Resúmenes del libro “Técnicas Fisicoquímicas en Medio Ambiente” – 03: “Espectroscopía atómica”

 

  • Espectros atómicos

    Tras los dos temas introductorios, a partir de este tercero se tratan propiamente las técnicas instrumentales de análisis químico, que aventajan a las técnicas clásicas (las marchas analíticas, las volumetrías, las gravimetrías) en multitud de aspectos. Así, las técnicas instrumentales son más rápidas, más automatizables, sus límites de detección son más bajos, se pueden determinar más analitos y los intervalos de comportamiento lineal de la señal con la concentración son más anchos.

    Dentro de las técnicas instrumentales cabe diferenciar las espectroscópicas de las eléctricas y de otros tipos. Por otro lado, la cromatografía es una técnica especial que se apoya en las demás.

    Las técnicas espectroscópicas se basan en la interacción de la radiación electromagnética con la materia. En general, irradiando una muestra se producen en ella cambios que permiten identificar las moléculas de que está formada e incluso su concentración.

    La primera técnica de este tipo que se considera en este manual es la espectroscopía atómica. Se basa en la capacidad que tienen los átomos de absorber radiación electromagnética y de, posteriormente, emitirla. Lo interesante es que cada tipo de elemento químico absorbe y emite radiaciones de longitudes de onda características y diferentes a las longitudes de onda absorbidas o emitidas por otros elementos. Eso permite identificar el elemento. Además, cuanto más concentrado esté, más cantidad de radiación absorbe. Eso permite cuantificar el elemento.

    Existen tres variedades de espectroscopía atómica: de absorción, de emisión y de fluorescencia. Las más aplicadas son las dos primeras. En espectroscopía atómica de absorción la muestra se atomiza calentándola en una llama o en un horno de grafito o sometiéndola a una descarga eléctrica. Después se irradia con radiaciones de diferentes longitudes de onda para observar cuáles de ellas son absorbidas (y en qué medida) y cuáles no. La representación gráfica de la cantidad de radiación absorbida (eje Y) de cada longitud de onda frente a dicha longitud de onda (eje X) es el espectro de absorción. Cada elemento químico tiene un espectro de absorción diferente. El espectro de absorción es como si fuese la huella dactilar de un elemento químico.

    En espectroscopía atómica de emisión la muestra se atomiza y se excita (es decir, se deja que absorba radiaciones) normalmente en un plasma muy energético. Después se permite que se desexcite o relaje emitiendo las radiaciones que le son características. La medida de estas radiaciones (intensidad frente a longitud de onda) es el espectro de emisión.

    Por su lado, en espectroscopía de fluorescencia la muestra se atomiza e irradia como en espectroscopía de absorción pero no se observa cuánto absorbe, sino cuánto emite posteriormente. Es un tipo de espectroscopía, pues, híbrido entre la de absorción y la de emisión.

    Los espectros de absorción, emisión y fluorescencia normalmente están formados por una serie de picos. Los espectros se obtienen en aparatos llamados espectrómetros, que en general se componen de una fuente (para excitar la muestra), un monocromador (para seleccionar longitudes de onda individuales a partir de una radiación policromática) y un detector (para medir la intensidad de la radiación de cada longitud de onda que le llega).

    Análisis cualitativo y cuantitativo

    En absorción atómica, una medida de la cantidad de radiación absorbida por la muestra es la llamada absorbancia, que se define de tal modo que es linealmente proporcional a la concentración del analito (ley de Beer). En emisión y fluorescencia, la potencia de la radiación emitida a cada longitud de onda es también linealmente proporcional a la concentración.

    Esto es en teoría. En la práctica, diversos inconvenientes hacen que estas relaciones no sean siempre lineales. Entre tales inconvenientes cabe destacar las interferencias, que son fenómenos diversos que afectan a la señal del analito aumentándola o disminuyéndola. En espectroscopía atómica son interferencias la superposición en el espectro de los picos de absorción o emisión de más de dos analitos, la aparición de un fondo continuo o bandas debidas normalmente a una atomización incompleta, la coexistencia en la llama o en el plasma de átomos de un elemento con iones del mismo, la formación de especies volátiles, la formación de especies refractarias o muy estables en general, etc. Se han ideado métodos para evitar todas las interferencias conocidas. En general, las interferencias pueden paliarse añadiendo especies químicas llamadas modificadores de matriz (supresores de ionización, agentes liberadores, agentes protectores…).

    En medio ambiente la espectroscopía atómica es una técnica ideal para identificar metales tanto en suelos como en aguas y aire.


    MATERIAL DIDÁCTICO

    En los siguientes enlaces pueden encontrarse “notas de aplicación” de la espectroscopía atómica a problemas ambientales. (Consideramos que las “notas de aplicación” son un excelente recurso didáctico para aprender cómo se aplica en la práctica toda esta teoría.)

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