Espectrometría de Absorción Atómica A NÁ L ISIS INST R UMENTA L 1

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La Espectroscopia de Absorción Atómica

• Es un método instrumental de la química analítica que permite medirlas concentraciones específicas de un material en una mezcla ydeterminar una gran variedad de elementos.

Descripción

• Es un método de química analítica cuantificable que está basado en laatomización del analito en matriz líquida y utiliza comúnmente unnebulizador para crear una niebla de la muestra.

• La temperatura de la llama es lo bastante alta como para que nomueran los átomos de la muestra de su estado fundamental. Elnebulizador y la llama se usan para desolvatar y atomizar la muestra,pero la excitación de los átomos de la muestra se consigue con el usode lámparas que brillan a través de la llama a diversas longitudes deonda para cada tipo de analito.

• La cantidad de luz absorbida después de pasar a través de la llamadetermina la cantidad de analito existente en la muestra.

La Espectroscopia de Absorción Atómica

Espectrometría de Absorción Atómica

Técnicas de Atomizaciónde Muestras

Métodos mas comunes de atomización de muestra:

• Atomización de llama:

En un atomizador de llama, una solución de la muestra, se nebulizamediante un flujo de oxidante gaseoso mezclado con un combustibletambién gaseoso y se lleva hacia una llama donde ocurre laatomización.

La atomización es el paso mas decisivo en la espectroscopia de llama y el único que limita la precisión de tales métodos.

Técnicas de Atomizaciónde Muestras

En la llama ocurre un conjunto complejo de procesosinterconectados.

1. El primero es la desolvatación, en el que eldisolvente se evapora para producir un aerosolmolecular finamente dividido.

2. Luego, este se volatiliza para formar moléculas degas. La disociación de la mayor parte de dichasmoléculas produce un gas atómico. Algunos de losátomos del gas se ionizan para formar cationes yelectrones.

• Otras moléculas y átomos se producen en la llamacomo resultado de las interacciones del combustiblecon el oxidante y con las distintas especies de lamuestra. Como se indica en la figura, una fracción delas moléculas, átomos y iones se excita también porel calor de la llama para producir espectros deemisión atómicos, iónicos y moleculares.

• Atomización

de llama

Atomización de llama

• Estructura de llama

Las regiones más importantes de la llama son la zona de

combustión primaria secundaria y la interzona, esta última es la zona más rica en

átomos libres y es la más ampliamente utilizada.

Instrumentación para absorción atómica

E l dis eño gen eral de un in s t r umen to pa ra es p ect ro met r ía dea bsorci ón at ómica cons is t e en una fuent e de r a dia ción, unazona de mues t ra , un s el ecto r de long i t ud de on da , un det ect o r yun p ro cesado r de la señal y de la l ect ura de sal i da . La zona demues t r a en es to s ins t rumen t os es e l a to mi zado r, que con ti en el a mues t r a g a s eos a a t o mi zada .

Instrumentación para absorción atómica

Fuentes de radiaciónAl hacer medidas de absorbancia atómica utilizando un espetrofotómetro normal equipado

con una fuente de radiación continua, inevitablemente se obtienen curvas de calibrado nolineales.

Lámparas de cátodo hueco: La fuente más común para las medidas de absorbancia atómica esla lámpara de cátodo hueco. Este tipo de lámpara consiste en un ánodo de wolframio y uncátodo cilíndrico cerrados herméticamente en un tubo de vidrio lleno con neón o argón a unapresión de 1 a 5 torr, el cátodo está hecho con el metal cuyo espectro se desea obtener o biende soporte para una capa de dicho metal.

Por ejemplo, al aplicar un potencial de orden de 300 V entre los electrodos se produce laionización del gas inerte, lo que da lugar a una corriente de 5 a 15 mA al tiempo que los ionesy e- migran hacia los electrodos. Si el potencial es lo suficientemente grande, los cationesgaseosos adquieren la suficiente energía cinética como para arrancar algunos de los átomosmetálicos de la superficie del cátodo y producir una nube atómica, proceso llamadochisporroteo.

Lámparas de descarga sin electrodosLas lámparas de descarga sin electrodos (EDL) son fuentes de espectros atómicos

de líneas muy utilizadas y. por lo general, producen intensidades radiantes queson uno o dos órdenes de magnitud superiores a las lámparas de cátodo hueco.Lámpara constituida por un tubo de cuarzo herméticamente cerrado quecontiene un gas inerte, como argón, a unos pocos torr y una pequeña cantidaddel metal (o sal) cuyo espectro se desea obtener. Para su activación se utiliza uncampo intenso de radiofrecuencia o radiación de microonda, de esta forma seioniza el argón, originando iones que son acelerados hasta que adquieren lasuficiente energía para excitar a los átomos del metal cuyo espectro se desea.

Instrumentos de haz sencillo:

Un instrumento característico de haz sencillo, consiste en variasfuente de cátodo hueco, un cortador o una fuente de alimentaciónde impulsos, un atomizador y un espectrofotómetro sencillo de redde difracción con un fotomultiplicador como detector.

Espectrofotómetros

Instrumentos de doble haz:

El haz que proviene de la fuente de cátodo hueco se dividemediante un cortador reflectante, una mitad pasa a través de la llamay la otra mitad fuera de ella. Los dos haces se juntan mediante unespejo semiplateado y llegan a un monocromador de red Czerney-Turner; un tubo fotomultiplicador actúa como detector. La salida deéste se utiliza para alimentar un amplificador de cierre sincronizadocon el movimiento del cortador. Se amplifica entonces la relacionentre las señales de la referencia y de la muestra, y pasan al sistemade tratamiento de datos, que puede ser un medidor digital o unregistrador de señal.

Interferencias en Espectroscopia de Absorción atómica

Interferencias Espectrales: Se producen cuando la absorción oemisión de una especie interferente se solapa o aparece muypróxima a la absorción o emisión del analito, de modo que suresolución por el monocromador resulta imposible.

Interferencias Químicas: Se producen como consecuencia dediversos procesos químicos que ocurren durante laatomización y que alteran las características de absorción delanalito.

Análisis por absorción atómica

Preparación de la muestra

• La muestra se ha de introducir en la fuente deexcitación disuelta, por lo general en agua .muchos materiales no son solubles en losdisolventes habituales

• El material requiere un tratamiento previo, por logeneral se puede descomponer el materialsometiéndolo a altas temperaturas, pero se puedeperderse el anal ito por volat i l ización o en formade aerosoles en el humo

• Algunos react ivos para la descomposición puedenser interferentes químicos y espectrales

Por lo tanto algunos de los métodos mas habituales para ladescomposición y disolución de las muestras son:

• Tratamiento con ácidos minerales en caliente

• Oxidación con reactivos líquidos como acido sulfúrico

• Combustión en una bomba de oxigeno o en otro recipientepara evitar perdidas del analito

• Digestión a elevada temperatura

• Fusión a elevada temperatura con reactivos como oxidobórico o carbonato sódico

Una de las ventajas de la atomización electrotermica es quealgunos materiales pueden atomizarse directamente evitandode esta manera la etapa de la disolución

Disolventes orgánicos

Se puede obtener mayores pucos de absorción a partir dedisoluciones que contengan alcoholes de bajo peso molecular,esteres o cetonas. Esto se puede atribuir a:

• Mejoran la eficacia de la nebulización

• La mayor velocidad de evaporación del disolvente

La mejor aplicación de estos disolventes es la utilización dedisolventes inmiscibles, como la metil isobutil cetona, paraextraer quelatos de iones metálicos.

Curvas de calibrado

En teoría la absorción atómica debería cumplir la ley de Beer, pero se

encuentran con frecuencia desviaciones de la linealidad

Se debería preparar periódicamente una curva de calibrado que cubra el

intervalo de concentraciones correspondientes a la muestra

Adición estándar

Este método se utiliza ampliamente con el objeto decontrarrestar parcialmente o completo las interferenciasquímicas y espectrales introducidas por la matriz de lamuestra

Aplicación

Determinación cuantitativa de mas de 60 elementos metálicos o metaloides

Su error relativo es del orden del 1 al 2 por 100

Ejemplo