Espectrometría - Absorción atómica

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Text of Espectrometría - Absorción atómica

  • Espectrometra Lectura N 9

    FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS

    Espectrometra

    Objeto de Estudio N 7

    LECTURA N 9

    ESPECTROMETRA DE ABSORCINATMICA

    Bibliografa: ROCHA Castro E.; PRINCIPIOS BSICOS DE ESPECTROSCOPA; Editorial UACh,Mxico (2000), pg 123-203.SKOOG, D.A. James; Holler F. James; PRINCIPIOS DE ANLISISINSTRUMENTAL, 5 ed.; Ed. McGraw-Hill (1998), pgs. 219-239.

    F.C.Q.

  • Espectrometra Lectura N 9

    Facultad de Ciencias Qumicas

    ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIN ATMICA

    ANTECEDENTES DE LA ESPECTROSCOPA ATMICA

    El trmino espectroscopia significa la observacin y el estudio del espectro, o registro quese tiene de una especie tal como una molcula, un ion o un tomo, cuando estasespecies son excitadas por alguna fuente de energa que sea apropiada para el caso.

    Uno de los pioneros en la espectroscopia fue Isaac Newton, quien a principios de 1600observ y estudi el comportamiento de la luz solar cuando esta atraviesa por un prisma.En 1831, J.F. Herschel demostr, que las sales de diferentes metales producen distintascoloraciones a la flama cuando las sales disueltas o en forma directa son puestas encontacto con sta. As por ejemplo la sales de calcio dan a la flama un color naranja, lasde sodio un color amarillo, las de potasio un color violeta, las de cobre un verde azulado,las de estroncio un color verde amarillo, etc. Estas observaciones fueron corroboradasposteriormente por otros investigadores sugiriendo que de esta forma podra identificarseel metal formador de la sal en un compuesto qumico especfico.

    Kirschoff y Bunsen en 1859 ampliaron el conocimiento de la naturaleza de este fenmeno, cuando la luz colorida producida por el metal en la flama la hicieron incidir en undepsito ptico que separa la radiacin emitida por el metal, de la luz solar. En steinstrumento que fue llamado espectroscopio ( espectroscopio= observacin del espectro )se observa que cada metal que emite radiacin de diferente color, presenta lneas queaparecen en diferentes posiciones en la pantalla o campo de observacin, y esto esindependientemente de las condiciones en que se realiza el experimento as como de lanaturaleza de la sal metlica y nicamente depende del metal. Adicionalmente, laintensidad de la lnea est directamente relacionada a la concentracin del elemento ensolucin.

    De esta manera se tiene una forma inequvoca de identificar el elemento ( Por la posicinde sus lneas ),as como una manera de identificar ste ( por la intensidad de las lneasproducidas ).

    A principios del siglo XX no se conocan todos los elementos de la tabla peridica yfrecuentemente se incurra en errores, al dar por descubiertos elementos nuevos cuandoen realidad eran elementos ya conocidos.

    Gracias al desarrollo de la espectroscopia cuando se daba la noticia de haber encontradoalgn elemento nuevo, se observaba su espectro. Si este ya coincida con los elementosya conocidos se descartaba la novedad del elemento, si por el contrario no coincida conninguno de los espectros de elementos ya conocidos la prueba era inobjetable y seconsideraba uno ms de la lista de elementos qumicos.

    Aunque las aplicaciones de la espectroscopia en el anlisis cualitativo fueron casiinmediatas, su utilidad en el aspecto cuantitativo tuvo que esperar muchos aos, ya queel desarrollo cientfico y tecnolgico de ese momento era insuficiente.

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    A pesar de que como se ha mencionado antes, el potencial de la espectroscopia en elanlisis cuantitativo era conocido desde fines del siglo pasado, su desarrollo y ampliaaplicacin en el anlisis qumico es tan reciente que apenas en 1952 tuvo desarrollo elprimer equipo comercial de espectroscopia de absorcin atmica para la cuantificacin demetales.

    Esta lentitud en la adaptacin de tcnicas espectroscpicas al anlisis qumicocuantitativo ha sido compensada por el alto grado de desarrollo que ha alcanzado en losltimos aos.

    ESPECTROSCOPIA MOLECULAR.- A diferencia de la espectroscopia atmica, laespectroscopia molecular tuvo un desarrollo ms temprano ya que se requera de uninstrumental menos sofisticado.

    Bouger, Lambert y Beer encontraron las relaciones cuantitativas entre espesor de celda yconcentracin de la especie absorbente para una solucin que absorbe radiacin Visible.

    Inicialmente las tcnicas estuvieron limitadas a la regin visible del espectroelectromagntico, por lo que ha esta tcnica espectroscpica se le llam Colorimetra, yaque la intensidad de color est directamente relacionada a la concentracin de la especieabsorbente .

    Posteriormente tuvo desarrollo la espectroscopia Ultravioleta, Infrarrojo, Raman, deRayos X, Fluorescencia, etc.

    Hoy en da prcticamente no existe ningn laboratorio o proceso industrial que prescindade las tcnicas espectroscpicas. Estas tcnicas pueden ser sencillos anlisiscolorimtricos o por el contrario, los ms sofisticados equipos de computacin estnacoplados a estos equipos instrumentales para tener anlisis ms precisos y con menoslmites de deteccin.

    Las aplicaciones de la espectroscopia son innumerables. En Qumica Clnica, en Controlde Calidad en los procesos industriales, en Anlisis de Aguas Residuales y Potables, enAnlisis de Tierras, en Anlisis de Fertilizantes, en Medicina Forense, en Metalurgia, enFarmacia, en control de procesos industriales y en muchas otras reas de la Ciencia y laTecnologa.

    ESPECTROSCOPIA DE ATOMOS

    La espectroscopa atmica se puede dividir en tres clases :1. Espectroscopa de Emisin Atmica ( EEA)2. Espectroscopa de Absorcin Atmica (EAA)3. Espectroscopa de Fluorescencia Atmica (EFA)

    ESPECTROSCOPA DE EMISIN EN FLAMA.- La espectroscopia de emisin entomos se basa en medir la intensidad de una lnea de emisin especfica del elementoque se desea determinar. Cuanto mayor sea la intensidad de sta lnea mayor es suconcentracin.

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    En los instrumentos de EEA , la flama atomiza y excita los componentes de la muestras.Estos emiten radiacin electromagntica de diferentes longitudes de onda que sonseparadas en el monocromador y la lnea de inters llega al detector, al amplificador yfinalmente al sistema de lectura .

    Las relativamente bajas temperaturas de la flama, limitan la aplicacin prctica de la EEAen flama a los elementos ms fciles de excitar, o en bajos potenciales de ionizacin,como son los elementos alcalinos ( Li,Na,K,Rb,Cs ) y los alcalinotrreos ( Ca,Mg,Sr,etc. ).

    ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIN ATMICA EN FLAMA: La espectroscopia deabsorcin atmica (EAA), tiene como fundamento la absorcin de radiacin de unalongitud de onda determinada. Esta radiacin es absorbida selectivamente por tomosque tengan niveles energticos cuya diferencia en energa corresponda en valor a laenerga de los fotones incidentes. La cantidad de fotones absorbidos, est determinadapor la ley de Beer, que relaciona sta prdida de poder radiante, con la concentracin dela especie absorbente y con el espesor de la celda o recipiente que contiene los tomosabsorbedores.

    Los componentes instrumentales de un equipo de espectrofotometra de absorcinatmica son los similares a los de un fotmetro o espectrofotmetro de flama, exceptoque en EAA se requiere de una fuente de radiacin necesaria para excitar los tomos delanalito. Estos componentes se representan en la Figura 1.

    Figura 1: Componentes de un Fotmetro de Emisin de Flama y de un Espectrofotmetro deAbsorcin Atmica.

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    COMPONENTES DE UN ESPECTROFOTMETRO DE ABSORCIN ATMICA

    1) Una fuente de radiacin que emita una lnea especfica correspondiente a lanecesaria para efectuar una transicin en los tomos del elemento analizado.

    2) Un nebulizador, que por aspiracin de la muestra lquida, forme pequeas gotaspara una atomizacin ms eficiente.

    3) Un Quemador, en el cual por efecto de la temperatura alcanzada en la combustiny por la reaccin de combustin misma, se favorezca la formacin de tomos apartir de los componentes en solucin.

    4) Un sistema ptico que separe la radiacin de longitud de onda de inters, detodas las dems radiaciones que entran a dicho sistema.

    5) Un detector o transductor, que sea capaz de transformar, en relacin proporcional,las seales de intensidad de radiacin electromagnetica, en seales elctricas ode intensidad de corriente.

    6) Una amplificador o sistema electrnico, que como su nombre lo indica amplifica laseal elctrica producida, para que en el siguiente paso pueda ser procesada concircuitos y sistemas electrnicos comunes.

    7) Por ltimo, se requiere de un sistema de lectura en el cual la seal de intensidadde corriente, sea convertida a una seal que el operario pueda interpretar(ejemplo: transmitancia o absorbancia). Este sistema de lectura, puede ser unaescala de aguja, una escala de dgitos, un graficador, una serie de datos quepueden ser procesados a su vez por una computadora, etc.

    La EAA en flama es a la fecha la tcnica ms ampliamente utilizada (aunque cada vezms competida por la EEP) para determinar elementos metlicos y metaloides. Estatcnica tienen grandes convenientes y es de costo relativamente bajo, pudindose aplicartal tcnica a una gran variedad de muestras.

    Acoplado un instrumento de Absorcin Atmica a un horno de Grafito y a un generadorde hidruros se alcanzan lmites de deteccin hasta de ppb, lo cual lo hace indispensableen reas como son: estudios de contaminacin ambiental, anlisis de alimentos, anlisisde aguas potables y residuales, diagnstico clnico, etc.

    DESCRIPCIN DE LA TCNICA DE EAA.- La tcnica de absorcin atmica en flama enuna forma concisa consta de lo siguiente: la muestra en forma lquida es aspir