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ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA EN HORNO DE GRAFITO Y
GENERADOR DE HIDRUROS.
Andrea Juletsy Cadena Caicedo
Ana María Nieto Soto
Edgar Eduardo Velasco Quintero
La tecnología de horno de grafito fue elresultado de la necesidad de contar con unatécnica que empleara volúmenes mínimos de lamuestra.
El espectrómetro de absorción atómica con cámara degrafito(GFAAS) permite trabajar con muestras devolumen muy reducido (inferior a 100 µL) odirectamente sobre muestras orgánicas líquidas.
Habitualmente se analizan muestras de materialbiológico de origen clínico (sangre, suero, orina, biopsiashepáticas, etc.).
Por su elevada sensibilidad (niveles de ppb), la técnicase aplica en la detección de metales en productos dealta pureza, como por ejemplo fármacos, alimentos(peces y carne) y productos industriales, y también enaguas de bebida y de acuíferos (determinación de lapresencia de Cu, Cd, Pb, As, Hg, etc.).
ATOMIZACIÓN DE LLAMA VS HORNO DE GRAFITO
ATOMIZACIÓN DE LLAMA HORNO DE GRAFITO
La muestra aspirada es convertida en pequeñas
gotas (spray) que tienen un tamaño lo
suficientemente pequeño para llegar al
quemador, donde el solvente es evaporado y el
sólido resultante se funde y vaporiza para formar
moléculas volátiles y disociarse en átomos.
Se utiliza un tubo de grafito en vez de una llama
como medio de atomización. La muestra es
colocada en este tubo y por calentamiento por
el paso de una corriente eléctrica por el horno,
la temperatura aumenta para realizar el proceso
en un tiempo mayor que el de llama.
La cantidad de átomos que se encuentran en la
llama es constante una vez alcanzado el
equilibrio.
Los átomos son formados por una sola vez y en
corto tiempo.
Los gases producidos en la combustión arrastran
los átomos producidos en la misma, por lo que
su estancia en el haz de radiación es muy corta.
Es posible suprimir el paso de gas, por lo que los
átomos formados permanecen más tiempo en
el haz.
Los elementos contenidos en el spray que llegan
al quemador no son convertidos eficientemente
en átomos, pues el tiempo del proceso es muy
corto en la llama.
Se dispone de más tiempo y de una forma más
eficiente de transferir energía térmica a la
muestra, lo que permite la formación de
átomos de manera completa.
Los rangos de detección son del orden de de
ppm.
Los rangos de detección son de ppb, lo que
hace que el equipo sea más sensible.
Consiste en un cuerpo de acero con ciertos sensoreseléctricos y que acomoda en su parte central unacavidad para que sea colocado un tubo de grafito.
Este tubo de grafito consiste en un tubo cilíndricohueco de aproximadamente 4 cm de altura y 1 cm dediámetro, con un orificio en el centro para poderinyectar la muestra liquida que se desea analizar
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL HORNO DE GRAFITO.
A través del cuerpo del horno de grafito, fluye agua paraenfriamiento del sistema cuando así requiera, además de un gasinerte (Argón o Nitrógeno) que sirve como gas de protección delsistema.
El gas inerte fluye exteriormente al tubo de grafito para evitar laoxidación provocada a altas temperaturas; e interiormente paradesalojar los componentes volátiles que se produzcan.
El calentamiento del horno y del tubo se hace pormedio de una fuente de poder eléctrica controladapor un microprocesador.
El microprocesador abre y cierra el gas inerte, sube latemperatura indicada, sostienen la temperatura eltiempo deseado, abre el flujo de agua paraenfriamiento del horno después de la secuencia delprograma completo, etc.
SECUENCIA PARA EL TRATAMIENTO DE LA MUESTRA
PROCESO DESCRIPCION TEMPERATURA
Evaporación del solvente Evaporar el solvente por medio de
la rampa de calentamiento,
evitando que arrastre consigo
partículas del analito.
La muestra se calienta a una
velocidad de 10°C/seg, hasta 120°C.
La temperatura es superior a la de
ebullición del agua para asegurar que
todo el solvente se desprenda de la
muestra a atomizar.
Calcinación de la muestra Eliminar los componentes orgánicos
volátiles que la muestra puede
contener.
Una vez alcanzada la temperatura de
600°C se sostiene durante 10 seg
para asegurar la perdida de todos los
volátiles.
Atomización Una vez que se separa el solvente y
los volátiles orgánicos se produce la
atomización de los componentes
residuales de la muestra.
Se eleva la temperatura utilizando el
máximo de potencia del equipo para
alcanzar la temperatura de
atomización en el menor tiempo
posible. (2200°C)
Limpieza del tubo Calcinar y volatilizar el residuo de
material que puede existir en la
muestra analizada.
Se incrementa unos 100°C la
temperatura (2400°C).
LECTURA DE LA SEÑAL
La señal generada es muy rápiday debe ser procesada de talforma.
Los recientes avances encomputación y electrónica hanpermitido que sea posible mediry tener una lectura en unapantalla de: Absorbancia (alturadel pico), Absorbancia –Segundos (área del pico) oconcentración.
Gracias a la rapidez delinstrumento no hay distorsiónde la señal.
TUBOS DE GRAFITO
INTERFERENCIAS
Interferencias espectrales: se deben al aislamientoincompleto de la línea emitida o absorbida por el elementoa analizar.
Las principales interferencias ocurren por:
- Absorción de radiación por traslapamiento de las líneasatómicas o moleculares emitidas por elementos ysubstancias que se encuentran en la matriz, con la líneaabsorbida o emitida por el elemento a analizar.
- Dispersión de radiación emitida por la fuente, porpartículas sólidas no volátiles formadas por efectos de lamatriz.
Interferencias no espectrales: toda señal ajena a la señal delanalito y que no tiene como causas la distorsión en la líneaabsorbida o emitida.
MUESTRADOR AUTOMÁTICO EN HORNO DE GRAFITO
Cuando no se tiene el muestrador automático ,existe la posibilidad de perdida dereproducibilidad en los resultados cuando latécnica de inyección de la muestra del analito enel tubo de grafito no se hace con cuidado y lareproducibilidad requerida.
Los avances en robótica y microprocesadoreshan creado sistemas de automuestradores, quese programan de forma automática y repetitiva.
Se utiliza un carrusel de 50 o 100 muestras ydespués, al termino de las muestras, se cambiael carrusel si es necesario. Además, en elcarrusel se puede cambiar la lámpara y losparámetros del instrumento para analizar lamisma muestra por otro elemento diferente.
TÉCNICA DE GENERACIÓN DE HIDRUROS
Hay algunos elementos que son difíciles de volatilizarcon una llama o un horno. Para estos elementos seutiliza la técnica de generación de vapor, ya seaformando el hidruro metálico del elemento (As, Bi, Sb,Sn, Se y Te) o directamente vapores como en el caso delHg.
Esta técnica es 5 o 10 veces mas sensiblecomparada con el horno de grafito, paraelementos como Arsénico, Bismuto, Selenio,Teluro y Estaño.
Es posible aislar completamente el elemento o elhidruros del elemento de las sustancias queacompañan la muestra. Esto tiene comoconsecuencia que casi no se tenganinterferencias por efecto de matriz.
COMPARACIÓN EN LOS LIMITES DE DETECCIÓN ENTRE LAS
TÉCNICAS DE HORNO DE GRAFITO Y GENERACIÓN DE HIDRUROS
ELEMENTO HORNO DE GRAFITO GENERADOR DE
HIDRUROS
As 0,20 0,01
Be 0,10 0,02
Sb 0,15 0,02
Se 0,50 0,01
Zn 0,15 0,02
Te 0,10 0,02
Volumen de muestra: Horno de Grafito = 100 µL y Generador de Hidruros = 50 mL.
Se tiene un recipiente cónico en el fondo, donde secoloca la muestra a analizar. El fondo cónico tiene lafinalidad de producir una agitación mas intensa yhomogénea, y el volumen de muestra es de 10 a 50 mL.
Con la muestra se agrega HCl 1 M para favorecerlas condiciones reductoras y es posible agregarunas gotas de Permanganato de Potasio 1 M, elcual le da un tinte rosa a la solución de muestray al ocurrir la reducción completa la solución sedecolorar por completo, lo cual garantiza lareducción a los hidruros correspondientes.
LIMITACIONES DE LA TÉCNICA
Esta restringida a la cuantificación de elementosque formen hidruros volátiles a temperaturaambiente o que se reduzcan al estado elemental encondiciones apropiadas.
La cantidad de átomos que se pueden formar esmucho mayo en Generador de Hidruros, lo queindica que tiene menores limites de detección quelos correspondientes al Horno de Grafito.
No tiene interferencias por señal de fondo, pues elanalito se aísla de la matriz por volatilización.
