo
! Conducción Iónica
45
A continuación se explican mas a detalle ambos fenómenos y como influyen en
el calentamiento de un cuerpo.
3.3.1 Rotación del Dipolo
Las microondas, como toda onda electromagnética, se constituyen de un campo
magnético y un campo eléctrico oscilantes que ejercen una fuerza sobre las
cargas eléctricas de la materia, y aunque las moléculas de una sustancia son
eléctricamente neutras, muchas moléculas, como la del agua, son polares, es
decir, sus cargas están distribuidas en diferentes extremos de la molécula, tienen
un extremo positivo y el otro negativo.
Así, la onda, que cambia de carga al avanzar, empuja los extremos
eléctricamente cargados de las moléculas, haciendo que éstas tiendan a girar y
golpearse entre ellas violentamente, lo que se traduce en un aumento de
temperatura, a mayor polaridad, menor exposición a las microondas se requiere
para que se caliente la sustancia formada por dichas moléculas.
Es necesario recordar que la temperatura se define como la energía cinética
media de las moléculas, así, al incrementarse el movimiento de las moléculas,
aumenta la temperatura.
Un hecho que es necesario enfatizar es que las moléculas de otros materiales
que no son polares, no se calientan, pues no experimentan dicha rotación.
3.3.2 Conducción Iónica
Al igual que en la rotación dipolar, el fenómeno de conducción iónica se da por
diferencias de cargas.
46
En una solución, un soluto iónico, una sal por ejemplo, se encuentra ionizada, es
decir, disociada en aniones y cationes en un proceso denominado solvatación,
debido a las cargas de las moléculas del solvente, generalmente agua, que
logran separar las redes iónicas.
Los aniones y los cationes, al ser expuestos a las microondas se ven afectados
por un ciclo continuo de atracción-repulsión, debido al cambio de polaridad de
las ondas, que los obligan a vibrar, y por tanto, a elevar la temperatura de la
sustancia que forman.
3.3.3 Diferencias con el calentamiento convencional
Como es posible notar, la diferencia entre el calentamiento de un horno en forma
convencional, al calentamiento en un horno de microondas, es el principio
empleado para calentar la muestra. Mientras que de forma tradicional el
calentamiento es por convección, en microondas es por radiación.
3.3.4 Interacción de los materiales con las microondas
Existen tres tipos de reacción de los materiales ante las microondas y se
pueden clasificar en base a ello, en:
" Reflectivos: Como los metales, que reflejan las microondas y no se
calientan.
" Transparentes: Son materiales que no se calientan, pues la energía de
las microondas, pasa a través de ellos.
" Absorbentes: Estos materiales absorben la energía de las microondas y
se calientan.
47
Figura 3.8: Interacción de los materiales con el microondas Fuente: www.fq.uh.cu/.../conf_9_archivos/image002.gif
3.3.5 Uso de las microondas en digestión de muestras
El uso de las microondas en la descomposición de muestras orgánicas e
inorgánicas, fue propuesto a mediados de los años setentas del siglo XX1. Una
de las grandes ventajas del uso de las microondas en comparación con
métodos convencionales de digestión de muestras es, sin duda, la rapidez
alcanzada en la cinética de la reacción de las muestras con las sustancias de
digestión, generalmente ácidos.
De esta manera, algunas muestras de difícil digestión, que antes necesitaban
horas para descomponerse completamente, pueden llegar a digerirse en el
horno de microondas en tan solo cuestión de minutos.
48
Figura 3.9: MARS-Xpress, Sistemas de Reacciones Aceleradas por Microondas (CEM
Corp., Matthews, NC)
Sin embargo, la rapidez es solo una de las ventajas que tiene un digestor de
microondas para digerir muestras en comparación a los métodos tradicionales,
como lo son el calentamiento en placa y por flama, es decir, sistemas abiertos,
he aquí otras ventajas:
! No rompe enlaces químicos
! Es radiación no ionizante (no causa daños cromosómicos)
! Permiten digerir muestras de elementos volátiles, al ser cerrado el vaso
(Hg, As, Te, Sn etc.)
! Contribuye a la precisión en el análisis, pues se somete a condiciones
semejantes y controladas a todas las muestras
Otra ventaja de este procedimiento, estriba en las altas temperaturas de trabajo
que pueden ser alcanzadas. Mientras que en los sistemas abiertos estas
49
temperaturas son limitadas por el punto de ebullición de la solución ácida, las
temperaturas en la gama de 200 a 260 °C se pueden alcanzar típicamente en
recipientes sellados de digestión, como consecuencia del aumento en la presión,
al ser la digestión a volúmen constante. Esto da lugar a una aceleración de la
cinética de la reacción, permitiendo que las reacciones de la digestión sean
realizadas en menos tiempo. Además, algunos digestores de microondas
cuentan con vasos que les permiten alcanzar altas presiones.
Obviamente, tanto la temperatura como la presión son constantemente
verificadas, usualmente por el mismo equipo, esto es, para no exceder la
temperatura y presión especificadas, y para mantener en condiciones seguras el
equipo. En la tabla 3.4 se reportan un conjunto de muestras de diferentes
matrices y sus tiempos de digestión en microondas a la temperatura especificada
y con las sustancias indicadas. Tabla 3.4: Aspectos de digestión de muestras en microondas de diversas matrices Fuente: www.tecnología-aplicada.com
Matriz Cantidad de
muestra Ácido Temperatura
Tiempo de
digestión
Celulosa / Almidones 500mg HNO3 1600C 25 min.
Hojas / Grano 500mg HNO3/HF 1900C 30min. Tejido fino / pelo /
sangre 50-250mg HNO3 170-1900C 25min.
Grasas / Aceites 700mg HNO3 (H2O2) 180-2100C 30-
40min.
Plásticos 700mg HNO3/H2SO4 180-2100C 45-
60min.
Carbón / Coque 250mg HNO3,HF, H2SO4 200-2400C 45-
60min.
Piedra 1000mg HF/HCl/HNO3 180-2000C 30min.
Cerámica / Óxidos 500mg HF/HCl/HNO3 180-2500C 45-
90min.
50
3.4 Digestión de materiales para análisis de metales.
Los metales contenidos en muestras se analizan por una amplia gama de
métodos. Cuando se encuentran en grandes cantidades en la muestra, pueden
ser determinados por métodos electroquímicos, e inclusive gravimétricos2.
Sin embargo, no es así cuando se trata del análisis de cantidades traza de
elementos. Por lo general, estas pequeñas cantidades son determinadas por
métodos como espectrometría de absorción atómica por flama (FAAS), o de
horno de grafito (GFAAS), Espectrometría de emisión atómica (AES),
espectrometría de emisión atómica por plasma acoplado inductivamente (ICP-
AES), espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS),
fluorescencia de rayos X, (XRF), y cromatografía de iones (IC)2.
La preparación de muestras para análisis de metales incluye una amplia
variedad de métodos1, sin embargo, la preparación de la muestra, sin importar el
método, tiene ciertos propósitos definidos, se pueden enlistar de la siguiente
forma2:
! Degradar y solubilizar la matriz, para liberar los metales para el análisis.
! Extraer los metales de la matriz de la muestra en un solvente adecuado
para el método analítico que se escogió.
! Concentrar los metales presentes en cantidades traza, para tenerlos en
un rango adecuado para su análisis.
! Separar un analito de una serie de analitos o de especies que pueden
interferir en su análisis.
! Diluir la matriz lo suficiente, de modo que el efecto de la matriz en el
análisis sea constante y medible.
! Separar las diferentes formas químicas, para la determinación de las
especies presentes.
51
Se debe señalar que no todos estos objetivos son necesarios en un análisis en
particular, sin embargo, la mayoría de ellos son objetivos frecuentes en la
preparación de una muestra para su posterior análisis.
Es importante añadir, que una mala preparación de la muestra, es usualmente
una de las causas de los errores en el análisis, además de ser, comúnmente, la
parte más tediosa y que más tiempo consume, debido a que el lapso de
determinación del analito en la muestra, suele ser rápido, a raíz de los avances
de la tecnología en la instrumentación analítica2, 3.
En la preparación de las muestras se debe de tener un cuidado continuo para
evitar la contaminación de las muestras, o la pérdida del analito. Por ejemplo, los
metales en forma de iones tienden a ser adsorbidos por las superficies de vidrio.
La pérdida de analito en la superficie de un recipiente por adsorción, no solo
implica un resultado erróneo en el análisis, sino la interferencia con el resultado
de posteriores análisis en los que se emplee ese mismo recipiente, si hay un
lavado deficiente, al contaminar las muestras.
Otra forma de pérdida de analito es la volatilización del mismo, algunos metales
son especialmente susceptibles a la volatilización. Por citar algunos de ellos, el
Cd, Pb, Hg, Se) y Zn, son especialmente volátiles, en la literatura 2 se reporta
que puede haber pérdidas de analito a temperaturas inferiores a los 500 °C.
Por lo tanto, el método de preparación de muestra, y el método de análisis
deberá ser escogido en función al analito que se desee determinar, y del tipo de
matriz en el que se encuentra.
Muchos metales pesados son analizados, como ya se mencionó, por métodos de
espectrometría atómica2, 3; espectrometría de absorción atómica de flama, o de
52
horno de grafito (FAAS, y GFAAS, respectivamente), o por espectrometría de
emisión atómica por plasma inductivamente acoplado (ICP-AES). Estos métodos
de análisis requieren que las muestras se encuentren en solución acuosa diluida,
generalmente en ácido2.
Por lo general, de la preparación de la muestra por una digestión, se obtiene una
solución de coloración clara, lo que es uno de los indicios cualitativos de que la
muestra fue totalmente disuelta2. Uno de los ácidos que se emplea de forma más
usual es el ácido nítrico (HNO3), pues es el adecuado para la mayoría de las
muestras, aún cuando la digestión se realiza en placa de calentamiento en lugar
de un digestor a base de microondas, solo en ocasiones es necesario utilizar
otros tipos de ácido para la digestión total de la muestra.
3.4.1 Tipos de ácidos usados en digestiones
Usualmente, en la digestión de las muestras se usan ácidos, aunque es
importante mencionar que no son las únicas sustancias que son empleadas con
este fin, pues en ocasiones se usan los hidróxidos de metales alcalinos en
solución y algunas sustancias más1, como agentes oxidantes.
Pero lo más frecuente es el uso de ácidos. Las siguientes son características de
dichos ácidos, y el tipo de muestras en que son usados, por lo general,
concentrados y calientes1.
! Acido Clorhídrico (HCl): Es excelente disolviendo muestras de tipo
inorgánico, pero tiene aplicaciones limitadas en materiales orgánicos. Se
usa ampliamente en la disolución de óxidos metálicos. Se considera
concentrado el acido clorhídrico a 12 M1.
! Acido Nítrico: (HNO3): Es un poderoso agente oxidante muy, que disuelve
todos los metales comunes, con excepción del aluminio y el cromo, que
forman una capa protectora de oxido en la superficie que no permite la
53
disolución. Este ácido también se usa para la descomposición de
muestras orgánicas para el análisis de metales traza, muchas veces
adicionando al ácido, peróxido de hidrogeno o bromo. El uso de esta
método no es recomendada en la preparación de muestras en vaso
abierto para análisis de no metales, pues puede presentarse pérdida de
analito1.
! Acido Sulfúrico (H2SO4): Muchos materiales son disueltos por este ácido,
inclusive, la mayoría de los compuestos orgánicos, que son deshidratados
y oxidados, también los metales son atacados por el mismo.
! Acido Perclórico (HClO4): Es un potente agente oxidante que ataca
compuestos que otros ácidos no pueden atacar, sin embargo, es
necesario manejarlo con mucho cuidado, pues es explosivo, sobre todo
concentrado, a altas temperaturas y en contacto con materiales orgánicos
o inorgánicos, fácilmente oxidables1. Estas características limitan su uso.
3.4.2 Ventajas de la técnica de digestión en digestor de microondas
Existen diversas técnicas para realizar la digestión de muestras para análisis de
metales. Una de las formas de realizar la digestión, es en un digestor a base de
microondas, en vasos cerrados, lo que proporciona muchas ventajas, entre ellas
esta el que los vasos están fabricados con polímeros que resisten altas
temperaturas, y que además, no reaccionan con el analito, por ser inertes2,3.
Al ser cerrados los vasos, eliminan la posibilidad de contaminación por presencia
de polvo en el aire, así como las pérdidas de analito por volatilización, de esta
manera, los resultados son mas reproducibles, entre otras ventajas2, 3.
Actualmente, se pueden encontrar disponibles comercialmente, digestores a
base de microondas, que alcanzan temperaturas de 300 °C y sus vasos resisten
54
1500 PSI de presión, estos equipos controlan la temperatura y la presión por
medio de sensores.
Con condiciones de este tipo, las muestras son digeridas de forma exitosa en un
tiempo menor al que se hubiera consumido con otro técnica de digestión, por
métodos convencionales, y se puede proseguir con el análisis de las muestras
por diversos técnicas, como la expuesta a continuación.
3.5 Fundamentos de ICP- MS
La espectrometría de plasma inducido de masas (ICP-MS) fue desarrollada a
finales de los años 80 del siglo XX, para combinar la introducción fácil de la
muestra y los análisis rápidos de la tecnología del ICP, con los límites de
detección exactos y bajos de un espectrómetro de masas.
La tecnología del ICP-MS se ha utilizado extensamente, encontrando usos en
diversos campos de la química analítica, incluyendo el análisis de agua potable,
de aguas residuales, en geología, metalurgia, en ciencias de los alimentos, entre
otras aplicaciones. El espectro de masas de esta fuente de iones es medido por
medio de un espectrómetro de masas cuadrupolar.
Esto es posible mediante una zona de interfase capaz de introducir los iones del
plasma a través de un orificio (cono) por medio de una unidad de vacío
diferencial y posteriormente dentro del filtro cuadrupolar de masa. Debe
señalarse que la tecnología del ICP fue cimentada sobre los mismos principios
usados en la espectrometría de emisión atómica.
55
Figura 3.10: Esquema de funcionamiento de un ICP-MS Fuente: www.uam.es/ prsonal_pas/txfr/icpms
3.5.1 Introducción de la muestra
A diferencia del espectrómetro de emisión atómica, los espectrómetros de ICP-
MS pueden aceptar muestras sólidas, así como muestras líquidas. Las muestras
sólidas se introducen en el ICP por un sistema de vaporización por LASER que
se pueda comprar generalmente como un accesorio.
La utilización del LASER acoplado al ICP-MS, permite el análisis de elementos
traza en minerales, fósiles, metales, semiconductores, en un área de muestra de
hasta 50 µm1.
El sistema de inyección de la muestra líquida se realiza mediante un sistema
nebulizador. Este sistema logra la atomización, de la muestra líquida que entra
en el dispositivo por medio de una bomba peristáltica, en forma de un aerosol.
Después del nebulizador existe una cámara de spray, cuya función es la de
separar y desechar las gotas grandes de la solución que se hayan formado. Es
necesario que el nebulizador produzca gotas inferiores a 10 µm de diámetro1. El
objetivo de la cámara de spray es separar las gotas grandes (superiores a 10
µm) del gas y desecharlas.
56
3.5.2 Ionización de la muestra
Una vez que la muestra pasa a través del nebulizador, ya en forma de aerosol,
se mezcla con gas argón. Una bobina del acoplador se utiliza para transmitir
radiofrecuencia al gas calentado del argón, produciendo una “llama” de plasma
de argón ionizado, situada en la antorcha, (la antorcha consiste en tres tubos
concéntricos de cuarzo), en la figura 3.11 se aprecia el diagrama de una
antorcha.
Figura 3.11: Diagrama de una antorcha
Fuente: www.uam.es/ prsonal_pas/txfr/icpms
Por definición, plasma es cualquier gas con parte de sus moléculas o átomos
ionizados y coexistiendo a alta temperatura en una mezcla de iones, electrones,
átomos neutros y átomos excitados1. Se considera al plasma como el cuarto
estado de agregación de la materia
La generación del plasma se consigue sometiendo un flujo de gas, conocido
como gas plasmógeno1, a la acción de un campo magnético oscilante, inducido
por una corriente que oscila a alta frecuencia. En el proceso de generación del
plasma, los iones del gas plasmógeno (Ar, en el caso de ICP-MS) y los
electrones libres presentes son acelerados siguiendo trayectorias anulares,
debido a la alternancia del campo magnético presente creado por el generador
de radiofrecuencia. El plasma, a su elevada temperatura remueve cualquier
residuo de solvente y causa la atomización de la muestra seguida por la
ionización. La temperatura en el plasma ronda en los 10 000 K.
57
El principio de aplicación es el siguiente; cuando los electrones se excitan al
absorber energía del plasma, suben de nivel energético, esta energía absorbida
la emitirán en forma de radiación electromagnética al regresar el electrón al nivel
basal. Cada elemento emite radiación de diferentes longitudes de onda, así se
puede determinar que elementos contiene una muestra. En la figura 3.12 se
observa el plasma en la antorcha.
Figura 3.12: Antorcha de plasma de argón ionizado
Fuente: www.cee.vt.edu/ewr/environmental/teach/smprimer/icpms/icpms.htm
3.5.3 Interfase del ICP- MS
La función de la interfase es extraer el gas del plasma que se añadió a la
muestra original. En la interfase, tanto el plasma como los iones deben pasar
desde condiciones atmosféricas a presión de vacío en el espectrómetro de
masas, para evitar las colisiones de los iones con las moléculas constituyentes
del aire.
Esto se hace gracias a la interfase de extracción de iones. La interfase posee
dos conos de metal (Ni o Pt, comúnmente) con un orificio central de 1 mm1, a
través de los cuales el plasma y los iones son extraídos al espectrómetro de
masas a través de un nivel de vacío creciente.
58
Al primer cono se le denomina sampler y a través de él se accede a una cámara
con un vacío de 10 mbar.
El segundo cono se denomina skimmer y a través de él se llega a una cámara
con una presión de 10-3 mbar, tanto el sampler como e4l skimmer se pueden
observar en la figura 3.13.
:
Figura 3.13: Ubicación del Sampler y el Skimmer en la interfase "#$ E$&'()*** "# P#,-.'(E$/#,.
Fuente: www.uam.es/ prsonal_pas/txfr/icpms
Una vez dentro de la cámara principal, el gas es separado de los iones y
bombeado hacia fuera. Los iones remanentes son extraídos y enfocados en el
cuadrupolo (donde la presión es de 10-6 mbar) a través de las lentes iónicas. La
función de las lentes iónicas es transportar los iones procedentes del skimmer al
espectrómetro de masas
Las lentes permiten enfocar el haz de iones que entrará en el cuadrupolo. Estas
lentes tienen forma cilíndrica y son cuatro, cada una incorpora un disco central
para prevenir que los fotones del plasma puedan llegar al detector, y causar
59
interferencias en el análisis. En la figura 3.14 se muestra un esquema del
funcionamiento de un ICP-MS.
Figura 3.14: Funcionamiento esquemático de un ICP-MS
Fuente:www.cee.vt.edu/ewr/environmental/teach/smprimer/icpms/icpms.htm
La función del espectrómetro de masas cuadrupolar consiste en separar los
iones en función de su relación carga masa (m/z). Son cuatro barras de metal
que se encuentran paralelas y equidistantes al eje, como se aprecia en la figura
3.15. Las trayectorias de los iones en el cuadrupolo pueden ser calculadas con
cierta exactitud. A cada pareja de polos se le aplica un potencial constante,
mediante corriente continua (DC) y simultáneamente un potencial oscilante
mediante corriente alterna (AC).
De esta forma se definen los iones que van a ser capaces de atravesar el
cuadrupolo y llegar al sistema de detección. De esta forma, variando los
potenciales aplicados a los polos, podemos “sintonizar” una determinada masa y
medir la señal que de ella llega al detector. El ion que atraviese el cuadrupolo
tendrá un cociente específico de m/z. Los cuadrupolos tienen una resolución
insuficiente para separar químicamente iones con igual valor m/z, entre estos se
encuentran1:
60
28Si 14N2 32S 16O2 56Fe 40Ar 80Se 40Ar 159Tb 143Nd 16O 165Ho 149Sm 58Ni 58Fe 148Nd 148Sm 87Rb 87Sr.
Después de salir el haz de iones de la fuente los iones viajan a través del imán
analizador donde el haz se separa en función de la masa de los iones, de esta
manera es posible identificar que elementos existen en la muestra.
La preparación de muestras esta en función del tipo de muestra que se
considere (sólida o líquida). Para la mayoría de las muestras sólidas es
necesaria la disolución, una de las operaciones más comunes en química
analítica. Se utilizan ácidos para la digestión total de la muestra. La alta
sensibilidad del ICP-MS, demanda un gran cuidado para impedir la
contaminación durante la preparación de la muestra. El objetivo de la digestión
es romper todos los enlaces que existen entre los átomos de la muestra. La
eficacia del método de digestión se mide comparando los valores obtenidos en la
preparación y análisis de un material de referencia contra los valores certificados
de concentración para ciertos elementos de interés del material de referencia.
Figura 3.15: Cuadrupolo
Fuente: www.cee.vt.edu/ewr/environmental/teach/smprimer/icpms/icpms.htm
La tabla 3.4 muestra los límites de detección de metales por técnicas
espectrométricas, entre ellas el ICP-MS; la correcta preparación de las muestras,
incluida la digestión, es necesaria para obtener buenos resultados en el análisis,
independientemente de la técnica analítica que se utilizará para la determinación
de cualquier metal o elemento.
61
Tabla 3.4: Límites de detección de metales por métodos espectroscópicos. Fuente: The environmental geochemistry of mineral deposits. Part A: Processes, Techniques, and Health Issues. G.S. Plumbee, M.J. Logsdon. Volume 6-A. Society of Economical Geologist Inc. 1998. pag. 268.
(Continua en la página 68)
Límites de detección por espectrometría atómica (ppb, o g/L)
Sustancia Técnica espectrométrica
Elemento Símbolo F-AAS GF-AAS ICP-AES ICP-MS Técnica Alterna Aluminio Al 45 0.3 6 0.006 0.15 (HG-AAS) Antimonio Sb 45 0.4 90 0.001 0.03 (HG-AAS) Arsénico As 150 0.5 30 0.0006 Bario Ba 1.5 0.9 0.15 0.002 Berilio Be 1.5 0.02 0.09 0.03 Bismuto Bi 30 0.6 30 0.0005 Boro B 1000 45 3 0.09 Bromo Br 0.2 Cadmio Cd 0.8 0.02 1.5 0.003 Calcio Ca 1.5 0.03 0.15 2 Cerio Ce 100 000 15 0.0004 Cesio Cs 15 3200 0.0005 Cloro Cl 10 Cobalto Co 9 0.4 3 0.0009 Cromo Cr 3 0.08 3 0.02 Cobre Cu 1.5 0.25 1.5 0.003 Disprosio Dy 50 0.3 0.001 Erbio Er 60 0.7 0.0008 Europio Eu 30 0.3 0.0007 Gadolinio Gd 1800 2.5 0.002 Galio Ga 75 15 0.001 Germanio Ge 300 15 0.003 Oro Au 9 0.4 6 0.001 Hafnio Hf 300 4 0.0006 Holmio Ho 60 0.5 <0.0005 Indio In 30 45 <0.0005 Yodo In 60 0.008 Iridio Ir 900 7 30 0.0006 Hierro Fe 5 0.3 1.5 0.4 Lantano La 3000 1.5 0.0005 Plomo Pb 15 0.15 30 0.001
62
Litio Li 0.8 0.15 1.5 0.03 Lutecio Lu 1000 0.05 <0.0005 Magnesio Mg 0.15 0.01 0.15 0.007 Manganeso Mn 1.5 0.09 0.6 0.002 Mercurio Hg 300 1.5 30 0.004 0.009 (CV-AAS) Molibdeno Mo 45 0.2 7.5 0.003 Neodimio Nd 1500 2 0.002 Níquel Ni 6 0.8 6 0.005 Niobio Nb 1500 5 0.0009 Osmio Os 120 5 Paladio Pd 30 2 1.5 0.003 Fósforo P 75 000 320 45 0.3 Platino Pt 60 5 30 0.002 Potasio K 3 0.02 75 1 Praseodimio Pr 7500 0.8 <0.0005 Renio Re 750 30 0.0006 Rodio Rh 6 30 0.0008 Rubidio Rb 3 0.08 37 0.003 Rutenio Ru 100 3 6 0.002 Samario Sm 3000 7 0.001 Escandio Sc 30 0.3 0.02 Selenio Se 100 0.7 90 0.06 0.03 (HG-AAS) Silicio Si 90 2.5 5 0.7 Plata Ag 1.5 0.05 1.5 0.003
63
CAPÍTULO 4
DESARROLLO DEL PROYECTO
64
CAPÍTULO 4
DESARROLLO DEL PROYECTO
4.1 ETAPAS DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
El proyecto se dividió en 4 etapas o fases, que fueron las siguientes:
! Fase 1: Recolección de información disponible en diversas fuentes
bibliográficas.
! Fase 2: Capacitación por un curso de manejo del digestor de microondas.
! Fase 3: Clasificación de las muestras según su apariencia y fluidez.
! Fase 4: Digestión de hidrocarburos y análisis de resultados.
A continuación se explica con más de detalle el desarrollo de cada una de las
etapas del proyecto y algunas de las actividades que se desarrollaron:
! Fase 1: La primera fase del proyecto, consistió en la recolección de la
información disponible en diversas fuentes bibliográficas, y se extendió
más que las otras fases, debido a que constantemente se adquiría
material nuevo relacionado con el tema.
! Fase 2: Esta fase se centró en la capacitación en el uso del microondas,
y consistió en dos cursos, uno teórico, uno teórico-práctico acerca del
manejo del digestor y en la lectura del manual de operación del MARS-
Xpress (CEM Corp., Matthews, NC), así como en diversas digestiones de
materiales de tipo biológico y geológico, a manera de práctica.
! Fase 3: En esta etapa se clasificaron las muestras de petróleo, en
función al pozo de donde provenían. Se seleccionaron cinco distintos
65
crudos, provenientes de diferentes pozos, estos se emplearon para las
digestiones y su posterior análisis de metales.
! Fase 4: Se llevaron a cabo las digestiones en esta etapa. Las cinco
distintas muestras, junto con el material de referencia que usamos, el
NIST 1634c y se hizo el análisis por ICP-MS. Se establecieron tres
métodos de digestión y se determino en base a sus resultados
cuantitativos y cualitativos (aspecto de la muestra), cual es el óptimo.
4.2 DESARROLLO DEL PROYECTO
Se utilizo un digestor de microondas MARS-Xpress (CEM Corp., Matthews, NC), y
los vasos para altas presiones OMNI-1500. Aunque durante el tiempo en que se
desarrollo el proyecto, la práctica con las muestras biológicas y geológicas fue
de gran ayuda para conocer el funcionamiento del MARS-Xpress, la digestión de
petróleo es muy diferente y presenta sus propios retos.
En realidad, la digestión de los hidrocarburos del petróleo es un proceso que
requiere mayor tiempo de preparación de materiales (lavado de los vasos de
digestión en ácido, por ejemplo), baño maría de las muestras, pesado de la
muestra en balanza analítica, así como otros pasos.
Por citar un ejemplo, el proceso de pesado tiene sus problemas, pues cuando la
muestra presenta una viscosidad muy alta de tal manera que a condiciones
ambientales es casi sólida, es necesario poner la muestra con espátula de teflón
en el vaso mientras se pesa (para evitar usar espátula metálica y crear
interferencias en el análisis por adición de metales), cuando la viscosidad es
baja, se puede usar una pipeta Pasteur.
66
En todas las muestras que se analizaron se pudo usar pipeta Pasteur debido a
su moderada viscosidad.
4.2.2 METODOLOGÍA
Los pasos de la metodología fueron los siguientes:
! Muestreo
! Preparación de muestras
! Análisis
Estos pasos se describen a continuación.
! Muestreo: Es llevado a cabo por PEMEX. Las muestras son
tomadas directamente del pozo en garrafas de polietileno de 20 L,
y son enviadas al Centro de Geociencias.
! Preparación de muestras: Primeramente, se comienza por medir
la densidad a las muestras de petróleo, con este fin se usó un
picnómetro como el que se muestra en la figura 4.1.
Figura 4.1: Picnómetro
67
El procedimiento para la determinación de densidad es el usual, es decir, en un
picnómetro, se coloca un volúmen de una sustancia y se pesa, esto se realiza
en una balanza analítica.
El picnómetro tiene un volúmen conocido, así que basta con llenar el picnómetro
de forma cuidadosa, para evitar derrames y procurar una medición lo más exacta
posible.
En ocasiones, la muestra contiene agua, por lo que hay que separarla del agua.
Con este fin se empleó un embudo de separación. La muestra, es decir, el
petróleo, permanece en la parte de arriba y el agua en la parte de abajo, como
se aprecia en la figura 4.2, donde se observa este fenómeno en el embudo de
separación.
Figura 4.2: Embudo de separación
Otro paso fundamental, es el baño maría, que se lleva a cabo con las muestras
antes de pesarlas para la digestión, esto permite que su viscosidad sea menor y
facilita el proceso, se llevó a cabo en un vaso de precipitados usando la placa de
calentamiento mostrada en la figura 4.3.
68
Figura 4.3: Baño maría de las muestras
Una vez alcanzados aproximadamente 40 0C, se pesaron las muestras en la
balanza analítica mostrada la figura 4.4, se peso en los vasos de teflón donde
se hizo la digestión, debe destacarse que se envolvía con papel aluminio la base
de los vasos de teflón debido a la estática causada por el material, que
inestabilizaba la balanza, y atraía el petróleo a las paredes del vaso.
Imagen 4.4: Balanza analítica
69
Los vasos de teflón tienen muchas piezas, en el siguiente esquema de la figura
4.5 se les representa.
Figura 4.5: Esquema del vaso de digestión controlador
Como se puede observar, cuentan con muchos accesorios, en el caso de la
protección de zafiro, solo el vaso controlador la tiene, el resto de los vasos no la
tienen, así como la entrada para el sensor de presión. El vaso controlador es
aquel donde se monitorea la presión y la temperatura durante la digestión.
Lo primero que se hace con los vasos de teflón cuando ya tienen las muestras,
de #250 mg, es cerrarlos con el tapón del vaso, luego en cada tapón de
seguridad se pone la membrana de ruptura, y se enrosca al tapón del vaso.
Una vez hecho esto, se les coloca dentro de sus chalecos, que son de un
material transparente a las microondas. Después se ponen en sus soportes,
donde se les ajusta atornillándolos con una llave, de tal forma que se pueda
70
alcanzar una presión interna de hasta 1500 PSI, cabe destacar que el soporte
del vaso controlador es mas alto y tiene un orificio en la parte superior,
atravesando el tornillo, para poder introducir el sensor óptico de temperatura,
que estará protegido por la pequeña varilla de zafiro. Una vez en los soportes se
les fija a la tornamesa. En la posición uno, va el vaso controlador, al cual se le
conectan los sensores de presión y temperatura, que a su vez van conectados al
digestor de microondas.
Se programa el método de digestión que se va a usar en el digestor y se debe de
esperar, por seguridad, nunca, se deberá de dejar solo el digestor cuando se
realiza una digestión, en especial si es un método nuevo. Se hace una prueba de
rotación preeliminar de la tornamesa ya con los vasos y los sensores para evitar
que estos últimos se enreden. Después se selecciona el método y se registran
las sustancias a digerir, los reactivos y sus cantidades. Se esperan
aproximadamente 15 minutos después de los 5 minutos de enfriamiento
automáticos del digestor, hasta que la presión y la temperatura no sean
inconvenientes para manipular la muestra, esto se hará en la campana de
extracción.
Si antes se abriera el vaso, se perdería una gran cantidad de muestra por la
presión a la que saldría disparada, además que se corre el riesgo de ser
salpicado por ácido caliente. Se vacían las muestras y se afora a 50 mL,
transfiriendo con un embudo de teflón las muestras y enjuagando el vaso con
una piceta con agua desionizada, que caerá por el embudo, evitando así que
halla pérdida de analito.
! Se analizan por ICP-MS.
Cuando se hacen varias digestiones variando un poco el método, se puede
seleccionar cual es la mejor, esto se hace en base a los resultados cuantitativos,
es decir, las concentraciones de la digestión de un material de referencia con
71
concentraciones certificadas, (en este caso se usó el NIST 1634c), se comparan
con las concentraciones de dichos elementos en los resultados del análisis
posterior a la digestión.
Si la digestión fue total, entonces el análisis debe mostrar un valor muy próximo
al reportado en el certificado del material de referencia, si fue parcial, es decir, no
se completó, se obtendrá una concentración inferior a la reportada en el
certificado, y si las concentraciones son mayores a las reportadas en el
certificado, es muy posible que haya una contaminación por adición de analito en
el proceso de digestión o de análisis.
En este caso se desarrollaron tres métodos distintos, al final se analizaron por la
técnica de ICP-MS, y se compararon los resultados obtenidos del análisis del
material de referencia NIST 1634c, que se muestra en la figura con los valores
reportados en su certificado, con el fin de comprobar que el método de digestión
si era el correcto y la digestión es total.
Figura 4.6: NIST 1634c “Trace metal in residual fuel oil”
En esta sección se presentan los métodos que se desarrollaron.
72
! Método I: El día 29 de junio del 2007 se uso el siguiente método, con
#250 mg de muestra de petróleo, se añadieron 6 mL de HNO3 grado
INSTRA. El paso tres es la despresurización por enfriamiento de los
vasos, y se lleva a cabo en la campana de extracción.
Tabla 4.1: Método I
Paso
numero
Potencia
W
Presión
alcanzada (PSI)
Temperatura
(oC)
Tiempo
A
Tiempo
B
1 1600 250 150 5
minutos
10
minutos
2 1600 400 200 5
minutos
10
minutos
3 - Despresurización
fuera del digestor
Enfriamiento
a
temperatura
ambiente
- 20
minutos
Tiempo A: Tiempo programado para alcanzar dichas condiciones de digestión
Tiempo B: Tiempo programado para mantener constantes las condiciones de digestión
Sin embargo, los resultados con esta método no fueron los deseados, por el
contrario, era notorio a simple vista que la digestión había sido incompleta, por lo
que se optó por otra método, con condiciones más favorables para la
descomposición de los hidrocarburos.
Esto se deducía porque en términos generales, las soluciones presentaban un
color verde. Se observaban soluciones lechosas, en vez de transparentes, y en
ciertas muestras, permanecieron pequeñas porciones de material de un color
amarillento, que flotaban en la solución, esto demostraba que la solución era
parcial.
Algunas muestras si eran mas transparentes, pero no totalmente, pues tenían
pequeñas partículas amarillas precipitadas. Estos eran claros indicios de que la
73
reacción de descomposición de las estructuras orgánicas no había sido
completa.
Es bien conocido que la velocidad de una reacción química puede aumentar al
aumentar la temperatura a la que se lleva a cabo dicha reacción, por lo tanto, se
decidió aumentar la temperatura en el paso 1, y también, incrementando así la
presión alcanzada por la reacción en los vasos cerrados.
! Método II: El día 30 de julio del 2007 se uso este método de digestión con
#250 mg de muestra de petróleo a aproximadamente 40 oC, se añadieron
10 mL de HNO3 grado INSTRA. Se cambiaron un poco la presión y la
temperatura, con el fin de hacer más viable la digestión total de los
hidrocarburos.
Tabla 4.2: Método II
Tiempo A: Tiempo programado para alcanzar dichas condiciones de digestión
Tiempo B: Tiempo programado para mantener constantes las condiciones de digestión
Las digestiones presentaron una notable mejora, el color en general era mas
claro, sin embargo, aún con estos cambios, las soluciones presentaban una
Paso
numero
Potencia
W
Presión
alcanzada (PSI)
Temperatura
(oC)
Tiempo
A
Tiempo
B
1 1600 250 200 5
minutos
10
minutos
2 1600 #600 200 5
minutos
10
minutos
3 - Despresurización
fuera del digestor
Enfriamiento
a
temperatura
ambiente
- 25
minutos
74
turbidez casi imperceptible, y un color verde que fue aclarando de forma gradual
(Este color se debe al NO2 disuelto). De estas muestras que se aforaron a 50
mL, se tomó 1 mL y se diluyó en 9 mL de agua desionizada con una resistividad
de 16,8 M"*cm, y se mandó analizar por ICP-MS.
Algo interesante, es que mientras se efectuaba el aforo, la solución paso de
verde a amarillo, quizás por la reacción del NO2 con el H2O formando ácido
nítrico.
! Método III: Este método incluyó algunas modificaciones en los reactivos
que se añadían y en sus proporciones. Se añadieron 2 mL H2O2 (al 30%)
y 6 mL de HNO3 (grado INSTRA) con los #250 mg de la muestra (a
aproximadamente 40 oC también). Además se modificaron el número de
pasos, así como condiciones de temperatura y presión.
! Tabla 4.3: Método III
Paso
numero
Potencia
W
Presión
alcanzada
(PSI)
Temperatura
(oC)
Tiempo A Tiempo B
1 1600 200 80 15 minutos 5 minutos
2 400 0 0 30
segundos
30
segundos
3 1600 400 160 10 minutos 10 minutos
4 400 0 0 30
segundos
30
segundos
5 1600 600 250 10 minutos 10 minutosTiempo A: Tiempo programado para alcanzar dichas condiciones de digestión
Tiempo B: Tiempo programado para mantener constantes las condiciones de digestión
Cabe señalar que requiere de un paso sexto que no se considera en la tabla, el
de enfriamiento-despresurización, que es de aproximadamente 45 minutos. Este
75
método de digestión es más lento que el método II, pero asegura la digestión
total de los hidrocarburos.
Como es posible advertir, tiene algunos pasos en la columna de presión y
temperatura que marcan 0 oC y 0 PSI, sin embargo, no quiere decir que se
hayan alcanzado dichas condiciones, solo quiere decir que el digestor trató de
disminuir lo mas posible la temperatura y la presión, ya no emitiendo radiación
de microondas, esto con el fin de evitar un tiempo de enfriamiento demasiado
largo y para evitar una posible ruptura de la membrana de ruptura, evitando una
explosión pero teniendo una pérdida muy significativa de analito.
En la figura 4.7 se muestran, de izquierda a derecha, una muestra de petróleo,
una muestra después de una digestión mala, una muestra de una digestión
deficiente, y finalmente, una digestión total, es notorio como es más clara que las
demás muestras.
Figura 4.2.7: Comparación del aspecto de muestras digeridas por diversos métodos
76
CAPÍTULO 5
RESULTADOS Y
CONCLUSIONES
77
CAPÍTULO 5
5.1 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
La medición de densidades se efectuó de la siguiente forma:
! Se toma la muestra seleccionada y se coloca dentro del picnómetro
hasta que esté totalmente lleno, pero sin derramarse ni salir por el
orificio superior.
! Se pesa en una balanza analítica.
! Se divide la masa entre el volúmen, obteniendo así la densidad.
Cabe mencionar que no se calculó la densidad del NIST 1634c, por lo que no
aparece en la tabla 5.1, razón por la que solamente se presentan las densidades
de las muestras.
Tabla 5.1: Densidad de las muestras
Después de la digestión método II, se aforó a 50 mL, y se tomo una muestra de
1 mL de la solución aforada y se puso en 9 ml de agua desionizada, para su
posterior análisis por la técnica de ICP-MS en la Universidad de Wyoming, los
resultados obtenidos de este método de digestión se muestran en la tabla 5.2.
Muestra Densidad (g/ cm3) 1(A) 0.854 2(A) 0.888 3(A) 0.832 4(A) 0.864 5(A) 0.858
78
Tabla 5.2: Concentración de los elementos en las muestras y en el NIST 1634c
Cantidad de elementos en ppm. Método de digestión II
Muestra V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 1(A) 0.145 3.833 0.155 0.001 0.149 12.653 0.733 14.417 2(A) 41.6 2.361 0.079 0.007 0.097 7.507 0.274 4.872 3(A) 0.246 2.867 0.1035 0.001 0.017 1.365 0.882 23.688 4(A) 4.97 2.868 0.057 0.013 0.029 1.186 0.273 8.451 5(A) 0.149 2.5 7.755 0.094 0.103 0.4575 0.26 26.416
NIST 1634c 27.25 3.008 0.382 0.028 0.168 18.464 0.628 10.976
Estos son los resultados obtenidos con el método II de digestión, es decir, aquel
en el que se utilizó ácido nítrico como reactivo, sin el peróxido de hidrógeno.
Sin embargo, el mejor método desarrollado no fue el método II, pese a su
rapidez, sino el método III, como se demuestra en la tabla comparativa 5.3.
Inclusive se pueden comparar los valores de la tabla 5.2 para el NIST 1634c
contra sus valores certificados, que aparecen en la tabla 5.3, donde también
aparecen los valores obtenidos por el método III. En las muestras, los valores
mas altos de metales los podemos hallar en níquel, vanadio, cromo, manganeso
y zinc, la figura 5.3 nos demuestra cierto perfil, o tendencia, que comparten la
mayoría de las muestras de hidrocarburos.
Aunque el 2(A), y el 4(A), tienen un perfil distinto en cuanto al vanadio y la 5(A)
tiene un perfil distinto en Mn, en términos generales es interesante que la
mayoría demuestre cierto patrón en cuanto a sus concentraciones, lo cual indica
su “parentesco”, es decir, que provienen de un sitio en común. El que la muestra
6(A), que en realidad es el NIST 1634c sea diferente en cuanto a su
concentración en vanadio también nos indica su origen diferente.
79
Concentración vs elementos
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Cantidad de elementosen µg/g = ppm
1(A)
2(A)
3(A)
4(A)
5(A)
NIST 1634c 6(A)
Figura 5.3: Concentración de metales pesados en las muestras
80
En la tabla 5.3 se comparan los valores obtenidos del análisis del material de
referencia, el NIST 1634c, con las concentraciones reportadas el certificado.
Tabla 5.3: Comparación entre los valores obtenidos y los valores certificados del NIST 1634c
Estos resultados demuestran la eficacia del método de digestión III en la
digestión de los hidrocarburos del petróleo, y una ventaja adicional es que es un
método breve, mientras que en la literatura se encuentran métodos de digestión
para hidrocarburos de hasta nueve pasos1 en las que también se incluye
peróxido de hidrógeno, contra esta, de seis pasos incluyendo el enfriamiento y
donde solo se usa un reactivo. En el caso del alto porcentaje de error del
selenio, esto se atribuye al método de análisis, pues en el certificado se indica
que se analizó por análisis de activación de neutrones (INAA) y por
espectrometría de absorción atómica con generador de hidruros (FIA-HAAS).
La forma en que podemos demostrar que el método III es superior al método II
es por la siguiente tabla de resultados, donde se muestran los valores en partes
por millón (ppm) de cada sustancia, en cada método y análisis contra los valores
certificados del NIST 1634c, según la siguiente codificación:
Concentración en partes por millón
(ppm = g/g = mg/kg)
Elemento Valor certificado del NIST 1634c
Valor UNAM
Porcentaje de desviación
Cobalto 0.151 0.1508 -0.13%
Níquel 17.54 17.47 -0.39%
Selenio 0.102 0.1323 +29.70%
Vanadio 28.19 28.18 -0.04%
Arsénico 0.1426 0.1451 +1.75%
81
Tabla 5.4: Resultados comparativos de métodos y análisis + Valor del certificado
Método II. Análisis: UNAM Método II. Análisis: Universidad de Wyoming
Método III. Análisis: UNAM
Concentración de las muestras en ppm Muestra V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Se
0.09 0.93 0.47 2.99 0.19 11.12 2.01 13.26 0.03 0.06 0.14 3.83 0.16 2.18 0.15 12.65 0.73 14.42 0.11 0.58
1(A) 5.08 0.51 0.09 25.48 0.01 0.69 0.25 5.27 -0.04 0.00
39.81 0.58 0.34 4.66 0.07 6.55 1.42 12.24 0.02 0.23 41.60 2.36 0.08 13.01 0.10 7.51 0.27 4.89 0.21 0.51
2(A) 44.11 0.35 0.13 2.59 0.07 7.11 0.29 8.01 0.02 0.10
0.15 0.65 0.28 5.05 0.01 0.97 1.43 11.53 0.08 0.09 0.25 2.87 0.10 1.45 0.02 1.37 0.88 23.68 -0.09 0.02
3(A) 0.08 0.39 0.09 1.87 0.13 11.99 0.26 5.86 0.00 0.04
4.53 0.69 0.19 22.11 0.01 1.19 1.50 10.07 0.03 0.23 4.97 2.87 0.06 25.80 0.03 1.19 0.28 8.45 -0.04 -0.10
4(A) 4.53 0.69 0.19 22.11 0.01 1.19 1.50 10.07 0.03 0.23
0.12 0.55 0.26 2.54 0.01 0.31 1.53 11.35 0.05 0.18 0.15 2.50 7.76 187.87 0.10 0.46 0.26 26.42 -0.09 0.12
5(A) 0.10 0.47 0.18 1.60 0.00 0.09 0.28 5.42 -0.02 0.03
25.47 0.90 0.44 48.80 0.1354 16.11 0.92 6.66 0.1746 0.1962
27.25 3.09 0.38 55.68 0.1683 18.46 0.63 10.98 0.0590-
0.078428.17 0.72 0.51 57.97 0.1508 17.66 1.08 12.74 0.1695 0.149828.18 0.67 0.44 51.85 0.1431 17.47 0.70 6.00 0.1451 0.1323
6(A) 28.21 0.75 0.43 51.48 0.1415 17.25 0.61 4.42 0.1833 0.2371NIST
1634c+ 28.19 No hay datos 0.1510 17.54No hay datos 0.1426 0.102
82
Los resultados muestran que los metales pesados se encuentran en muy
pequeña cantidad en el petróleo, por esta razón se usan relaciones para su
caracterización (cómo V/Ni, o Co/Ni, por ejemplo), de esta forma podemos
clasificar las distintas clases de petróleo en familias, sin importar si se hallan en
concentraciones bajas o si diluyera la muestra (siempre y cuando no exista
contaminación por adición de analitos). Aquí se muestra la gráfica de las
relaciones Co/Ni vs. V/Ni, que nos confirman que tenemos distintos tipos de
petróleos, y aquí nos señala por lo menos, cuatro distintos tipos de petróleo.
Figura 5.4 Relaciones Co /Ni vs. V/Ni
Tabla 5.5: Datos de la gráfica Co /Ni vs. V/Ni
Muestra V/Ni Co/Ni
1(A) 0.011 0.011 2(A) 5.527 0.012 3(A) 0.179 0.012 4(A) 0.325 0.024 5(A) 0.325 0.225
6(A) 1.475 0.009
83
5.2 CONCLUSIONES
Se desarrolló un método de digestión total de hidrocarburos por un digestor a
base de microondas en vasos cerrados resistentes a altas presiones para el
análisis de metales pesados por una técnica espectrométrica.
Se pudo determinar una concentración bastante próxima a la real con un método
de digestión relativamente sencillo, que no requiere de muchos reactivos y que
es relativamente breve, si se compara con otros métodos de digestión de
sustancias de matriz similar reportados en la literatura 1.
Es de especial interés la tabla 5.3, pues nos muestra que tan próximos están los
valores obtenidos de los valores reales, y como consecuencia, la confiabilidad
del método, es decir, su exactitud. El método III resultó ser el mas exacto, debido
a la cercanía con los valores reportados por el certificado del NIST 1634c y
eficiente, por el relativamente corto tiempo de digestión. Estos datos, nos
permiten afirmar que la digestión fue total.
Se cumplieron los objetivos; se estableció un método de digestión de
hidrocarburos del petróleo en un digestor a base de microondas, para el análisis
de los metales pesados Fe, Cu, Co, Ni V, Cr y Zn por ICP-MS, asimismo, se
midió la densidad de las muestras y se experimentó con tres tipos de métodos
de digestión para identificar el óptimo, el método III.
En el Capítulo IV, se muestran dos herramientas en la clasificación y
caracterización del petróleo, en la figura 5.3 se observan las semejanzas de las
distintas muestras de petróleos, mientras que la grafica Co /Ni vs. V/Ni de la
figura 5.4, nos permite identificar de forma sencilla las diferentes familias de
petróleo que se tienen entre las muestras, destacando así sus diferencias.
84
Estas herramientas hacen posible la identificación de cuatro distintos tipos de
petróleo especialmente la gráfica de la figura 5.4 (Co /Ni vs. V/Ni); la familia 1, de
las muestras 1(A), 3(A) y 4(A), el tipo 2 de la muestra 2(A), el tipo 3, de la
muestra 6(A), es decir, el NIST 1634c, y el tipo 4, de la muestra 5(A).
Este método de clasificación y caracterización se puede usar en la identificación
de un tipo de petróleo, y puede tener múltiples propósitos, desde el estudio de su
origen su hasta la identificación de su procedencia en caso de un derrame
petrolero, con fines ambientales.
5.3 RECOMENDACIONES.
Todos los petróleos digeridos fueron “ligeros” y “medianos”, según la tabla 3.1,
esto hace necesario verificar si este método de digestión funciona con muestras
de petróleos “pesados” o si se requiere de un método de digestión con otras
condiciones o inclusive, otros reactivos, o sencillamente de una pre-digestión.
La viscosidad de un petróleo suele ser proporcional al tamaño de las cadenas
de hidrocarburos que están presentes en el crudo y a la presencia o ausencia de
compuestos aromáticos.
El romper estos tipos de cadenas, requiere más energía, pues la energía de
enlace es mayor, así que es probable que se requieran otras condiciones para la
digestión de muestras de mayor viscosidad, es decir, para muestras de petróleo
“pesadas”. Según el certificado del NIST 1634c es necesario usar 1 g del
material de referencia (el NIST 1634c) como mínimo para obtener resultados
representativos.
85
En este proyecto se usaron #250 mg del NIST 1634c, así como de las muestras,
con buenos resultados, y en otros estudios se ha realizado con matrices muy
similares de la misma forma1.
Si se usara un gramo, tal como sugiere el certificado del NIST 1634c, es muy
posible que la presión en ciertas muestras y en el mismo material de referencia
provocara una sobrepresión y la consecuente pérdida de muestra y analito
debida al sistema de la membrana de ruptura, que funciona como una válvula de
alivio, tal como sucedió en las primeras digestiones realizadas, donde se rompió
la membrana de ruptura a causa de la presión generada por los gases
desprendidos durante la reacción, perdiendo así parte de la muestra y haciendo
imposible un análisis significativo.
Puesto que el porcentaje de desviación del selenio fue de +29.70%, se debe de
tratar por una técnica analítica diferente a ICP-MS, como se hizo con el material
de referencia, donde se utiliza la técnica del análisis por activación de neutrones
(INAA).
86
CAPÍTULO 6
GLOSARIO.
BIBLIOGRAFÍA.
ANEXOS.
87
CAPÍTULO VI
6.1. GLOSARIO.
Para fines de este texto, se definen los términos que pudieran causar confusión
al lector.
Adsorbato: Sustancia que es adsorbida por el material adsorbente.
Adsorción: Es la retención, adhesión o concentración de una sustancia disuelta
sobre la superficie de un sólido.
Ánodo: Electrodo conectado al polo positivo de un generador de corriente
eléctrica.
Cátodo: Electrodo conectado al polo negativo de un generador de corriente
eléctrica.
Cementación: Enriquecimiento de un yacimiento situado a proximidad del nivel
hidrostático con las sales disueltas por las aguas de infiltración y precipitadas por
estas al llegar al nivel hidrostático.
Diodo: Válvula electrónica de dos electrodos usada como detector y rectificador.
Disolución: Fenómeno mediante el cual una sustancia líquida sólida o gaseosa
denominada soluto desaparece en la masa de otra sustancia denominada
solvente.
Erosión: Conjunto de acciones que por desgaste progresivo del suelo tienden a
nivelarlo.
Espectrometría: En química analítica, es un método utilizado para determinar la
composición de una muestra a partir de sus líneas espectrales.
Magnetrón: Tubo electrónico que sirve para producir o amplificar corrientes de
elevada frecuencia y en el cual el flujo de electrones es regulado por un campo
magnético.
88
Metamorfismo: Son las modificaciones fisicoquímicas que sufren las rocas
ígneas o sedimentarias para dar origen a las rocas metamórficas, y se clasifica
en dos: metamorfismo por contacto, el originado por el contacto de magmas con
otras rocas, y el metamorfismo regional, provocado por el movimiento de las
placas tectónicas.
Meteorización (Intemperismo): Conjunto de modificaciones que sufren las
rocas por agentes ambientales, como la humedad, cambios de temperatura, etc.
Precipitación: Fenómeno en el que una sustancia disuelta se separa de la fase
del solvente, generalmente líquida, depositándose en el fondo, por lo común en
estado sólido e insoluble.
Roca Ígnea: Aquella que resulta de la solidificación de magma, se dividen en
intrusivas o plutónicas y extrusivas.
Roca Metamórfica: Este tipo de roca se origina de rocas que son transformadas
por metamorfismo.
Roca Sedimentaria: Es la que se origina por la acumulación de sedimentos
arrastrados por acción eólica, glaciares, aguas pluviales, fluviales, etc. A un
deposito donde son compactados hasta formar una roca.
6.2 BIBLIOGRAFÍA.
Bibliografía Sección 3.1
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