Espectroscopía atómica (III): En el laboratorio

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Para obtener un espectro atómico primero hay que atomizar la muestra, es decir, disociar sus moléculas en sus átomos; después se excitan.

clip_image002[4]La atomización se hace generalmente calentando la muestra mediante una llama, un plasma, una corriente eléctrica o un arco eléctrico o por otros procedimientos. Si la muestra es gaseosa, se introduce directamente en el atomizador; si está en disolución, esta se convierte en un aerosol mediante un nebulizador. Los sólidos se disuelven previamente; algunos pueden vaporizarse directamente mediante electricidad o láser. Ciertos metales en disolución se pueden volatilizar obteniendo químicamente sus hidruros volátiles.

Las espectroscopía atómicas de llama, electrotérmica y de generación de hidruros se refieren sobre todo a las espectroscopías atómicas de absorción y fluorescencia, aunque también pueden usarse en espectroscopía de emisión. El método electrotérmico se lleva a cabo mediante un “horno” de grafito, que es un pequeño tubo en el que la muestra se calienta eléctricamente para atomizarla. La técnica de la generación de hidruros se puede aplicar a elementos que forman hidruros volátiles (As, Sb, Bi, Sn, Pb, Se, Te…). Sus vapores se atomizan dentro de un delgado tubo de sílice

En espectroscopía de emisión, el método de atomización más empleado es el de plasma. El plasma es un gas altamente ionizado a temperaturas de hasta10.000 ºC. También se sigue empleando el método clásico de excitación mediante un arco o una chispa eléctrica para obtener el espectro de emisión. Otros sistemas son el de la lámpara de descarga luminiscente, el método de Delves…

Excitación

En espectroscopía de emisión se trabaja en condiciones tales que la misma fuente energética de atomización excita los átomos. Pero en espectroscopía de absorción y de fluorescencia primero se atomiza la muestra y después sus átomos se excitan sometiéndolos a una radiación electromagnética. Esto se puede hacer mediante lámparas de cátodo hueco, de radiación continua, láseres sintonizables, lámparas de descarga sin electrodos…

Selección de fotones y detección

En espectroscopía de absorción y fluorescencia, la radiación continua o de líneas producida por alguna de estas fuentes puede hacerse pasar por un monocromador para seleccionar fotones de una única longitud de onda. A continuación, estos atraviesan la llama dentro de la cual la muestra está atomizada o el interior del horno de grafito o del tubo de sílice lleno de vapores de hidruros o de mercurio. En cualquiera de estos atomizadores, los fotones serán parcialmente absorbidos.

Otra opción es colocar el monocromador después del atomizador, como también se hace en espectroscopía de emisión. Las figuras siguientes permiten distinguir entre la forma de trabajar en emisión (primera figura) y en absorción:

Emisión:

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Absorción:

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La imagen siguiente recoge el funcionamiento de un monocromador (concretamente, se trata del monocromador de Czerny-Turner). El elemento dispersante móvil en este caso es una red de difracción; su función es focalizar hacia la rendija de salida fotones de un intervalo muy estrecho de longitudes de onda (en este caso permite la salida de la radiación azul y retiene las demás).

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Detectores

Para contar los fotones que salen del monocromador se usa un dispositivo llamado detector. Los detectores más usados en espectroscopía atómica se llaman fotomultiplicadores. Estos, al recibir impactos de fotones generan una corriente de electrones (debido al llamado efecto fotoeléctrico); cada electrón generado produce otros muchos en unos dispositivos electrónicos conocidos como dínodos, en un efecto de cascada que amplifica la señal eléctrica. Lo que hace el detector es convertir la energía de la radiación en voltaje. Basta medir el voltaje para conocer el número de fotones que el detector recibió.

Instrumentos para espectroscopía atómica

Existe cierta confusión a la hora de dar nombre al conjunto adecuadamente montado de los dispositivos descritos anteriormente más las correspondientes cámaras de muestras, depósitos de gases, sistemas ópticos, etc. necesarios para registrar un espectro. De acuerdo con la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), se pueden dar las siguientes definiciones:

  • Espectroscopio: aparato que permite observar y evaluar visualmente un espectro óptico, normalmente en la región visible.
  • Espectrógrafo: aparato espectral que permite registrar un espectro en una emulsión fotográfica o análoga.
  • Espectrómetro: aparato espectral con un detector electrónico o similar que permite medir la intensidad de las líneas o bandas espectrales.clip_image012[4]

    Los espectros

    Los espectros atómicos son relativamente fáciles de interpretar, ya que en teoría cada elemento existente da una o varias líneas (o picos):

    espectro emision atomica triplenlace.com

    Lógicamente, la cosa normalmente no es tan sencilla y surgen complicaciones como la aparición de un fondo continuo o bandas debidas a una atomización insuficiente.

    En emisión y fluorescencia existe una relación teóricamente lineal entre la concentración y la altura de los picos, la cual es proporcional a la potencia radiante, P, que llega al detector. Por tanto, en estas técnicas es aplicable la siguiente relación lineal para calcular la concentración de un analito determinado en una muestra:

    P = kc

    En absorción, la relación lineal lo es entre la concentración y la absorbancia:

    A = k’c

    definiéndose absorbancia como

    A = –logT = –log(P/P0) = log(P0/P)

    (P0 es la potencia de la radiación de determinada l que sale de una fuente e incide en una muestra, y P la que sale de la muestra y alcanza el detector, de la misma l. El cociente P/P0 es la fracción de potencia total transmitida y se llama transmitancia (T).)

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