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ANALISIS-DE-SILICIO-POR-ESPECTROMETRIA-DE-EMISION-OPTICA-CON-PLASMA-ACOPLADO-INDUCTIVAMENTE-EN-MUESTRAS-DE-ACEITE-CRUDO

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EESSCCUUEELLAA SSUUPPEERRIIOORR DDEE IINNGGEENNIIEERRÍÍAA QQUUÍÍMMIICCAA EE IINNDDUUSSTTRRIIAASS 
EEXXTTRRAACCTTIIVVAASS 
 
 
AANNÁÁLLIISSIISS DDEE SSIILLIICCIIOO OORRGGÁÁNNIICCOO PPOORR EESSPPEECCTTRROOMMEETTRRÍÍAA DDEE EEMMIISSIIÓÓNN ÓÓPPTTIICCAA CCOONN 
PPLLAASSMMAA AACCOOPPLLAADDOO IINNDDUUCCTTIIVVAAMMEENNTTEE ((IICCPP--OOEESS)) EENN MMUUEESSTTRRAASS DDEE AACCEEIITTEE CCRRUUDDOO.. 
 
 
TTEESSIISS PPAARRAA OOBBTTEENNEERR EELL TTÍÍTTUULLOO DDEE:: 
IINNGGEENNIIEERROO QQUUÍÍMMIICCOO IINNDDUUSSTTRRIIAALL 
 
PPRREESSEENNTTAANN:: 
LLIITTZZAA HHAAYYAA ZZOORRAAYYAA CCAARRBBAAJJAALL PPIITTAA.. 
BBEERREENNIICCEE AADDIIEELL NNOOLLAASSCCOO EESSTTRREELLLLAA 
 
 
 DDIIRREECCTTOORR DDEE TTEESSIISS:: MM EENN CC AANNTTOONNIIOO RROOJJAASS AAMMAARROO 
 
 
MÉXICO D.F., AGOSTO 2011. 
 
 
 
M. en C. Juli 
Presidente 
Aplicación de I 
SECRETARIA 
DE 
EDUCACION PUBLICA 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS 
DEPARTAMENTO DE EVALUACiÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO 
T-151-10. 
México, D. F., a 30 de septiembre de 2010. 
A las C. Pasante: Boleta: Carrera: Generación: 
L1TZA HAYA ZORAyA CARBAJAL PITA 2006320962 IQI 2005-2009 
BERENICE ADIEL NOLASCO ESTRELLA 2006320222 IQI 2005·2009 
Benito Juárez No. 40 
Del Carmen 
Gustavo A. Madero 
México, D. F. 
C.P. 07210 
Mediante el presente se hace de su conocimiento que este Departamento acepta que el 
C. M. en C. Antonio Rojas Amaro, sea orientador en el Tema que propone usted desarrollar como 
prueba escrita en la opción; TESIS COLECTIVA con el título y contenido siguiente: 
"Análisis de silicio orgánico por espectrometria de emisión óptica con plasma acoplado 
inductivamente (ICP-OES) en muestras de aceite crudo", 
Resumen. 
Introducción. 
1.- Contaminación de silicio en procesos productivos. 
11.- Silicio en la industria de petroquímica. 
111.- Técnicas de caracterización. 
IV.- Parte experimental. 
Análisis y discusión de resultados
 
Conclusiones.
 
Espectros.
 
Bibliografía.
 
Anexos.
 
plazo máximo de un año, a partir de esta fecha, para presentarlo a revisión por 
M. en C. An 10 as Amaro 
Profesor Director u Orientador
 
Cedo Prof.5378830
 
Ing. Teresa Quevedo Saines 
Jefa del Departamento de Evaluación y
 
Seguimiento Académico
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS 
SECRETARIA
 
DE
 
EDUCACION PUBLICA
 
DEPARTAMENTO DE EVALUACiÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO 
T·051·10. 
México, D. F., 3 de Agosto de 2011. 
A las C. Pasantes: Boleta: Carrera: Generación: 
LlTZA HAYA ZORAYA CARBAJAL PITA 2006320962 IQI 2005-2009 
BERENICE ADIEL NOLASCO ESTRELLA 2006320222 IQI 2005-2009 
PRESENTE 
Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted, que habiendo procedido a revisar el 
borrador de la modalidad de titulación correspondiente, denominado: 
"Análisis de silicio orgánico por espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado 
inductivamente (lCP-OES) en muestras de aceite crudo". 
encontramos que el citado trabajo de Tesis Colectiva, reúne los requisitos para autorizar el Examen 
Profesional y PROCEDER A SU IMPRESIÓN según el caso, debiendo tomar en consideración las 
indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron. 
Dr.~inero
 
Secretario 
c.c.p.- Expediente 
 
ii 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Al Instituto Politécnico Nacional por el apoyo 
recibido durante nuestra preparación profesional 
y por la formación académica proporcionada. 
 
Al Instituto Mexicano del Petróleo porque 
gracias a su apoyo financiero y administrativo 
fue posible el desarrollo de este proyecto. 
 
Al M. en C. Antonio Rojas Amaro por su gran 
apoyo y motivación para la elaboración de esta 
tesis 
 
Al Dr. Gerardo Zavala Olivares por su apoyo 
incondicional en la realización de este trabajo. 
 
Zoraya y Berenice 
 
 
 
 
 
iii 
 
 
Quiero agradecer: 
 
En especial a mis padres, que siempre me han dado 
su apoyo incondicional y a quienes debo este triunfo 
profesional, por todo su trabajo y dedicación para 
darme una formación académica. 
 
A mis hermanos, por el apoyo y compañía durante 
todo este tiempo. 
 
A Bere por todo el tiempo compartido, por su 
amistad y apoyo incondicional. 
 
Y a todas aquellas personas que de una u otra forma, 
colaboraron en la realización de esta tesis. 
 
 Zoraya 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
 
 
Agradezco: 
 
A mis padres, por el cariño y apoyo que siempre 
he recibido de ustedes y con el cual he logrado 
culminar mi esfuerzo, terminando así mi carrera 
profesional; que es para mí la mejor de las 
herencias. 
 
A mis hermanas, por la comprensión y 
motivación que siempre he recibido de ustedes. 
 
A mi esposo, porque no encontraré la forma de 
agradecer su apoyo, comprensión y confianza 
esperando que comprendas que mis logros son 
también tuyos e inspirados en ti. 
 
A Zoraya Carbajal por su amistad y apoyo 
durante mi carrera, porque sin su apoyo no lo 
habría logrado. 
 
Y a todas las personas que nos me dieron su 
apoyo a lo largo de este tiempo. 
 
Con todo mi amor 
 
Bere 
 
 
v 
ÍNDICE 
RESUMEN 1 
INTRODUCCIÓN 2 
I. CONTAMINACIÓN DE SILICIO EN PROCESOS PRODUCTIVOS 3 
1.1 FUENTES DE CONTAMINACIÓN DE SILICIO 3 
1.2 CONTAMINACIÓN NATURAL 3 
1.3 CONTAMINACIÓN ANTROPOGÉNICA 3 
1.4 EFECTOS EN LOS PROCESOS PRODUCTIVOS 4 
II. SILICIO EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA 6 
2.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL SILICIO 6 
2.1.1 Características 6 
2.1.2 Propiedades Físicas 6 
2.1.1 Propiedades Químicas 6 
2.2 USOS Y APLICACIONES DEL SILICIO EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA 7 
III. TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN 9 
3.1 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE ACEITE CRUDO 9 
3.2 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN ÓPTICA 
CON PLASMA ACOPLADO INDUCTIVAMENTE (ICP-OES) 
11 
3.2.1 Plasma 14 
3.2.2 La instrumentación en el ICP-OES 18 
3.2.2.1 Nebulizador 18 
3.2.2.2 Bomba 20 
3.2.2.3 Cámara de Nebulización 21 
3.2.2.4 Antorcha 22 
3.2.2.5 Generador de Radio Frecuencia 22 
3.2.3 Dispositivos de Dispersión de Longitud de Onda 23 
3.2.4 Detectores 25 
3.2.4.1 Arreglo de Detectores 26 
3.2.5 Visión Dual 26 
3.2.6 Vista Radial 27 
3.2.7 Vista Axial 27 
3.2.8 Interferencias 28 
 
vi 
3.2.8.1 Interferencias Químicas 28 
3.2.8.2 Interferencias Físicas 29 
3.2.8.3 Interferencias Espectrales 30 
3.2.8.4 Interferencias de Fondo 30 
3.3 USOS Y APLICACIONES DE ICP-OES 30 
3.3.1 Agrícola y Alimentos 30 
3.3.2 Biológicas y Clínicas 31 
3.3.3 Geológicas 31 
3.3.4 Aguas y Medio Ambiente 31 
3.3.5 Metales 31 
3.3.6 Orgánicos 31 
IV PARTE EXPERIMENTAL 32 
4.1 SELECCIÓN DE LONGITUDES DE ONDA CARACTERÍSTICAS PARA EL 
 SILICIO 
32 
4.2 MÉTODO 34 
4.3 PREPARACIÓN DE MUESTRAS 36 
4.3.1 Muestras 36 
4.3.2 Estándares 40 
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 42 
CONCLUSIONES 54 
ESPECTROS 55 
BIBLIOGRAFÍA 61 
ANEXOS 63 
 
 
 
vii 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura I. Modelo Atómico de Bohr 11 
Figura II. Procesos de Excitación, Ionización y Emisión 12 
Figura III. 
Elementos que pueden ser analizados por Espectrometría de Emisión 
Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente 
14 
Figura IV. 
La sección cruzada de una antorcha de ICP y el serpentín de carga que 
representan una sucesión de la ignición 
14 
Figura V. 
Proceso que tiene lugar cuando una gota de la muestra se introduce en 
una descarga de ICP 
16 
Figura VI. Las zonas del ICP: 16 
Figura VII. Zonas del ICP y procesos de ionización y excitación de la muestra 17 
Figura VIII.Regiones de Temperaturas del ICP 17 
Figura IX. Los principales componentes y el diseño de un instrumento ICP-OES 18 
Figura X. Nebulizador Tipo Babington 19 
Figura XI. Nebulizador Gem Cone 20 
Figura XII. Bomba Peristáltica usada por ICP-OES 20 
Figura XIII. Cámara Ciclónica Bafleada 22 
Figura XIV. Antorcha Típica de un ICP-OES 22 
Figura XV. Rejilla de difracción separando dos longitudes de onda de la luz 23 
Figura XVI. Espectro electromagnético entre 350 y 750 nm 23 
Figura XVII. Configuración Típica para un Espectrómetro tipo Echelle 24 
Figura XVIII. Tubo Fotomultiplicador 25 
Figura XIX. Vista Dual 27 
Figura XX. Transferencia óptica en vista dual 27 
Figura XXI. Vista Radial 27 
Figura XXII. Vista Axial 28 
Figura XXIII. Espectros de estándares de Silicio 33 
Figura XXIV. 
Espectrómetro de Emisión Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente 
7300 DV 
38 
Figura XXV. Tratamiento de muestra 39 
Figura XXVI. Gráfico de linearidad del sistema 43 
Figura XXVII. Curva de calibración para muestra M-2 55 
Figura XXVIII. 
Espectro de la muestra M-2, de contenido promedio de silicio de 2.01 
ppm 
55 
 
viii 
Figura XXIX. Curva de calibración para muestra M-7 56 
Figura XXX. 
Espectro de la muestra M-7, de contenido promedio de silicio de 1.66 
ppm 
56 
Figura XXXI. Curva de calibración para muestra M-12 57 
Figura XXXII. 
Espectro de la muestra M-12, de contenido promedio de silicio de 1.31 
ppm 
57 
Figura XXXIII. Curva de calibración para muestra M-17 58 
Figura XXXIV. 
Espectro de la muestra M-17, de contenido promedio de silicio de 1.29 
ppm 
58 
Figura XXXV. Curva de calibración para muestra M-22 59 
Figura XXXVI. 
Espectro de la muestra M-22, de contenido promedio de silicio de 2.37 
ppm 
59 
Figura XXXVII. Curva de calibración para muestra M-27 60 
Figura XXXVIII. 
Espectro de la muestra M-27, de contenido promedio de silicio de 1.54 
ppm 
60 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla I. Clasificación de aceite crudo en México 9 
Tabla II. Métodos para la cuantificación de metales en crudo y aceites lubricantes 10 
Tabla III. Longitudes de onda características del Silicio 32 
Tabla IV. Condiciones de Operación 35 
Tabla V. Datos experimentales para linearidad 42 
Tabla VI. Resultados estadísticos de linearidad 43 
Tabla VII. Datos experimentales para precisión del sistema 45 
Tabla VIII. Resultados estadísticos de precisión del sistema 46 
Tabla IX. Datos experimentales para repetibilidad 47 
Tabla X. Resultados estadísticos de repetibilidad 48 
Tabla XI. Datos experimentales para reproducibilidad 49 
Tabla XII. Resultados estadísticos de reproducibilidad 49 
Tabla XIII. Valores de desviación estándar del blanco leído como muestra 51 
Tabla XIV. Resultados de análisis de silicio en aceite crudo 53 
 
 
1 
RESUMEN 
Este trabajo describe la aplicación de la técnica de Espectrometría de Emisión 
Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-OES) para el análisis de silicio 
orgánico en aceite crudo. 
El primer capítulo contiene información acerca de la presencia del silicio en la 
naturaleza y la contaminación provocada por el hombre; así como los efectos que 
causa en los procesos productivos. Principalmente el envenenamiento de 
catalizadores en los procesos de refinación del aceite crudo. 
En el segundo capítulo se mencionan de manera general las propiedades 
físicas y químicas del silicio; algunas de sus aplicaciones, por ejemplo el uso de 
polisiloxanos en antiespumantes. 
El capítulo tres describe las características del aceite crudo. La técnica de 
Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-OES) 
la cual permite cuantificar el contenido de silicio orgánico a nivel de trazas de forma 
precisa; además de los usos y aplicaciones del ICP-OES en otras ramas. 
En el capítulo cuatro se establece la metodología para el análisis de aceite 
crudo, basada en el método ASTM-D-5185, describiendo el tratamiento que recibe la 
muestra antes de introducirse en el equipo, la preparación de estándares; así como 
la selección de la longitud de onda. 
A continuación se concentra la información de los resultados obtenidos de la 
presencia de silicio en aceite crudo. Con el estudio estadístico se comprueba que la 
metodología implementada en esta tesis es adecuada porque presenta confiabilidad 
del 98%. 
 
 
2 
INTRODUCCIÓN 
Las necesidades de la industria petrolera demandan estudios dedicados a la 
determinación de elementos a nivel de trazas (metales y no metales); estos estudios 
están relacionados con las actividades de exploración y explotación, para las 
acciones correctivas durante la producción y refinación de petróleo. 
Es necesario para analizar elementos a nivel de trazas en petróleo crudo y 
otros productos del petróleo, un método multi-elemental rápido y sensible por lo que 
generalmente se utiliza la técnica de Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma 
Acoplado Inductivamente (ICP-OES). 
Uno de estos elementos de interés para la industria petrolera es el monitoreo 
del contenido de silicio en aceite crudo, debido a los problemas que ocasiona en los 
procesos de explotación y refinación, principalmente en el envenenamiento de 
catalizadores. Por tal motivo el objetivo de esta tesis es desarrollar una metodología 
por la técnica de Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Acoplado 
Inductivamente (ICP-OES) que permita cuantificar silicio orgánico presente en aceite 
crudo; debido a la falta de un método definido para el análisis de aceite crudo. 
Por lo que es necesario realizar lo siguiente: 
 Seleccionar el método más adecuado para el análisis de Silicio 
orgánico en aceite crudo. 
 Proponer una metodología de preparación de muestras para su 
análisis. 
 Realizar las pruebas en el aceite crudo aplicando la metodología 
propuesta. 
 Analizar y discutir de los resultados obtenidos. 
 
 
3 
I. CONTAMINACIÓN DE SILICIO EN PROCESOS PRODUCTIVOS 
1.1 FUENTES DE CONTAMINACIÓN DE SILICIO 
El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre 
después del oxígeno, está presente en materiales tan diversos como arena, arcilla, 
vidrio o el hueso. Debido a esto en algunos casos puede considerarse como un 
contaminante, como se explica a continuación: 
1.2 CONTAMINACIÓN NATURAL 
El silicio no se encuentra libre en la naturaleza, se presenta en oxi-
compuestos tales como la sílice y los silicatos. Los compuestos de silicio y oxigeno 
son los más abundantes en la corteza terrestre. 
Las rocas que contienen silicio componen cerca del 70% de la corteza 
terrestre, siendo así la principal fuente de silicio para los cuerpos de agua 
superficiales y las aguas subterráneas. La lluvia, los manantiales y los lixiviados de 
suelos contienen alta concentración de CO2, el cual mineraliza las rocas silíceas 
liberando sílice (SiO2). [1] 
Las erupciones volcánicas también contribuyen al aumento de la 
concentración de silicio en la corteza terrestre, debido a la formación de rocas 
ígneas. Estas rocas se forman cuando el magma (roca fundida) se enfría y solidifica; 
están compuestas fundamentalmente por silicatos. 
1.3 CONTAMINACIÓN ANTROPOGÉNICA 
Diversas actividades realizadas por el hombre provocan la liberación de polvos 
llamados Partículas Suspendidas Totales (PST), que son aerosoles atmosféricos 
originados por la suspensión en el aire de los minerales que constituyen el suelo, 
principalmente óxidos de silicio. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Magma
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicato
 
4 
En las actividades como construcción, industria siderúrgica, del vidrio y en 
fundiciones, se producen grandes cantidades de polvo de sílice, el cual al estar en el 
aire y respirarlo queda atrapado en los pulmones y puede provocar silicosis la cual es 
mortal, ya que dificulta la respiración. 
La cantidad de silicio en la corteza terrestre aumentará a largo plazo debido a 
los usos que se le está dando, principalmente en la fabricaciónde celdas solares, ya 
que al terminar su vida útil se volverán basura contaminante al medio ambiente. [2] 
1.4 EFECTOS EN LOS PROCESOS PRODUCTIVOS 
La presencia de metales en petróleo crudo mexicano se conoce a nivel de 
trazas y son: silicio (Si), vanadio (V), níquel (Ni), estaño (Sn), plomo (Pb), calcio (Ca), 
magnesio (Mg), hierro (Fe), aluminio (Al), sodio (Na), titanio (Ti) y cobre (Cu). 
El silicio en el petróleo crudo tiene diferentes orígenes, este puede ser nativo 
(inorgánico) y se encuentra en las arcillas que son arrastradas en la extracción, o 
adicionado (orgánico) durante el trasporte. [3] 
Se encuentra silicio orgánico en el petróleo crudo de manera adicionada 
debido a los antiespumantes, utilizados para el control de espuma y facilitar el 
transporte del crudo en los ductos de distribución. 
La espuma disminuye la capacidad general del equipo de tratamiento y puede 
dificultar el proceso de extracción de petróleo. Si no se controla la espuma, ésta 
puede causar un desborde del tanque de producción lo que implica gastos 
adicionales en concepto de operaciones de limpieza. 
Los antiespumantes (polisiloxanos) son productos químicos que al agregarlos 
al sistema, desestabilizan la espuma. El uso de estos es el método más popular para 
el control de espuma y es utilizado ampliamente en todo el mundo. 
Como consecuencia de la adición de antiespumantes, el silicio adicionado 
puede perjudicar los procesos de refinación, envenenando los catalizadores, 
 
5 
reduciendo su utilidad, lo que provoca el paro del proceso para cambio de 
catalizadores y esto genera pérdidas económicas. [4] 
La desactivación de catalizadores por envenenamiento sucede cuando ciertas 
moléculas presentes en el medio de reacción (venenos) se quimisorben 
irreversiblemente sobre los centros activos, disminuyendo el número de éstos 
disponibles para la reacción principal. 
 
6 
II. SILICIO EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA 
2.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL SILICIO 
El silicio es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el 
grupo IV de la tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de los 
carbonoideos de símbolo Si; masa atómica: 28.09. 
No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio 
y de silicatos complejos. 
2.1.1 Características 
Se presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvo parduzco, 
más activo que la variante cristalina, que se presenta en octaedros de color azul 
grisáceo y brillo metálico, es dura, poco soluble, poco reactiva y bastante piezo-
eléctrico. [5] 
2.1.2 Propiedades físicas 
 Punto de ebullición: 2355°C 
 Punto de fusión: 1410°C 
 Densidad: 2.33 g/cm3 
 Entalpía de vaporización: 384,22 kJ/mol 
 Entalpía de fusión: 50,55 kJ/mol 
 Solubilidad en agua: ninguna 
2.1.3 Propiedades químicas 
Aunque es un elemento relativamente inerte y resistente a la acción de la 
mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. [6] 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico
http://es.wikipedia.org/wiki/Semimetal
http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_at%C3%B3mico
http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos
http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonoideo
http://es.wikipedia.org/wiki/Octaedro
http://es.wikipedia.org/wiki/Soluble
http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/piezoelectrico.html
http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/piezoelectrico.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Kilojulio_por_mol
http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa_de_fusi%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Kilojulio_por_mol
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido
http://es.wikipedia.org/wiki/Hal%C3%B3geno
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcali
 
7 
2.2 USOS Y APLICACIONES DEL SILICIO EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA 
El silicio es uno de los elementos que mas aplicaciones tiene, su óxido 
conocido como cuarzo, es útil para sustituir el vidrio en aplicaciones donde éste no 
resiste las condiciones, ampolletas de luces de halógenos, termómetros de altas 
temperaturas, recipientes para ensayos de laboratorio, etc. 
Gracias a su efecto piezo-eléctrico se usa para sensores de presión de 
condiciones extremas, y para "cristales de frecuencia" de relojes y electrónica en 
general. 
Grandes cantidades de sílice (forma impura del cuarzo) se usan para fabricar 
el vidrio. 
Toda la industria de cerámicas se basa en la formación de distintos silicatos, 
los cuales se utilizan para la fabricación de porcelana, peltre, cerámica roja, etc. 
El silicio es el más importante semiconductor para la fabricación de los 
componentes básicos de la electrónica actual, diodos, transistores, etc. [7] 
Se utilizan silanos y siloxanos para proteger materiales de construcción del 
ingreso de agua, abrasión por partículas suspendidas en el aire, ataque producido 
por organismos y derrames accidentales. Estos compuestos de silicio se utilizan 
debido a la capacidad que tienen de penetrar y formar una capa protectora y 
repelente dentro del substrato; como madera, arena, piedra caliza, hormigón, 
ladrillos, etc. [8] 
Las siliconas están presentes en productos cosméticos, como en shampoos, 
desodorantes, cremas y lociones. Estas protegen de los agentes atmosféricos 
externos. 
Los componentes electrónicos son a veces encerrados en silicona para 
aumentar la estabilidad frente a impactos mecánicos y eléctricos, la radiación y la 
vibración; a este proceso se le llama "encapsulamiento". 
http://www.sabelotodo.org/minerales/cuarzo.html
http://www.sabelotodo.org/construccion/vidrio.html
http://www.sabelotodo.org/glosario/diodo.html
http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/transistor.html
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Resin_dispensing&usg=ALkJrhhiJRyD5v78-xAcmj13UCM9_2xNxw
 
8 
El gel de sílice, también conocido como Silicagel, es un producto absorbente 
de humedad, se consigue con diversas estructuras de poro, algunos pueden llegar a 
absorber hasta 40% su peso en agua. Son ampliamente utilizados en procesos 
cromatográficos para la separación y purificación de productos naturales y de 
síntesis de reacción. 
Las celdas solares son fabricadas a base de materiales que convierten 
directamente la luz solar en electricidad, la mayor parte de celdas solares utilizadas a 
nivel comercial son de silicio ya que es semiconductor. [9] 
Así mismo el silicio es ampliamente utilizado en procesos metalúrgicos. Los 
pistones de motores se fabrican de aleaciones de aluminio-silicio, a medida que 
aumenta la proporción de silicio desde un 9 hasta un 20% las propiedades del pistón 
varían en: la disminución de la densidad y coeficiente de dilatación, mejora la 
conductividad térmica, el aumento de dureza y resistencia a la fractura. [10] 
El uso del silicio en la industria petroquímica se limita a zeolitas como soporte 
de catalizadores y antiespumantes. 
Las zeolitas (alumino-silicatos) como soporte catalítico contienen en su 
superficie grupos ácidos debido al gradual removimiento de agua en los tratamientos 
térmicos. El área en la silica-alumina juega un rol importante pues contiene poros 
muy finos y la superficie de estos suministra el área necesaria para obtener una alta 
velocidad de reacción. 
En los antiespumantes se utilizan siliconas debido a la baja solubilidad en 
agua y buenas propiedades de propagación, evitan la formación de espuma en los 
procesos productivos, principalmente en la refinación del petróleo; se pueden 
encontrar en base aceite o en emulsión base agua. [11] 
 
9 
III TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN 
3.1 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE ACEITE CRUDO 
El petróleo es una mezcla de compuestos gaseosos, líquidos y sólidos de 
carbono e hidrógeno que se formó hace miles de años por el “cocimiento” de gran 
cantidad de seres orgánicos que habitaron la Tierra y que quedaron atrapados en el 
subsuelo, tantoen tierra firme como debajo del lecho marino. A esta mezcla se le 
llama petróleo crudo o simplemente crudo. 
Por su composición se le llama nafténico al crudo del que se obtienen 
gasolinas (naftas) y parafínico, para obtener lubricantes, grasas y parafinas. 
La densidad en el petróleo crudo se define en términos de los grados API 
(Instituto Americano del Petróleo) y está relacionada con la gravedad específica; 
entre más pesado es el petróleo crudo, menor es su densidad API. Si el petróleo 
crudo es ligero mayor es su calidad y precio. 
Por su densidad o grados API, en México se clasifica como se muestra en la 
tabla I: 
Tabla I. Clasificación de aceite crudo en México. [12] 
Tipo de crudo Nombre ° API 
Superligero Olmeca >39 
Ligero Istmo 34 
Pesado Maya 22 
En el 2008, inició el mezclado de crudo ligero de 32° API con crudo 
extrapesado del activo integral Ku-Maloob-Zaap de 13° API, para mantener la calidad 
de 20.9° API necesaria para crudo de exportación. [12] 
El contenido de azufre junto con la gravedad API son las propiedades que 
tienen la mayor influencia en el valor comercial del crudo, en crudos mexicanos varía 
desde 0.8 %v hasta más del 5 % v. 
 
10 
Existen diferentes técnicas de tipo cualitativo y cuantitativo, para determinar la 
presencia y concentración de metales contenidos en diferentes tipos de aceite crudo 
y aceites lubricantes; entre estas técnicas se encuentran Espectroscopia de 
Absorción Atómica (AAS), Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Acoplado 
Inductivamente (ICP-OES) y Espectrometría de Fluorescencia de R-X. Algunos 
métodos utilizados para analizar este tipo de muestras se mencionan en la tabla II. 
Tabla II. Métodos para la cuantificación de metales en crudo y aceites 
lubricantes. [13] 
ASTM-D-5863 
Método de prueba estándar para la determinación de níquel, 
vanadio, fierro y sodio en aceites crudos y combustibles residuales 
por Espectrometría de Absorción Atómica de Flama. 
ASTM-D-4628 
Método de prueba estándar para el análisis de bario, calcio, 
magnesio y zinc en aceites lubricantes no usados, por 
Espectrometría de Absorción Atómica. 
ASTM-D-5708 
Método de prueba estándar para la determinación de níquel, 
vanadio y fierro en aceites crudos y combustibles residuales por 
Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Acoplado 
Inductivamente (ICP-OES). 
ASTM-D-5185 
Método de prueba estándar para la determinación de elementos en 
aditivos, metales de desgaste, y contaminantes en aceites 
lubricantes usados y determinación de elementos seleccionados en 
aceite base por Espectrometría de Emisión Atómica con Plasma 
Acoplado Inductivamente (ICP-AES). 
ASTM-D-4927 
Método de prueba estándar para el análisis elemental de 
componentes lubricantes y aditivos -bario, calcio, fósforo, azufre y 
zinc por Espectroscopia de Fluorescencia de longitud de onda 
Dispersiva de Rayos X. 
ASTM-D-6443 
Método de prueba para la determinación de calcio, cloro, cobre, 
magnesio, fósforo, azufre y zinc en aceites lubricantes no usados y 
aditivos por Espectrometría de Fluorescencia de longitud de onda 
Dispersiva de Rayos X (Procedimiento de corrección matemática). 
Estas técnicas estandarizadas son utilizadas para determinar diferentes 
compuestos metálicos en crudo y aceites lubricantes nuevos o gastados. 
 
11 
3.2 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN ÓPTICA 
CON PLASMA ACOPLADO INDUCTIVAMENTE (ICP-OES) 
La Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente 
(ICP-OES) es una de las ramas de la espectrometría analítica con la que se obtiene 
información analítica así como un espectro atómico en la región del espectro 
electromagnético ultravioleta (UV) y visible (VIS), con rango de longitud de onda de 
165nm a 403nm para UV y de 404nm a 782 nm para VIS. [15] 
En los procesos de emisión, se considera a la radiación electromagnética 
como ondas de partículas o paquetes discretos de energía llamados “fotones o 
cuantos”. Esta consideración de la radiación, como partícula y onda, no son 
excluyentes entre sí, sino más bien complementarias, ya que la energía de un fotón 
es directamente proporcional a su frecuencia. Esta dualidad se aplica tanto al flujo de 
electrones y protones como al de otras partículas elementales. 
Considerando el modelo atómico de Bohr mostrado en la figura I. El átomo se 
representa como un núcleo donde el electrón se encuentra alrededor de éste en un 
orbital. En este orbital, el electrón tiene un nivel de energía. En general, el orbital más 
distante al núcleo es el de mayor energía. 
 
Figura I. Modelo Atómico de Bohr. [16] 
Cuando los electrones de un átomo están en un orbital cercano al núcleo, el 
átomo se encuentra en su estado más estable, conocido como estado fundamental o 
basal. Cuando la energía es agregada al átomo da como resultado la absorción de la 
radiación electromagnética o una colisión con otras partículas, llegando al estado 
excitado. Este proceso es conocido como excitación. 
 
12 
Cuando un átomo llega a ser excitado, un electrón pasa de su estado 
fundamental a un estado excitado. Un átomo es menos estable en su estado 
excitado y decae a un menor estado de excitación, perdiendo energía a través de 
una colisión con otra partícula o por emisión de una “partícula” de radiación 
electromagnética, conocida como fotón. Como resultado de la pérdida de energía, el 
electrón retorna a su estado basal. 
A mayor energía absorbida por el átomo, un electrón puede ser 
completamente disociado del átomo, dejando un ion con carga positiva; este proceso 
es conocido como ionización, el llamado potencial de ionización es la cantidad de 
energía necesaria para extraer un electrón del último nivel de energía; y es diferente 
para cada elemento. 
En la figura II se muestran los procesos de excitación, ionización y emisión. 
Las líneas horizontales representan los niveles de energía de un átomo. Las flechas 
verticales representan la transición de energía, o cambios en la cantidad de energía 
de un electrón. 
 
Figura II. Procesos de Excitación, Ionización y Emisión. [16] 
La teoría cuántica fue propuesta por el físico Max Planck para explicar la 
radiación de un cuerpo caliente. Años después Albert Einstein utilizó esta teoría para 
tratar la emisión de electrones por metales expuestos a la luz (el efecto fotoeléctrico). 
La constante de Planck fue descrita por primera vez como la constante de 
proporcionalidad entre la energía (E) de un fotón y la frecuencia de sus asociados de 
http://es.wikipedia.org/wiki/Max_Planck
http://es.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Proportionality_constant&usg=ALkJrhg5bqxBEwSyD8EvxojtP1Mu9E60xg
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Proportionality_constant&usg=ALkJrhg5bqxBEwSyD8EvxojtP1Mu9E60xg
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Energy&usg=ALkJrhge0_-FpXBFH5D0Jqy5mhvZsQFxIg
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Photon&usg=ALkJrhgTNNe6zOTk3PUZYHijZAEW9eQB7Q
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency&usg=ALkJrhjO9TN1p6cGHBe-fb-3hSq9sr1XMg
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_wave&usg=ALkJrhjX7IntxmfnUCLfjGTDlRa3qsvmgw
 
13 
ondas electromagnéticas (ν). Esta relación entre la energía y la frecuencia se llama la 
relación de Planck o la ecuación de Planck-Einstein: 
 
Dado que la frecuencia ν, la longitud de onda λ, y la velocidad de la luz c se 
relacionanpor λν = c, la relación de Planck se puede expresar como: [17] 
 
Las interacciones que son importantes en la espectroscopia son las que dan 
lugar a transiciones entre diferentes niveles de energía de las especies químicas. 
Aunque cada elemento emite fotones a múltiples longitudes de onda, en la 
técnica de ICP-OES normalmente se selecciona una o algunas longitudes de onda 
para un elemento dado. El número total de fotones emitidos a una longitud de onda 
determinada es directamente proporcional a la concentración de dicho elemento en 
la muestra. 
ICP-OES es una técnica analítica útil para obtener información cuantitativa, la 
respuesta del instrumento debe compararse frente a materiales de referencia que 
contengan concentraciones conocidas de los elementos a determinar. [15] 
La espectrometría de ICP-OES es una de las técnicas más importantes del 
análisis instrumental, esta puede usarse para determinar la concentración de más de 
70 elementos como se muestra en la figura III, en una variedad de matrices desde 
niveles de partes por millón (ppm) hasta porciento en peso (% w) y pueden incluirse 
varios elementos en un único análisis, necesitando menos de 2 minutos después de 
la calibración. 
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency&usg=ALkJrhjO9TN1p6cGHBe-fb-3hSq9sr1XMg
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Wavelength&usg=ALkJrhiiOezlRqVoZc0awiaqtYE8D1-5Og
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&rurl=translate.google.com.mx&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light&usg=ALkJrhiWWqJL9IEqbG5xkN-vTx71SD-TBQ
 
14 
 
Figura III. Elementos que pueden ser analizados por Espectrometría de Emisión Óptica con 
Plasma Acoplado Inductivamente. [15] 
 3.2.1 Plasma 
Un plasma es un gas ionizado con igual número de cargas positivas que 
negativas, a temperaturas altas (6000-10000 k), es considerado el cuarto estado de 
agregación de la materia. 
Para formar el plasma el gas de Argón pasa a través de la antorcha que 
consiste en dos tubos concéntricos hechos de cuarzo. 
Un serpentín de cobre, llamado “serpentín de carga”, rodea el extremo final de 
la antorcha y se conecta a un generador de radio frecuencia (RF). Según se muestra 
en la figura IV. 
 
Figura IV. La sección cruzada de una antorcha de ICP y el serpentín de carga que representan 
una sucesión de la ignición. [16] 
 
15 
Cuando se aplica una potencia (típicamente 700 a 1500 watts) al serpentín de 
carga, la corriente alterna se mueve de atrás hacia delante, u oscila dentro del 
serpentín, a una proporción que corresponde a la frecuencia del generador. En la 
mayoría de los instrumentos de ICP esta frecuencia es de 27 o 40 megahertz (MHz). 
Esta oscilación de RF de la corriente en el serpentín causa campos eléctricos y 
magnéticos de radiofrecuencia que se encuentran en la parte superior de la antorcha. 
Con el remolino de argón a través de la antorcha, se aplica una chispa al gas 
causando que algunos electrones sean desprendidos de sus átomos. Esos 
electrones son atrapados por el campo magnético y acelerados por él. La energía 
agregada a los electrones por el serpentín es conocido como el acoplamiento 
inductivo. Estos electrones de alta energía chocan a su vez con otros átomos de 
argón, desprendiendo más electrones. Esta ionización de colisiones del gas argón 
continúa en una reacción en cadena, rompiéndose el gas en el plasma, que consiste 
en átomos de argón, electrones, e iones de argón, formando un plasma de descarga 
inductivamente acoplado (ICP). 
Las muestras se introducen en estado líquido, este se atomiza formando un 
aerosol, una llovizna muy fina de gotas de la muestra para ser introducido en el ICP. 
El aerosol de la muestra se lleva al centro del plasma con un flujo de argón (Flujo del 
Nebulizador). 
En la figura V se describen los procesos que tienen lugar cuando una gota de 
la muestra se introduce en un ICP. La primera función de las altas temperaturas del 
plasma es quitar el solvente o desolvatar, dejando la muestra como aerosol. Los 
siguientes pasos involucran la descomposición del aerosol en un gas de moléculas 
individuales (vaporización) y después se disocia en átomos (atomización). Estos 
procesos ocurren predominantemente en la zona de precalentamiento (PHZ). 
 
16 
 
Figura V. Proceso que tiene lugar cuando una gota de la muestra se introduce en una descarga 
de ICP. [16] 
Una vez que la muestra es un aerosol, ha sido desolvatada, vaporizada y 
atomizada, el plasma tiene como funciones la excitación e ionización. Para que un 
átomo o ion emita su radiación característica, debe promoverse uno de sus 
electrones a un nivel de energía más alto a través del proceso de excitación. Los 
procesos de ionización y excitación ocurren predominantemente en la zona de 
radiación inicial (IRZ) y la zona analítica normal (NAZ). En la región NAZ ocurre la 
emisión del analito. (Ver figura VI y VII) 
 
 
Figura VI. Las zonas del ICP. [16] 
 
 
IR-Región de Inducción. 
PHZ-Zona de Precalentamiento. 
IRZ-Zona de Radiación Inicial. 
NAZ-Zona Analítica Normal. 
 
17 
 
Figura VII. Zonas del ICP y procesos de ionización y excitación de la muestra. [18] 
Una característica importante del ICP es que presenta altas temperaturas 
dentro del plasma. En la figura VIII se muestran las temperaturas aproximadas para 
las diferentes regiones del ICP. La temperatura de gas argón en el centro del ICP es 
aproximadamente 6800 K [19]. Esta característica ayuda a mejorar la excitación y 
eficiencia de ionización; las temperaturas altas del ICP reducen o eliminan las 
interferencias químicas. 
 
Figura VIII. Regiones de Temperaturas del ICP. [18] 
 
18 
 3.2.2 La Instrumentación en el ICP-OES 
En la espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente, 
la muestra es transportada por medio de una bomba peristáltica como una corriente 
líquida. En el interior del instrumento, el líquido se transforma en un aerosol mediante 
un proceso conocido como nebulización. El aerosol de la muestra se transporta al 
plasma donde es desolvatada, vaporizada, atomizada y excitada y/o ionizada (véase 
figura V). Los iones y átomos excitados emiten su radiación característica que es 
captada por un dispositivo que ordena la radiación por longitud de onda. La radiación 
es detectada y convertida en señales electrónicas que se convierten en la 
información (concentración) para el analista. Una representación de la disposición de 
un instrumento ICP-OES se muestra en la Figura IX. 
 
Figura IX. Los principales componentes y el diseño de un instrumento ICP-OES. [20] 
 3.2.2.1 Nebulizador 
Los nebulizadores son dispositivos que transforman un líquido en un aerosol 
que se transporta al plasma. El proceso de nebulización es uno de los parámetros 
más importantes en ICP-OES. El sistema de introducción de muestra ideal sería uno 
que entrega la totalidad de la muestra al plasma. Debido a que sólo las pequeñas 
gotitas son útiles, la capacidad de producir pequeñas gotas para una amplia variedad 
de muestras determina en gran medida la utilidad de un nebulizador para ICP-OES. 
 
19 
Muchas fuerzas se pueden utilizar para romper un líquido en un aerosol, sin 
embargo, sólo dos han sido utilizadas con éxito, las fuerzas neumáticas y las fuerzas 
mecánicas ultrasónicas. La mayoría de los ICP comerciales utilizan nebulizadores de 
tipo neumático, estos nebulizadores usan flujos de gas de alta velocidad para crear 
un aerosol. 
 Nebulizador Neumático Antibloqueo (Babington) 
El primer nebulizador de este tipo fue patentado por Babington en 1969. El 
nebulizador original de Babington está formado por una esfera hueca de vidrio en la 
que hay taladrado uno o más orificios a través de los cualessale el gas de 
nebulización. La muestra líquida se transporta a través de un capilar y se deposita 
perpendicularmente sobre la superficie de la esfera. El aerosol se genera cuando las 
láminas líquidas que impregnan la esfera entran en contacto con los orificios de 
salida del gas. La figura X muestra un esquema general de este nebulizador. 
 
Figura X. Nebulizador Tipo Babington. [15] 
La ventaja más importante del nebulizador Babington es su capacidad de 
generar un aerosol a partir casi de cualquier tipo de líquido, independientemente de 
la viscosidad, tensión superficial o del contenido de sólidos disueltos y/o 
suspendidos. 
El diseño original del nebulizador Babington para su uso en ICP ha sido 
necesario modificarlo. 
 
 
20 
 Nebulizador Gem Cone 
Se considera un nebulizador de tipo Babington, tiene dos orificios uno para la 
salida del gas de 216 µm y necesita 2.2 bar para alcanzar un caudal gaseoso de 1 
L/min de argón y otro orificio de mayor tamaño para la salida de la muestra que 
permite trabajar con disoluciones de alto contenido salino y suspensiones, 
haciéndolo más eficiente que un nebulizador de flujo cruzado [15]. En la figura XI se 
muestra el nebulizador Gem Cone. 
 
Figura XI. Nebulizador Gem Cone. 
 3.2.2.2 Bomba 
La solución pasa hacia el nebulizador por el impulso de la bomba peristáltica; 
así la proporción de la solución dentro del nebulizador es fija. 
La bomba peristáltica mostrada en la figura XII, es utilizada para aplicaciones 
de ICP-OES. Esta bomba utiliza una serie de rodillos que impulsan la solución de 
muestra a través de mangueras de pequeños diámetros. La bomba no entra en 
contacto con la solución y solo la manguera transporta la muestra al nebulizador. 
 
Figura XII. Bomba Peristáltica usada por ICP-OES.. 
 
21 
 3.2.2.3 Cámara de nebulización 
Después del nebulizador, el siguiente dispositivo en un sistema de 
introducción de muestras líquidas es la cámara de nebulización, cuya función es 
eliminar las gotas de mayor tamaño e igualar las velocidades de las gotas a la del 
gas portador eliminando las gotas con velocidades elevadas y haciendo el flujo lo 
más laminar posible. 
Cuando el aerosol atraviesa la cámara de nebulización, se puede perder de un 
98-99% de la muestra nebulizada. 
 Cámara de nebulización ciclónica 
En cámaras de tipo ciclón el aerosol se introduce de forma tangencial a la 
pared de la misma y en su interior adquiere una trayectoria circular descendente. 
Este movimiento produce una fuerza centrífuga la cual actúa sobre las gotas y tiende 
a expulsarlas hacia las paredes internas de la cámara. Cuando el aerosol alcanza la 
base inferior de la cámara cambia su dirección e inicia una nueva espiral ascendente 
concéntrica a la anterior hasta que las gotas alcancen la salida de la cámara que 
conecta con el inyector de la antorcha. Ambas espirales tienen el mismo sentido de 
giro. 
Actualmente existen en el mercado diferentes modelos de cámaras tipo ciclón 
en base al volumen interno, al diseño de su interior y al material del que están 
construidas. Así se dispone de cámaras ciclónicas de vidrio y de diferentes 
volúmenes internos: 50, 44 y 20 mL y de cámaras ciclónicas con tubo en el interior 
(bafle) fabricadas en vidrio. El tubo central situado en el interior de estas cámaras 
actúa como un segundo separador de gotas gruesas y el resultado final es una 
reducción del tamaño medio del aerosol y de la carga de disolvente que llega al 
plasma, aumentando la sensibilidad. [15]. En la figura XIII se muestra una cámara de 
nebulización bafleada tipo ciclón. 
 
22 
 
Figura XIII. Cámara Ciclónica Bafleada. 
 3.2.2.4 Antorcha 
La antorcha (ver figura XIV) consta de dos tubos concéntricos para el flujo de 
argón. El espacio entre el tubo exterior y el intermedio sirve para transportar el flujo 
del gas auxiliar; se mantiene estrecho a fin de que el gas de plasma introducido 
mantenga una gran velocidad, lo que hace que el gas entre tangencialmente para 
formar el espiral. En el centro del tubo intermedio se coloca el tubo inyector, el cual 
es de cuarzo u óxido de aluminio (alumina) y sirve para llevar la muestra en aerosol 
después de la nebulización justo a la entrada del plasma. 
 
Figura XIV. Antorcha Típica de un ICP-OES. 
 3.2.2.5 Generador de Radio Frecuencia (RF) 
El generador de radio frecuencia (RF) es un dispositivo que da la potencia 
para la generación del plasma. El rango de la potencia va de 700 a 1500 watts, y es 
transferida al gas del plasma a través de la bobina de inducción formando una espira 
alrededor de la antorcha, la cual esta refrigerada con agua. 
 
23 
Los generadores de RF usados para operar ICP-OES son de 27.12MHZ y 
40.68 MHz, estos últimos son más utilizados porque mejoran la eficiencia de 
acoplamiento y reducen la intensidad de emisión de fondo. [20] 
 3.2.3 Dispositivos de Dispersión de Longitud de Onda 
La dispersión puede ser realizada de varias maneras. La dispersión física de 
las diferentes longitudes de onda es por una rejilla de difracción, siendo ésta la más 
común desde principio de los noventas. 
Una rejilla de difracción, es un dispositivo óptico para observar el espectro 
visible que consiste en una lámina delgada de vidrio con ranuras ó surcos diminutos 
(ver figura XV), por ejemplo 600 ranuras en cada milímetro, de tal manera que la luz 
que pasa entre ranuras interfiere y sale en alguna dirección que depende de la 
distancia entre ranuras y la longitud de onda. 
 
Figura XV. Rejilla de difracción separando dos longitudes de onda de la luz.[16] 
El espectro visible va desde el color violeta (aprox. 420 nm), pasando por el 
verde (530nm), el amarillo (580nm) y llegando hasta el rojo (700nm). Las longitudes 
de onda menores a las que corresponden al violeta se conocen como ultravioleta, y 
las mayores al rojo, infrarrojo. [21] La figura XVI muestra el espectro 
electromaagnético entre 350 y 750 nm. 
 
Figura XVI. Espectro electromagnético entre 350 y 750 nm. [21] 
Existe un dispositivo dispersivo de longitud de onda, llamada rejilla de Echell, 
que ha llegado a ser un componente importante en los instrumentos de ICP. 
Luz Incidente
Luz Incidente
Luz Incidente
Luz Incidente
 
24 
En los últimos años, las redes de Echelle han sido aplicadas al desarrollo de 
instrumentos de espectrometría atómica más compactos, de alta dispersión y 
resolución. [22] 
Los echelles (red de escalera) son redes de difracción fabricadas con menos 
surcos por mm (usualmente 300 surcos o menos /mm) pero con alta precisión y son 
empleados a ángulos de incidencia elevados (por encima de los 45°). [23] 
Una vez finalizado el proceso de dispersión el haz pasa a la cámara Schmidt 
que tiene su correctora como primer elemento, un espejo plano para doblar el haz y 
el espejo esférico de la cámara. El espejo plano tiene un orificio central que deja 
pasar la luz visible por el prisma visible y los fotolentes hasta llegar al detector. El haz 
de la región UV pasa por una cámara esférica, seguida de un arreglo de lentes para 
corregir curvatura, hasta que llega al detector. 
El sistema óptico completo está encerrado en un compartimiento purgado y 
termostatado. El banco óptico tiene montaje anti-vibración para que la vibración 
normal del piso no afecte el desempeño del instrumento. 
Una configuración óptica típica para este espectrómetro tipo Echelle es 
ilustrada en la figura XVII. 
 
Figura XVII. Configuración Típica para un Espectrómetro tipo Echelle. [16] 
 
 
25 
 3.2.4 Detectores 
Una vez que la línea de emisión apropiada ha sido separada por el 
espectrómetro; el detector la emplea para la medición de la intensidad de la línea de 
emisión. 
El tubo fotomultiplicador (PMT) es un tubo de vacío que contiene un material 
fotosensible llamado fotocátodo, éste emite electrones cuando es golpeado por la 
luz. Los electrones emitidos son acelerados hacia el dinodo,el cual a su vez emite de 
dos a cinco electrones secundarios por cada electrón primario que golpea la 
superficie del dinodo. Los electrones secundarios golpean a otro dinodo, emitiendo 
más electrones, los cuales a su vez golpean nuevamente a otro dinodo, causando un 
efecto multiplicativo a lo largo del trayecto. 
La corriente eléctrica medida en el ánodo es usada como una medida relativa 
de la intensidad de radiación alcanzada en el PMT. En la figura XVIII se muestra 
esquemáticamente como se amplifica la señal producida por un fotón que golpea al 
fotocátodo. La ventaja que tiene sobre otros dispositivos de detección es que la luz 
puede ser amplificada desde niveles muy débiles de emisión. [24] 
 
Figura XVIII. Tubo Fotomultiplicador. [24] 
 
26 
 3.2.4.1 Arreglo de Detectores 
Los detectores de estado sólido (CCD) tienen dos segmentos fotosensitivos, 
uno de los segmentos se utiliza para las mediciones analíticas y el otro para la 
referencia, recogiendo datos de ambos segmentos simultáneamente. 
Los detectores CCD se basan en el efecto fotoeléctrico, la conversión de luz 
recibida en corriente eléctrica. La sensibilidad de este detector depende de la 
eficiencia cuántica del chip y de la cantidad de fotones que inciden sobre cada 
detector para producir una corriente eléctrica. 
Cada elemento sensible o píxel produce una pequeña corriente que es medida 
por circuitos electrónicos y transformada a un valor digital que puede interpretarse en 
una computadora. 
El detector CCD llega a proporcionar más de 1.1 millones de píxeles y 
proporciona las ventajas de una cobertura completa de las longitudes de onda y de 
una medición simultánea. 
La cobertura completa de las longitudes de onda evita las interferencias 
espectrales, da mayor precisión en los resultados, corrección de fondo mejorada y 
mayor productividad. [15] 
 3.2.5 Visión Dual 
Los recientes desarrollos de ICP comerciales combinan la configuración de 
vista axial y radial en una unidad que se muestra en la figura XIX. Con este sistema 
el usuario tiene la habilidad para optimizar una configuración apropiada para el tipo 
de muestras sin la utilización de dos equipos por separado. [20] 
 
27 
 
Figura XIX. Vista Dual. 
Cambiar de axial a radial es una orden simple del software y es cumplido por 
el espejo localizado en el camino óptico, mostrado en la figura XX. 
 
Figura XX. Transferencia óptica en vista dual. [20] 
 3.2.6 Vista Radial 
En la figura XXI se muestra que la antorcha está en posición vertical con 
respecto a la entrada de la muestra. La luz emitida del lado del plasma se dirige a la 
óptica del espectrómetro. 
La zona de observación del plasma ocurre en el cauce central; a través de una 
abertura vertical en la antorcha. 
 
Figura XXI. Vista Radial. [16] 
3.2.7 Vista Axial 
En la vista axial la antorcha está en posición horizontal a la entrada de la 
muestra, de esta manera la luz emitida del plasma se dirige a la óptica del 
Espejo Controlado 
por la Computadora
Espejo Controlado 
por la Computadora
 
28 
espectrómetro a lo largo del eje; esto aumenta la longitud de la trayectoria de la 
emisión. 
Un problema asociado con los ICP axiales es el efecto de la cola del plasma 
donde ocurre la autoabsorción afectando los resultados analíticos. Para solucionar 
esta interferencia se utiliza una corriente de gas que recibe el nombre de gas de 
corte. 
 
Figura XXII. Vista Axial. [16] 
La vista axial del plasma tiene mejores límites de detección que la vista radial. 
Mejorando la sensibilidad de cinco a diez veces. 
 3.2.8 Interferencias 
La presencia de compuestos refractarios o de otras especies en la muestra, 
impiden que los analitos de interés sean cuantificados adecuadamente. [25,26] 
Las interferencias en ICP pueden originarse desde la preparación de la 
muestra hasta la operación y mantenimiento adecuado del plasma. 
A continuación se describen las interferencias que se pueden presentar en 
análisis espectrométricos. 
 3.2.8.1 Interferencias Químicas 
 Las temperaturas tan elevadas que se alcanzan en un plasma (10,000K), 
eliminan las interferencias químicas y esta es la razón principal por lo cual se 
alcanzan buenos límites de detección para los elementos refractarios. 
 
 
29 
 3.2.8.2 Interferencias Físicas 
 Las interferencias físicas causan variación en la luz emitida por la misma 
concentración de un elemento debido a las diferencias de matriz entre estándares y 
muestras. Estas diferencias pueden provocar efectos cinéticos y efectos 
termodinámicos, explicados a continuación: 
 Efectos Cinéticos 
Son los relacionados con las diferencias de densidad, viscosidad o tensión 
superficial entre estándares y muestras; los cuales son: 
1. Mientras más viscosa o densa es una solución, es más difícil de 
nebulizar, lo que provocará que llegue menos muestra al plasma. 
2. Entre más grande es la tensión superficial de un fluido, el proceso de 
nebulización se hace menos eficiente y llega menos muestra al plasma. 
Una técnica utilizada para corregir este efecto es la “adición de estándar” que 
consiste en adicionar en línea un estándar de concentración conocida a la muestra a 
analizar. El elemento adicionado no deberá presentar interferencia espectral al 
analito. 
El instrumento corrige la concentración del analito de la muestra si detecta que 
la concentración del estándar interno en la muestra es diferente a la establecida. 
 Efectos Termodinámicos 
Se deben a la habilidad de las soluciones para absorber o conducir energía. 
Este efecto altera la temperatura del plasma. 
Las diferentes cantidades de electrones disponibles en átomos diferentes 
provoca que se absorban cantidades diferentes de energía de la radio frecuencia 
(RF). Cuando los estándares y las muestras tienen diferentes concentraciones de 
 
30 
átomos con muchos electrones disponibles provocan que se tengan diferencias en la 
temperatura y por lo tanto en la emisión de luz. 
 3.2.8.3 Interferencias Espectrales 
Las interferencias espectrales son aquellas donde no se tiene una señal 
espectral aislada del analito en estudio, y se presentan dos o más componentes de la 
matriz que emiten radiación a la misma longitud de onda, de esta manera se 
traslapan los espectros; obteniendo una concentración del analito más elevada que 
la concentración real. 
 3.2.8.4 Interferencia de Fondo 
 Las líneas de emisión espectrales en ICP-OES siempre están sobrepuestas a 
una emisión de fondo continua debida a la “corriente obscura” del detector y al 
espectro continuo emitido por el plasma; conocido como ruido de fondo, éste puede 
arrojarnos una señal falsa positiva, que afecta la cuantificación del analito de interés. 
3.3 USOS Y APLICACIONES DEL ICP-OES 
Las aplicaciones se pueden agrupar en seis categorías generales: Agrícola y 
Alimentos, Biológicas y Clínicas, Geológicas, Aguas y Medio Ambiente, Metales, y 
Orgánicos. 
 3.3.1 Agrícola y Alimentos 
La técnica de ICP-OES se ha aplicado al análisis de una gran variedad de 
materiales agrícolas y alimenticios. Los tipos de muestras incluyen suelos, 
fertilizantes, materiales vegetales, alimentos, tejidos animales, y líquidos corporales; 
de los cuales se determinan los niveles de nutrientes esenciales, así como los 
niveles de elementos tóxicos contenidos en el material. 
 
 
31 
3.3.2 Biológicas y Clínicas 
La determinación por ICP-OES de elementos esenciales, tóxicos y 
terapéuticos es importante para los laboratorios de investigación médica, así como 
en la clínica forense. 
3.3.3 Geológicas 
El principal uso de la técnica ICP-OES en este campo es para propósitos de 
exploración geológica. También se utiliza para aplicaciones como la determinación 
de origen de formaciones rocosas y de la geoquímica marina. 
3.3.4 Aguas y Medio Ambiente 
El área de análisis del medio ambiente es un tema amplio, que abarca 
diversos tipos de aplicaciones como elanálisis de suelos, sedimentos, plantas, 
tejidos, diversos tipos de agua, lodos de plantas de tratamiento, doméstico e 
industriales. 
3.3.5 Metales 
La técnica se utiliza en la industria metalúrgica para el análisis de materias 
primas, control de producción, y control de calidad de los productos finales, así como 
determinación de tóxicos ambientales. 
3.3.6 Orgánicos 
Análisis de soluciones orgánicas por ICP-OES es importante no sólo para 
materiales derivados del petróleo (gasolinas, naftas, gasóleos, etc.) sino también 
para aceites comestibles, lubricantes, polímeros, aceites de desgaste, etc. 
 
 
32 
IV. PARTE EXPERIMENTAL 
4.1 SELECCIÓN DE LONGITUDES DE ONDA CARACTERÍSTICAS PARA EL 
SILICIO 
Para la selección de la longitud de onda adecuada para el análisis de silicio se 
toman en cuenta algunos parámetros: 
 La longitud de onda que proporcione la mayor intensidad, medida en 
cuentas por segundo (CPS). 
 Que no exista interferencia de otros elementos. 
 Que las líneas formen una gaussiana bien definida, ya que eso reduce la 
posibilidad de interferencias debidas al traslape de espectros. 
Existen 300 longitudes de onda en las que emite el silicio; el espectrómetro 
7300 DV recomienda 5 líneas como las más representativas, 251.611, 212.42, 
288.158, 252.851, 221.667 nm. [21] 
Para elegir la longitud de onda con mayor intensidad se analizó un estándar 
de 5.00 ppm de silicio; las intensidades obtenidas se muestran en la tabla III: 
Tabla III. Longitudes de onda características del Silicio. 
Longitud de onda (nm) Intensidad (CPS) 
251.611 26000 
288.158 24000 
252.851 23000 
221.667 14000 
212.412 11000 
Como se muestra en la tabla anterior, la longitud de onda con mayor 
intensidad corresponde a la línea de 251.611 nm. 
 
33 
Para comprobar que la línea de 251.611 nm es la adecuada para este análisis 
se realizó una prueba analizando un blanco y 4 estándares de silicio, de 
concentraciones: 0 para el blanco, 1.00 ppm, 2.00 ppm, 3.00 ppm y 5.00 ppm. 
En la figura XXIII se muestra la imagen del espectro obtenido, la línea 
punteada de color blanco es la línea base, la línea de color amarillo es el blanco y las 
diversas líneas de color rojo son los estándares. 
 
Figura XXIII. Espectros de estándares de Silicio. 
Al examinar los espectros se observa que la forma de los picos tienen una 
geometría similar y no existen interferencias de otros elementos. 
En el método ASTM D-5185 se recomienda la línea 251.611nm para el 
análisis de silicio orgánico en aceites lubricantes, en base a esto, a la cantidad de 
cuentas por segundo que se obtienen en esta longitud de onda, la cual es mayor a 
las demás analizadas y al no presentar interferencias se decidió utilizar la longitud de 
onda 251.611nm. 
 
34 
4.2 MÉTODO 
Existen procedimientos para la determinación de elementos en crudos por 
ICP-OES a partir de diluciones de muestras con diferentes tipos de solventes 
orgánicos. Las diluciones se hacen necesarias debido a que la viscosidad del crudo 
dificulta el paso de la muestra al nebulizador y si el paso de la muestra fuera posible, 
probablemente habría taponamiento en el nebulizador o se adhiere una capa de 
crudo en las paredes del inyector del equipo, causando contaminación en las 
determinaciones posteriores. 
Al trabajar con aceite crudo diluido en solvente orgánico se elimina el 
problema causado por la viscosidad, pero aun se introducen grandes cantidades de 
carbono al equipo. La introducción de grandes cantidades de carbono altera las 
características del plasma y puede disminuir la sensibilidad de la cuantificación de las 
muestras. 
La introducción de solventes orgánicos en el plasma generalmente requieren 
alteraciones en las condiciones de operación por lo que es importante considerar lo 
siguiente: 
Se recomienda en la nebulización un flujo bajo para la introducción de 
solventes volátiles en el plasma. Cuando se aumenta el flujo de nebulización existe 
una disminución en el tiempo de residencia del analito en el plasma resultando una 
disminución en la señal del analito, causando una reducción en la sensibilidad de la 
cuantificación. Por otro lado, el aumento del flujo de nebulización puede ser 
necesario en algunos casos porque el carbono presente en grandes cantidades se 
puede depositar en el inyector, causando taponamiento. El aumento del flujo de 
nebulización aumenta la velocidad con la que el gas es introducido al plasma y tiende 
a aumentar la tolerancia del plasma al solvente introducido. 
El ajuste de potencia es una condición importante para la obtención de 
resultados precisos y exactos, generalmente se utilizan potencias mayores que en 
análisis acuosos. 
 
35 
Considerando los parámetros antes mencionados en este trabajo se 
establecieron las condiciones óptimas del equipo, descritas en la tabla IV: 
Tabla IV. Condiciones de Operación. 
Parámetros OPTIMA 7300 DV 
Potencia 1500 watts 
Flujo del Nebulizador 1.2 L/min 
Flujo del Auxiliar 0.35 L/min 
Flujo del Plasma 17 L/min 
Flujo de la Bomba Peristáltica 0.45 ml/min 
Vista del Plasma Axial 
Para la elección del solvente adecuado se debe considerar la volatilidad ya 
que el vapor del solvente transportado hasta el plasma varía dependiendo de su 
volatilidad y de la taza con la cual las gotas del aerosol se evaporan en la cámara de 
nebulización. 
Las tres características principales para elegir el solvente orgánico apropiado 
son: 
 Debe disolver totalmente la muestra 
 No ser demasiado volátil (solventes con punto de ebullición debajo de 60 °C 
deben ser evitados) 
 Causar interferencias mínimas. 
El tolueno es un solvente ampliamente utilizado para la dilución del aceite 
crudo, pero debido a sus propiedades altamente cancerígenas y toxicas no se 
recomienda su uso. Por lo que se decidió utilizar xileno como solvente porque 
cumple con las características mencionadas. 
 
36 
4.3 PREPARACIÓN DE MUESTRAS 
Para la preparación de muestras y estándares se requiere lo siguiente: 
 Reactivos 
 Xileno Baker 99.90% de pureza 
 Estándar multielemento Conostan S-21 
 Estándar Conostan de Co 
 Aceite base Conostan 75 cSt. 
 Materiales 
 Tubos de polipropileno con capacidad 15 ml 
 Botes de polipropileno 
 Aparatos 
 Centrifuga marca Fisher Scientific con capacidad de 12 tubos. 
 Balanza analítica marca Mettler Toledo (0.0001-220 g). 
 Baño ultrasónico marca Cole-Parmer 
4.3.1 Muestras 
Para la preparación de muestras de petróleo crudo se tomó como base el 
método ASTM-D-5185, el cual se utiliza para analizar metales en aceites usados, 
éste método recomienda: 
Pesar una porción homogenizada del aceite usado, diluir 10 veces, con 
mezcla de Xilenos u otros solventes adecuados. Homogenizar el aceite usado en el 
contenedor de la muestra a fin de obtener una muestra de prueba representativa. Se 
puede llevar a cabo de las siguientes formas: 
 
37 
Homogenización ultrasónica. Colocar el aceite usado (en el contenedor de la 
muestra) en el baño ultrasónico. Para diversos aceites viscosos, primero calentar la 
muestra a 60°C, retirar la muestra del baño ya homogenizada e inmediatamente 
realizar la dilución. 
Homogenización Vortex. Como una alternativa a la homogenización 
ultrasónica, la mezcla vortex del aceite usado en el contenedor de muestras es 
posible. Para aceites viscosos, primero calentar la muestra a 60°C. [27] 
En ésta tesis se adecuó este método de preparación para muestras de aceite 
crudo realizando lo siguiente: 
 Homogenizar las muestras en baño ultrasónico por 60 minutos. 
 Colocar 15 ml de muestra en tubos de polipropileno y centrifugar a 1000 
rpm durante 30 minutos para eliminar posible contaminación por agua o 
sedimento. 
 Tomar la muestra centrifugada, pesar 10 gramos de muestra y diluir en 50 
gramos de xileno. 
 Homogenizar las muestras diluidas en baño ultrasónico durante 30 minutos. 
 Colocar la muestra diluidaen tubos de polipropileno y centrifugar a 1000 
rpm durante 30 minutos. 
 La muestra queda lista para análisis en el equipo ICP-OES, mostrado en la 
figura XXIV. 
 
38 
 
Figura XXIV. Espectrómetro de Emisión Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente 7300 DV. 
En la metodología propuesta se homogeniza la muestra dos veces para 
asegurar que sea representativa. La finalidad de las dos centrifugaciones es eliminar 
la mayor cantidad de sedimento y agua presente. 
En la figura XXV se presenta esquemáticamente y de manera secuencial el 
tratamiento que reciben las muestras antes del análisis. 
 
39 
Figura XXV. Tratamiento de muestra. 
 
 
 
 
1. Recepción de muestra 
3. Trasvasar en tubo de polipropileno 4. Primera centrifugación 
5. Pesar 10 g. de muestra 
2. Homogenizar en baño ultrasónico 
6. Diluir en 50 g de Xileno 
 
40 
Figura XXV. Tratamiento de muestra. (Continuación) 
 
4.3.2. Estándares 
Para la elaboración de las soluciones de trabajo para calibración, se utilizaron 
soluciones de referencia de compuestos organometálicos en aceite identificado 
comercialmente como Conostan S-21 y aceite base; diluidos en xileno. El blanco 
analítico fue preparado diluyéndose aceite base en xileno en una proporción 1:5 
masa/masa. 
Para corregir los posibles efectos de variación de matriz en las muestras de 
aceite crudo fue necesaria la adición en línea de estándar interno de cobalto (Co), el 
cual se preparó en una concentración de 10 ppm. 
8. Tomar alícuota de 15 ml 
9. Segunda centrifugación 10. Analizar en ICP-OES 7300DV 
7. Homogenizar en baño ultrasónico 
 
41 
Se preparan estándares de silicio de concentraciones 0.5, 1.0 3.0 y 5.0 ppm; 
utilizando la ecuación de continuidad se calcula la cantidad de Conostan S-21 
necesaria para preparar 25 gr de solución de trabajo: 
 
 
 
 
 
Donde: 
C1= Concentración del estándar certificado (200 ppm) 
W1= Cantidad de estándar que debe pesarse (g) 
C2= Concentración final del estándar (ppm) 
W2= Peso de aforo (g) 
Para el estándar de 1.00 ppm se tiene: 
 
 
 
 
Se sigue el mismo procedimiento para los demás estándares. 
 
 
42 
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 
Linearidad del sistema 
La linearidad de un método analítico es su capacidad para entregar resultados 
que sean proporcionales, ya sea de una manera directa o mediante una 
transformación matemática, a la concentración del analito en muestras, dentro de un 
rango determinado. 
Para este experimento se realizó una curva de calibración de cuatro 
estándares de silicio y un blanco. Se analizó cada estándar nueve veces, en la tabla 
V se muestran los resultados obtenidos: 
Tabla V. Datos experimentales para linearidad. 
Concentración 
Teórica (ppm) 
Concentración 
Experimental 
Concentración 
Teórica (ppm) 
Concentración 
Experimental 
0.49 
0.515 
3.00 
2.910 
0.515 2.796 
0.507 2.902 
0.507 2.970 
0.507 2.922 
0.507 2.953 
0.503 2.961 
0.498 2.965 
0.502 2.963 
0.99 
0.964 
4.99 
4.865 
0.979 4.872 
0.965 4.908 
0.973 4.922 
0.966 4.921 
0.979 4.900 
0.969 4.912 
0.970 4.904 
0.973 4.907 
 
En la tabla VI se tienen los resultados obtenidos de los cálculos estadísticos. 
 
 
43 
Tabla VI. Resultados estadísticos de linearidad. 
C.V 0.76 
Media 2.3675 
s 1.8071 
s2 3.2657 
Donde: 
C.V.: Coeficiente de variación 
Media: Promedio algebraico 
S: Desviación estándar 
S2: Varianza 
En la figura XXVI se observa un comportamiento lineal, con origen en 
(0,0.0167). Debe comprobarse que la ordenada al origen es aceptable realizando 
una prueba de hipótesis. 
 
Figura XXVI. Gráfico de linearidad del sistema. 
 
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6
C
o
n
c
e
n
tr
a
c
ió
n
 E
x
p
e
ri
m
e
n
ta
l
Concentración Teórica 
Linearidad del sistema 
Y=mx+b 
m=0.9750 
b=0.0167 
r=0.9998 
 
44 
Las hipótesis planteadas a la ordenada son: 
H0: b=β, β=0 
H1: b≠0 
El estadístico de prueba es la “t student”, se trabaja a un nivel de significancia 
del 98%, con 34 grados de libertad (n-2 ó 36-2) lo que da una ttablas con t(α/2,n-2) de: 
t(0,02,34)=2.44 
Cálculo del Error 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
t de student 
 
 
 
 
 
 
 
 
El valor que se obtiene para la t calculada es: 
tcalculada= 1.9389 
El criterio de rechazo de la hipótesis nula (H0) es: 
tcalc.< -tα/2 ó tcalc. > tα/2 
 
45 
Como la t calculada 1.9389 es menor que la t de tablas 2.44 la Hipótesis nula 
(H0) se acepta, con lo que se comprueba que la ordenada al origen tiende a cero, por 
lo tanto la calibración es aceptable. 
Precisión del sistema 
La precisión del sistema es el grado de concordancia entre resultados de 
pruebas individuales cuando el procedimiento se aplica de manera repetida a 
alícuotas múltiples de una muestra. 
En el caso de este experimento se prepararon cuatro estándares de silicio de 
la misma concentración (2.50 ppm), realizando nueve lecturas para cada uno, y se 
obtuvieron los resultados reportados en la tabla VII: 
Tabla VII. Datos experimentales para precisión del sistema. 
Solución 
Concentración 
Teórica (ppm) 
Concentración 
Experimental Solución 
Concentración 
Teórica (ppm) 
Concentración 
Experimental 
1 
2.50 
2.483 
3 
2.50 
2.490 
2.487 2.481 
2.509 2.505 
2.493 2.516 
2.519 2.503 
2.494 2.508 
2.508 2.522 
2.507 2.478 
2.490 2.509 
2 
2.501 
4 
2.503 
2.493 2.491 
2.497 2.501 
2.526 2.520 
2.531 2.504 
2.532 2.503 
2.529 2.503 
2.477 2.504 
2.475 2.503 
 
 
 
46 
En la tabla VIII se tienen los resultados obtenidos de los cálculos estadísticos. 
Tabla VIII. Resultados estadísticos de precisión del sistema. 
C.V 0.0061 
Media 2.5026 
s 0.0152 
s2 0.0002 
La precisión del sistema se expresa generalmente como la desviación 
estándar o la desviación estándar relativa 
Las pruebas de hipótesis que se proponen son: 
H0: s
2 = σ2 
H1: s
2> σ2 
Donde: 
S2: Varianza experimental 
σ2: Varianza teórica 
El valor de σ2 se obtiene de la ecuación del coeficiente de variación: 
 
 
 
 
Tomando en cuenta que, la precisión debe ser por lo menos del 98% 
(C.V.=2%) y utilizando la media experimental se obtiene un valor de σ2 =0.0025 
El estadístico de prueba para realizar el estudio de la precisión del sistema es 
la X2, en la cual se comparan varianzas provenientes de una misma población. 
La X2calculada se obtiene de la siguiente forma: 
 
 
 
 
X2=3.2305 
 
47 
El criterio de rechazo de la hipótesis nula es: 
 
 
 
La X2 de tablas para un nivel de significancia del 98%, X2(0.02) y 35 grados de 
libertad es de 54.244 
Como 3.2305 es menor que 54.244, la hipótesis nula (H0) se acepta, y por lo 
tanto el sistema tiene una precisión de por lo menos el 98%. 
Repetibilidad 
Se refiere al uso del procedimiento analítico dentro del laboratorio en un 
periodo corto de tiempo por un analista, utilizando el mismo equipo. 
Para la prueba de repetibilidad y reproducibilidad se tomó una muestra de 
aceite crudo al azahar, con una densidad de 21 °API, identificada como MP (muestra 
de hidrocarburo de prueba). 
En este experimento se preparó la muestra MP diez veces, realizando una 
lectura para cada una, los datos obtenidos se enlistan en la tabla IX: 
Tabla IX. Datos experimentales para repetibilidad. 
Muestra Preparación Concentración 
MP 
1 1.440 
2 1.469 
3 1.445 
4 1.421 
5 1.438 
6 1.433 
7 1.457 
8 1.424 
9 1.440 
10 1.460 
 
 
 
48 
En la tabla X se tienen los resultados obtenidos de los cálculos estadísticos. 
Tabla X. Resultados estadísticos de repetibilidad. 
C.V 0.0107 
Media 1.4427 
s 0.0154 
s2 0.0002 
Las pruebas de hipótesis que se proponen son: 
H0: s
2 = σ2 
H1: s
2> σ2 
El valor de σ2 se obtiene de la ecuación del coeficiente de variación: 
 
 
 
 
Tomando en cuentaque, la precisión debe ser por lo menos del 98% 
(C.V.=2%) y utilizando la media experimental se obtiene un valor de σ2 =8.33x10-4 
El estadístico de prueba para realizar el estudio de la repetibilidad es la X2, en 
la cual se comparan varianzas provenientes de una misma población. 
La X2calculada se obtiene de la siguiente forma: 
 
 
 
 
X2= 2.5849 
El criterio de rechazo de la hipótesis nula es: 
 
 
 
La X2 de tablas para un nivel de significancia del 98%, X2(0.02) y 9 grados de 
libertad es de 19.679 
Como 2.5849 es menor que 19.679, la hipótesis nula (H0) se acepta, y por lo 
tanto el sistema tiene una repetibilidad de por lo menos el 98%. 
 
49 
Reproducibilidad 
Se refiere al uso del procedimiento analítico realizado por diferentes analistas. 
Se preparó la muestra MP veinte veces, diez por cada analista; realizando una 
lectura para cada una, los datos obtenidos se enlistan en la tabla XI: 
Tabla XI. Datos experimentales para reproducibilidad. 
Analista Muestra Preparación Concentración 
1 MP 
1 1.440 
2 1.469 
3 1.445 
4 1.421 
5 1.438 
6 1.433 
7 1.457 
8 1.424 
9 1.440 
10 1.460 
2 MP 
1 1.420 
2 1.420 
3 1.447 
4 1.405 
5 1.458 
6 1.463 
7 1.429 
8 1.435 
9 1.436 
10 1.428 
En la tabla XII se tienen los resultados obtenidos de los cálculos estadísticos. 
Tabla XII. Resultados estadísticos de reproducibilidad. 
Analista 1 Analista 2 
C.V 0.0107 C.V 0.0125 
Media 1.4427 Media 1.4341 
s 0.0155 s 0.0179 
s2 0.0002 s2 0.0003 
 
 
50 
Las pruebas de hipótesis que se proponen son: 
H0: s
2
analista 1= s
2
analista 2 
H1: s
2
analista 1≠ s
2
analista 2 
El estadístico de prueba para realizar el estudio de la reproducibilidad es la F 
de Fisher, en la cual se comparan las varianzas de los analistas. 
 
 
 
 
 
F=1.50 
El criterio de rechazo de la hipótesis nula es: 
 
La F de tablas para un nivel de significancia del 98%, F(0.02) es de Ftablas=5.35 
Como 1.50 es menor que 5.35, la hipótesis nula (H0) se acepta, y por lo tanto 
el sistema tiene una reproducibilidad de por lo menos el 98%. 
Limites del método 
 Limite de detección 
El límite de detección es la concentración más baja del analito que puede ser 
detectada en una muestra, aunque no necesariamente cuantificada, bajo las 
condiciones experimentales establecidas. 
Para este experimento se analizó cincuenta veces el blanco como muestra, 
tomando los valores de desviación estándar de cada lectura los cuales se muestran 
en la tabla XIII: 
 
 
51 
Tabla XIII. Valores de desviación estándar del blanco leído como muestra (SD). 
0.0039 0.0068 0.0039 0.0109 0.0075 
0.0034 0.0146 0.0066 0.0080 0.0171 
0.0350 0.0051 0.0047 0.0065 0.0083 
0.0075 0.0167 0.0114 0.0040 0.0094 
0.0133 0.0110 0.0125 0.0024 0.0041 
0.0094 0.0137 0.0181 0.0081 0.0083 
0.0047 0.0074 0.0093 0.0081 0.0020 
0.0129 0.0048 0.0064 0.0088 0.0088 
0.0055 0.0024 0.0016 0.0079 0.0056 
0.0018 0.0067 0.0072 0.0062 0.0069 
SDprom=0.0054 
 
 
Donde: 
LDI: Límite de Detección del Instrumento 
SDprom: Desviación estándar promedio 
 Limite de cuantificación 
El límite de cuantificación es la menor concentración del analito en una 
muestra, que puede ser determinado con una precisión y exactitud aceptables, bajo 
las condiciones de operación establecidas 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
LCM: Límite de Cuantificación del Método 
LDI: Límite de Detección del Instrumento 
 
52 
Una vez comprobado que la metodología implementada cumple con los 
parámetros de: linearidad del sistema, precisión del sistema, repetibilidad y 
reproducibilidad. Se analizaron aceites crudos de diferentes muestreos realizados a 
lo largo de seis meses. 
Las muestras de aceite crudo analizadas provienen de la región marina del 
sureste mexicano son una mezcla de crudo maya y olmeca, con una densidad entre 
20 y 23 grados API. Fueron identificadas como M (muestra de Hidrocarburo) y el 
número consecutivo. 
Para comprobar los resultados, las muestras se prepararon por duplicado y se 
utilizó cobalto como estándar interno adicionado en línea; en la tabla XIV se 
muestran algunos datos: 
 
 
53 
Tabla XIV. Resultados de análisis de silicio en aceite crudo. 
 SILICIO (mg/Kg) Co (mg/Kg) 
MES MUESTRA A B A B 
OCTUBRE 
M-1 1.71 1.86 10.58 10.63 
M-2 1.95 2.07 10.04 10.22 
M-3 2.52 2.37 9.63 9.94 
M-4 1.03 1.12 9.90 9.88 
M-5 1.47 1.58 9.64 9.81 
NOVIEMBRE 
M-6 2.26 2.29 9.64 9.75 
M-7 1.62 1.71 10.01 10.03 
M-8 1.4 1.68 9.70 9.63 
M-9 1.71 1.62 10.09 10.13 
M-10 1.47 1.74 10.11 10.05 
DICIEMBRE 
M-11 1.2 1.49 9.92 9.88 
M-12 1.49 1.13 9.74 9.81 
M-13 1.39 1.16 9.94 9.95 
M-14 1.09 1.1 10.22 10.26 
M-15 1.12 1.06 10.09 10.06 
ENERO 
M-16 2.31 2.29 9.99 9.93 
M-17 1.32 1.27 10.22 10.23 
M-18 2.36 2.41 9.78 9.85 
M-19 1.76 1.66 9.73 9.63 
M-20 2.31 2.01 10.17 10.16 
FEBRERO 
M-21 1.59 1.81 10.07 10.12 
M-22 2.46 2.28 10.05 9.96 
M-23 1.62 1.66 10.11 10.02 
M-24 1.5 1.84 10.04 10.07 
M-25 1.62 1.56 9.87 9.81 
MARZO 
M-26 2.03 2.24 10.08 9.94 
M-27 1.38 1.71 9.94 9.96 
M-28 1.94 1.85 10.15 10.11 
M-29 1.86 1.68 10.06 10.13 
M-30 1.7 1.88 9.92 10.02 
En la tabla XIV se puede observar que los resultados tienen repetibilidad entre las 
dos muestras analizadas (A, B); teniendo mínima variación del estándar interno con 
lo que se comprueba que la variación de los efectos de matriz no afectan los 
resultados. 
 
54 
CONCLUSIONES 
La Espectrometría de Emisión Atómica con Plasma Acoplado Inductivamente 
(ICP-OES) es una técnica analítica que permite determinar silicio orgánico en un 
rango de concentraciones que pueden ser desde partes por millón (ppm) hasta 
porciento en peso. En el caso de este estudio el límite de cuantificación calculado es 
0.081 ppm lo que permite medir trazas. 
Las altas temperaturas y la atmósfera inerte del argón que forma el plasma 
disminuyen considerablemente las interferencias químicas y físicas; además con la 
adición de estándar interno se garantiza que la variación de los efectos de matriz no 
afectan los resultados. Es por lo tanto una buena técnica para el análisis de silicio 
orgánico en aceite crudo. 
Para el análisis cuantitativo de silicio orgánico reportado en este trabajo, se 
estableció una metodología basada en la línea espectral 251.611 nm, recomendada 
por el método ASTM 5185-D, ya que fue la longitud de onda donde no se 
presentaron interferencias entre elementos. 
Además se adecuó dicho método para la preparación muestras de aceite 
crudo. En la metodología propuesta se homogenizó la muestra dos veces para 
asegurar que la muestra sea representativa. La finalidad de las dos centrifugaciones 
es eliminar la mayor cantidad agua y sedimentos en donde se puede encontrar silicio 
inorgánico ya que el de interés es el silicio orgánico. 
En el estudio estadístico se comprueba que la metodología aplicada presenta 
linearidad, precisión, repetibilidad y reproducibilidad con 98% de confiabilidad. 
De los análisis realizados durante seis meses, se observa que los resultados 
obtenidos de las lecturas de las muestras preparadas por duplicado presentan 
valores semejantes, lo que demuestra la eficiencia del método y del equipo ICP-OES 
para este tipo de análisis. 
 
 
55 
ESPECTROS 
OCTUBRE 
 
Figura XXVII. Curva de calibración para muestra M-2. 
 
 
Figura XXVIII. Espectro de la muestra M-2, de contenido promedio de silicio de 2.01 ppm. 
 
 
56 
NOVIEMBRE 
 
Figura XXIX. Curva de calibración para muestra M-7. 
 
 
 
Figura XXX. Espectro de la muestra M-7, de contenido promedio de silicio de 1.66 ppm. 
 
 
57 
DICIEMBRE 
 
Figura XXXI. Curva de calibración para muestra M-12. 
 
 
 
 Figura XXXII. Espectro de la muestra M-12, de contenido promedio de silicio de 1.31 ppm. 
 
58 
ENERO

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