DISOLUCIÓN DE LA MUESTRA

Disolución de la muestra

La mayoría de métodos de análisis requieren que la muestra se encuentre en disolución. Si tenemos suerte, se disolverá fácilmente, en recipientes abiertos, con disolventes comunes, aplicando agitación o calor. El agua es un buen disolvente para las muchas sales inorgánicas. Las muestras orgánicas se disuelven frecuentemente en disolvente orgánicos comunes como: metanol, diclorometano, tolueno o hexano.

Comportamiento de algunas sales  inorgánicas frente al agua

Sales inorgánicas

Nitratos    Todos.
Cloruro    Todos solubles menos el cloruro de plata, el de plomo en caliente
Sulfato     La mayoría solubles, los de calcio, mercurio y plata poco solubles, los de plomo y bario                    insolubles.


A veces no se pueden utilizar los disolventes ordinarios para las muestras inorgánicas de modo que se utiliza ácidos, combinaciones de estos u álcalis.

Son de uso común los ácidos: clorhídrico, nítrico y sulfúrico. La combinación de sus propiedades oxidantes y su capacidad para formar complejos nos es útil para disolver las muestras. Estos ácidos son capaces de disolver gran parte de los metales, óxidos, carbonatos, etc.

Los metales nobles como el oro y el platino se consiguen disolver con una mezcla de ácido clorhírico/nítrico en proporción 3:1 en volumen. Los ácidos nítrico, sulfúrico y perclórico destruyen la materia orgánica. El ácido perclórico en caliente es fuertemente oxidante y es peligroso usarlo directamente sobre la materia orgánica, ya que puede producir reacciones explosivas, por lo que previamente a su uso la mayor parte de la materia orgánica se destruye bien con ácido sulfúrico o ácido nítrico.

ÁCIDOS Y BASES PARA LA DISOLUCIÓN DE LA MUESTRA

Solución                              Uso y propiedades

Ácido clorhídrico                 Metales, óxidos, carbonatos, fosfatos y sulfuros
                                             Ácido fuerte, no oxidante y formador de complejos solubles en agua
Ácido nítrico                        Metales, destruye materia orgánica
                                             Ácido fuerte, oxidante y poco complejante
Ácido sulfúrico                    Metales, deshidrata, destruye la materia orgánica
                                             Ácido fuerte, oxidante en caliente y destruye la materia orgánica
Agua regia                           Metales nobles (oro, platino...)
                                             Mezcla 3:1 en volumen de ácido clorhídrico y ácido nítrico, presenta                                                      propiedades oxidantes y complejantes
Hidróxido de sodio              Aluminio y óxidos anfóteros de estaño, plomo, zinc y cromo
                                             Base fuerte


La disolución con ácidos a ebullición (digestión) en recipientes abiertos, comporta el riesgo de pérdidas de las especies volátiles formadas por protonación de los aniones como carbonato, sulfuro, fósforo, borato, etc.


5.4.1. Disolución por fusión

Algunas muestras inorgánicas también se resisten a disolverse con ácidos o sus mezclas, entonces se procede a la fusión con fundentes (disgregación) para hacerlos solubles. Se mezcla la muestra con el fundente en proporción 1:10 o mayores, y se calienta en un crisol de cuarzo, porcelana, níquel, acero, platino, etc. a temperaturas elevadas entre 300-1200 ºC en un horno de mufla, construido con ladrillos refractarios de baja densidad y fibras aislantes, y con placas calefactoras con resistencia incorporadas en los dos laterales.

El fundente consigue la reducción de la temperatura de fusión de la mezcla, además de reaccionar produciendo un producto soluble que una vez enfriado se disolverá con ácido diluido o agua. En la fusión existe el riesgo de contaminación de la muestra por la gran cantidad de fundente utilizado respecto a la muestra y el riesgo de pérdida de componentes volátiles


5.4.2. Mineralización de la muestra.

Para el análisis inorgánico de las muestras biológicas, se elimina la materia orgánica para transformándola en compuestos volátiles. La técnica se clasifican en vía seca (calcinación o combustión) y vía húmeda.

La combustión se utiliza para análisis elementales cuantitativos de compuestos orgánicos. La muestra se coloca en una navecilla de porcelana o patino dentro de un tubo, se calienta reacciona con una corriente de oxígeno, produciéndose la combustión de la misma con la obtención de compuestos volátiles como CO2, H2O, entre otros que atravesarán un tren de absorción donde quedan retenidos. El aumento de peso del recipiente con el absorbente nos servirá para determinar los elementos que formaban la muestra orgánica.

En la calcinación, la muestra, en un crisol de porcelana o platino, se somete a elevadas temperaturas (400-700 ºC) dentro de un horno eléctrico o mufla. El oxígeno del aire ejerce como agente oxidante, quema la materia orgánica dejando en el crisol el residuo inorgánico. Con esta técnica se pueden recuperar elementos traza como Pb, Cr o Fe de las muestras orgánicas. El residuo se trata con ácido clorhídrico caliente y se siguen los procedimientos de análisis en cada caso concreto.

La mineralización por vía húmeda se lleva a cabo aplicando un ácido oxidante a ebullición o con mezclas de ácidos: nítrico, sulfúrico o perclórico. Los ácidos oxidan la materia orgánica a CO2, generando otros productos volátiles que se evaporan dejando en el recipiente las sales inorgánicas.

La digestión con ácido sulfúrico es un método habitual para la determinación de nitrógeno en muestras orgánicas y biológicas. El método Kjeldhal consiste en mineralizar la muestra en presencia de ácido sulfúrico caliente, con la intervención de sales, oxidantes y catalizadores para agilizar el proceso. Los compuestos nitrogenados se transforman en amonio. Seguidamente, la muestra se alcaliniza y destila, recogiéndose amoniaco sobre una solución ácida. El exceso de ácido de la solución se titula y se determina la cantidad de nitrógeno de la muestra.


5.4.3. Disolución de la muestra asistida con microondas.

En algunos casos, en recipientes abiertos, se pueden tardar  horas para conseguir solubilizar la muestra. Un modo de agilizar el proceso es introducir la muestra en un recipiente cerrado y calentarlo en un horno microondas. Las ondas electromagnéticas generadas por el magnetrón provocan el movimiento de rotación de las moléculas polares, como el agua, y el consiguiente calentamiento de la muestra. Los recipientes utilizados para la digestión con microondas son de teflón o sílice fundida, son estables a temperaturas elevadas (200-300 ºC), resistentes químicamente, capaces de soportar grandes presiones (40-100 bar) y transparentes a la radiación. Se colocan en el interior de un equipo de microondas con capacidad para entre 6 y 12 recipientes y la muestra se somete a radiación.

Al realizar el proceso en un recipiente cerrado, no se pierden los componentes volátiles, las condiciones de presión y temperatura elevada permiten conseguir solubilizar la muestra en un periodo de tiempo menor.

En los procesos de mineralización se deben de tomar precauciones ya que se manipulan compuestos con propiedades ácido-base y oxidantes fuertes y en muchas ocasiones en caliente. Se aprovecha la capacidad para formar complejos solubles, redox y propiedades ácido-base para disolver la muestra. Algunos de ellos consiguen destruir la materia orgánica.