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DIRECT MERCURY ANALYZER 80

DMA-80

1.2 ANTECEDENTES ESPECÍFICOS

1.2.1 EQUIPO EAA DMA-80

El equipo DMA-80 es el un analizador de mercurio el cual descompone

térmicamente la muestra y para determinar la cantidad total de mercurio presente

en la muestra, dando resultados precisos en tan sólo cinco a siete minutos sin

preparación previa de las muestras, es decir, las muestras las leen in situ.

1.2.2 DATOS TECNICOS DEL EQUIPO DMA-80

El sistema se basa en un espectrofotómetro de haz simple con un flujo secuencial

el cual determina Hg a través de dos celdas de medición. Este equipo trabaja con

una longitud de onda de 253,65 nm, y con un filtro de interferencia de 254nm, 9

nm de ancho de banda.

Como el equipo tiene dos celdas para su lectura, se determina su rango de

trabajo, para la primera celda que es larga se obtiene rangos pequeños entre 0 a

20 ng de mercurio, para la segunda celda que es corta se obtiene rangos grandes

entre 20 a 1000 ng de mercurio.

La calibración de equipo se puede trabajar con soluciones estándar o material

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referencia sólidos.

En el equipo DMA-80, se pueden analizar muestras sólidas y líquidas.

Para muestras liquidas, se ocupan cubetas de cuarzo, su volumen máximo

alcanza hasta los 1500 uL (1,5 mL), mientras que para muestras sólidas, se

ocupan cubetas metálicas, su peso máximo de las muestras es hasta 500 mg (0,5

g).

Para el tratamiento de la muestra, se ocupa un programa donde se indican las

temperaturas de secado y descomposición para cada muestra.

El gas que se utiliza es el oxigeno con un entrada de 4 bar (60psi) a un flujo

aproximado de 200mL/min.

1.2.3 COMPONENTES DEL EQUIPO DMA-80

En la fachada del DMA-80 se encuentra el interruptor de alimentación principal

(power switch), el muestreador automático, el acceso al chasis del equipo y al lado

la pantalla táctil.

En la parte trasera del equipo se encuentra el puerto de interfaz para conectar el

DMA-80 al terminal de conexión de energía y entrada de flujo de gas.

Dentro de equipo se encuentra la lámpara de mercurio, el modulo de las celdas, el

modulo del horno catalizador y el modulo de muestreador automático

(autosampler)

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Figura Nº1: Equipo EEA DMA-80 Milestone parte frontal

Figura Nº 2: Autosampler del equipo DMA-80 con cubetas de cuarzo

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Figura Nº 3: Cubetas Metálicas para Equipo DMA-80

1.2.4 FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO DMA-80

El análisis de muestras en el equipo comienza pesando las muestras sólidas o

liquidas (sin tratamiento previo) en las cubetas correspondientes, el peso de las

muestras es ingresado en la pantalla táctil, se puede colocar hasta 40 cubetas con

muestras en el automuestrador.

Cuando se inicia el programa, las muestras son secadas y descompuestas

térmicamente a 850°C, una corriente continua de oxígeno lleva los productos de

descomposición a un catalizador mixto de oxido de metal, posteriormente el tubo

catalizador reduce toda especie de mercurio a mercurio elemental (Hg0). Luego el

vapor de la muestra fluye a un amalgamador de oro donde el mercurio es

seleccionado y coleccionado. Cuando el resto de la muestra haya pasado, el

amalgamador se calienta para liberar el vapor de mercurio que luego fluye a través

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del espectrofotómetro para mediciones.

Para ampliar la gama de trabajo del DMA 80, el mercurio fluye a través de una

doble celda continua para mediciones de absorción atómica, (celda alta y celda

baja) (Ver figura 4)

Figura Nº 4: Diagrama del Analizador Directo de Mercurio

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Fuente Figura 1: EPA 7473

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a) Sistema de Hornos del Analizador Directo de Mercurio

Una vez realizado los pasos de pesar y colocar las muestras en el equipo,

estas son sometidas a tres diferentes sistemas de hornos, en un proceso

térmico con 4 distintas fases: secado y descomposición (A), catalizado (B),

y amalgamiento (C). El calor en el horno se produce gracias a resistencia

eléctrica bajo los sensores de control de infrarrojos (A y C) y termocupla (B).

(Ver figuras 4, 5 y 6)

Todos los procesos térmicos son realizados con flujo de oxigeno con el

propósito de transportar la muestra en todos los pasos y ayudar a la

descomposición.

En la tabla 5 se puede ver el rango y el valor típico para temperaturas y

tiempo en cada paso.

Figura Nº 5 : Diagrama de Sistema de Hornos

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Figura Nº 6: Sistema de Hornos del Equipo

Fuentes de Figura 5 y 6: Sistema de Hornos Manual DMA-80 Tabla Nº 5: Rangos de Temperaturas y Tiempo para cada Horno

Proceso Rango de

Temperatura

Temperatura

Típica

Rango de

Tiempo

(segundos)

Tiempo

Típico

(segundos)

Secado 20-300°C 300°C 0-300 s 60 s

Descomposición 800-1000°C 850°C 0-420 s 180 s

Catálisis 550-650°C 600°C 0-420 s 180 s

Amalgamador 850-950°C 900°C 0-30 s 12 s

b) Horno de Secado y Descomposición

Los propósitos de este horno son: remover la humedad de muestras sólidas,

A B C

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evaporación de masas de muestras líquidas y descomposición de todo tipo de

estas.

La etapa de calentamiento esta localizada en la primera parte del tubo catalizador

y es controlado por un sensor infrarrojo.

La bobina del horno tiene una resistencia de alrededor de 2,9 ohm.

c) Horno catalizador

El propósito del horno catalizador es mantener la temperatura óptima de trabajo

del tubo en 600ºC. Dentro del tubo catalizador el mercurio procedente de la

muestra es convertido en mercurio metálico, Hg0.

Además en el interior del tubo catalizador los productos de la reacción generados

durante la descomposición de la muestra son neutralizados.

La temperatura del catalizador es controlada por un termocupla tipo K (NiCr-Ni)

d) Horno Amalgamador

La bobina del amalgamador tiene un doble propósito: mantener el tubo

amalgamador estable a una temperatura de alrededor de 200ºC y luego calentarla

rápidamente a 900ºC.

La primera temperatura es necesaria para evitar la condensación del agua y

retener los residuos orgánicos en el tubo amalgamador, en cambio la temperatura

alta es necesaria para liberar el mercurio que fue previamente “atrapado” en ese

tubo.

e) Parámetros del Horno Nº1: Horno de Secado y Descomposición.

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El horno de secado y descomposición, es el único horno que el usuario puede

indicar las temperaturas y el tiempo con que quiere ser utilizada, esto depende del

tipo de matriz que se debe analizar. En el capítulo dos desde la página 37 se

detalla las temperaturas y tiempos adecuados para las matrices de agua y suelos.

Para indicar las temperaturas y los tiempos de secado y descomposición, se debe

abrir un nuevo Método, y luego de ingresar los datos se debe guardar.

A continuación se indica la definición de conceptos importantes acerca la

funcionalidad de este horno.

• Temperatura de secado:

El proceso de secado es utilizado para remover el contenido de líquido de las

muestras y para descomponer suavemente los orgánicos volátiles. Una

temperatura de secado de 300º C es recomendable para la mayoría de las

muestras. A esta temperatura, se alcanza el máximo rango de secado.

• Tiempo de secado

La duración necesaria del tiempo de secado depende del contenido del líquido de

la muestras. Una regla básica para calcular el tiempo de secado es la siguiente:

multiplicar el volumen de la muestra, en unidades microlitros, con un factor de 0,6

para dar el tiempo de secado en segundos, ej: 100ul x 0,6= 60 segundos. Esta

regla general es válida solo para secar muestras acuosas a una temperatura de

secado de 300ºC.

Nota: si la temperatura de secado de 300ºC es reducida para una muestra acuosa,

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el tiempo de secado debe ser aumentado

• Temperatura de descomposición

Seguido al paso de secado, la muestra es descompuesta (pirolizada) a alta

temperatura. Independiente de la matriz y con el fin de obtener una completa

calcinación de la muestra, la temperatura de descomposición para la mayoría de

las aplicaciones es de 850ºC. Solo en este caso todo el mercurio disponible estará

liberado de la matriz. Si la temperatura de descomposición fijada es muy baja,

algunos de los enlaces de la matriz no serán destruidos y el mercurio quedara en

el residuo de la muestra.

• Tiempo de descomposición

El tiempo de descomposición es el periodo de tiempo en que la muestra es tratada

a alta temperatura. Diferentes matrices de muestras requerirán diferentes tiempos

de descomposición. El tiempo mínimo de descomposición debería ser de 180

segundos dependiendo de la matriz. Para muestras con un alto contenido orgánico

o para materiales refractarios, recomendamos un tiempo de descomposición mas

largo. Una regla básica para calcular el rango de tiempo es la siguiente: multiplicar

el peso de la muestra, en unidades de miligramos, por un factor de 0,5 para

obtener el tiempo de descomposición en segundos. Ej: 500 mg x 0,5 = 250

segundos.

La regla general durante el desarrollo del método para ambos tipos de muestra,

fáciles de digerir y difícilmente digeribles, es repetir la serie tres veces a 180

segundos y después calcular el RSD (poner definición). Si los resultados no son

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satisfactorios, repetir la prueba extendiendo el tiempo de descomposición.

• Tiempo de Purga

Durante las etapas de secado y descomposición, todos los productos gaseosos de

la reacción son transportados por el flujo de oxigeno a través del catalizador al

amalgamador. Solo el mercurio es atrapado en el amalgamador y todos los demás

gases son sacados afuera del sistema.

El tiempo de purga se define con el periodo de tiempo requerido para que el flujo

de oxigeno saque todos los productos de la pirolisis del sistema antes de que

comience la medición del Hg. El tiempo estándar es de 60 segundos.

• Tiempo de calentamiento del amalgamador

Es el periodo de tiempo requerido para que el amalgamador sea rápidamente

calentado, liberando así todo el Mercurio colectado en la celda de absorción. El

tiempo estándar de calentamiento es 12 segundos.

• Tiempo de grabación

El tiempo de grabación corresponde al periodo de tiempo que necesita el software

para grabar la señal del vapor de Hg viajando a través de las celdas de absorción

de flujo. El tiempo estándar es de 30 segundos.

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1.3 OBJETIVOS DE LA MEMORIA

1.3.1.- OBJETIVO GENERAL

� Implementar y Validar preliminarmente una metodología para determinar

Mercurio en suelos y agua, por Espectrofotometría de Absorción Atómica

Fría.

1.3.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

� Identificación y Cuantificación de Mercurio en matrices de Aguas y Suelos

� Evaluación de Índices de Mercurio en matrices de Aguas y Suelos

� Realizar Estudio de Mercurio en matrices de agua y suelos

� Analizar Costos del Equipo DMA-80 versus método convencional

Espectrofotómetro Absorción Atómica Generación de Hidruros.