Espectometría de absorción

Espectrometría de absorción atómica

La espectrometría de absorción atómica es una herramienta utilizada para analizar los compuestos de una muestra a través de una instrumentación de espectroscopia de absorción atómica. En este tema estudiaremos las ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica de acuerdo al uso.

También conocida como ASS, se basa en la absorción de fotones por una o más sustancias en una muestra que puede ser un sólido, líquido, o gas. La técnica se realiza mediante aplicaciones de longitudes de onda de radiación electromagnética de una fuente de luz.

Su utilización incluye, de igual forma, medir los elementos que absorben las longitudes de onda de radiación de los átomos por medio de una instrumentación de espectroscopia de absorción atómica.

Dentro de las ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica es que poseen la capacidad de generar fuentes de fotones, que son absorbidas, pero sólo por algunos componentes en una muestra.

Cabe destacar que dentro de las ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica el enfoque es crear radiación con una fuente, y medir el espectro de absorción de un material.

La espectrometría de absorción atómica fue utilizada por primera vez en Alemania como una técnica analítica, y se originó en el siglo XIX. Durante el año 1950 se desarrolló por un grupo de químicos australianos dirigidos por dirigidos por Alan Walsh.

Esta técnica posee aplicaciones en la química analítica, y como ya hemos mencionado, su función es determinar la concentración de un elemento específico en una muestra. Esta técnica analiza diversos elementos diferentes en una muestra, mediante un equipo de espectroscopia de absorción atómica.

Podemos resaltar que en la espectroscopia de absorción atómica se utiliza frecuentemente acetileno como gas combustible. Para ello se requieren niveles bajos de sulfuro de hidrógeno y fosfina para crear una llama impecable y con menores interferencias.  Al pasar esto se garantiza la precisión en los análisis.

También se usan como gases oxidantes, el aire y el óxido nitroso, y para determinar niveles de agua, están los hidrocarburos. También CO y CO2 para garantizar la precisión.

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¿Qué es un espectro de absorción atómica?

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El espectro de absorción es la composición atómica y molecular de un material y es la fracción de radiación que absorbe el material. La radiación se absorbe dependiendo de que las frecuencias coinciden con la diferencia de energía entre dos estados de la mecánica cuántica de las moléculas.

Un espectro de absorción está compuesto por muchas líneas. Dichas líneas de absorción son llamadas así debido a una transición entre dos estados. Las frecuencias donde suceden las líneas de absorción, dependen de la estructura electrónica y molecular de la muestra.

Estas frecuencias dependen de las interacciones entre la estructura en los sólidos, las moléculas y de factores ambientales como la presión, el campo electromagnético y la temperatura. El largo y ancho de las líneas se determinan por la densidad de estados del sistema y por la densidad espectral.

El espectro de absorción se mide utilizando una instrumentación de espectroscopia de absorción atómica. Se puede determinar la estructura y la concentración del compuesto comprendiendo la longitud de ruta óptica, la forma del espectro y la cantidad de radiación absorbida.

El espectro de absorción es característico para cada compuesto particular, no cambia con la concentración. En las longitudes de onda de energía de la muestra, se absorben algunos fotones incidentes. Esto crea una baja en la intensidad de transmisión medida y una pendiente en el espectro.

Los espectros de absorción de luz visible pueden agarrarse en cualquier material que sea visiblemente claro. Los espectros de absorción infrarrojos se efectúan con una delgada película de la muestra sostenida entre platos de cloruro de sodio.

Ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica

La espectroscopia de absorción atómica es una tecnología sencilla, económica y de alto rendimiento que se utiliza principalmente para analizar compuestos en solución. Existen varias ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica, se utiliza en análisis de alimentos y bebidas, agua, clínicos y farmacéuticos. También se utiliza en operaciones mineras, como para determinar el porcentaje de metal precioso en rocas.

Otras de las principales ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica es que es una herramienta de manejo sencillo. Lo que implica que los análisis de los elementos se realicen de forma directa.

Aunado a esto, otras de las ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica poseen una precisión del coeficiente de variación. Son una herramienta que tiene relativamente pocas interferencias.

alimentos

Posee una excelente sensibilidad a pequeñas proporciones de la concentración de una sustancia con respecto a la concentración de otra.

La espectroscopia de absorción atómica es de gran rapidez en la determinación y tiene como ventaja la constitución de un método sensible para la cuantificación de elementos.

Sin lugar a dudas, otras de las ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica es que pueden analizarse elementos metálicos como aluminio, calcio, cadmio, cromo, litio, hierro, magnesio, potasio y sodio, entre otros.

Por otra parte, podemos señalar que, dentro de las ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica, las muestras solo se pueden analizar cuando están en disolución.

También presenta diversas ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción en los diferentes tipos de interferencia y los elementos pueden analizarse uno por uno. Otra desventaja es que, por ser una técnica de absorción, sus curvas de calibrado solo son lineales en un corto rango de concentración.

La instrumentación de espectroscopia de absorción atómica

Dentro de las ventajas y desventajas de la espectroscopia de absorción atómica se encuentra el uso de la instrumentación de espectroscopia de absorción atómica. Consta de un instrumento que usa diversos análisis en la llama de los elementos químicos que componen la muestra.

Cabe destacar que la instrumentación de espectroscopia de absorción atómica del equipo es óptica. Los materiales se pueden estudiar ya sea en forma pura o en mezclas. Permite estudiar los espectros en función de la temperatura, la presión y los campos eléctricos y magnéticos externos.

La instrumentación de espectroscopia de absorción atómica y sus cuatro componentes

El área de introducción de la muestra.

La fuente de luz o la radiación.

El policromador y detector.

El monocromador.

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Luego de la absorción, las longitudes de onda que son emitidas por las fuentes de excitación, la llama o el horno de grafito, se transfieren y enfocan al sistema óptico de la instrumentación de espectrometría de absorción atómica.

Debido a que la disminución en la intensidad de la luz de una longitud de onda dada es proporcional a la concentración del analito en la muestra, este valor puede usarse para la cuantificación de los elementos analizados en la instrumentación de espectroscopia de absorción atómica.

Para analizar o estudiar una muestra con instrumentación de espectroscopia de absorción atómica se requiere atomizar la muestra a la que se le realiza el análisis atómico.

En primera instancia la muestra debe ser iluminada, esta luz se incluye por un detector, con la finalidad de minimizar el efecto de emisión del atomizador. Para realizar esta técnica se debe usar una instrumentación de espectroscopia de absorción atómica entre el detector y el atomizador.

Es necesario utilizar una instrumentación de espectrometría de absorción atómica, ya que permite atomizar la muestra a analizar. En esta técnica también se puede utilizar el horno de grafito o los plasmas.

Es de gran utilidad usar una instrumentación de absorción atómica de llama, para que este pase a lo largo, de manera lenta y no en profundidad. Se puede controlar la altura de la llama sobre la cabeza del quemador ajustando el flujo de mezcla de combustible. Un rayo de luz pasa a través de esta llama en el lado más largo del eje e impacta en un detector.

Preparación de muestras de espectrometría de absorción atómica

La preparación de muestras implica convertir una muestra líquida o sólida. En el caso de la espectrometría de absorción de llama, la atomización de la muestra crea una fina dispersión de niebla.

Luego esta niebla alimenta a una llama para romper los enlaces moleculares. La muestra líquida se introduce directamente en una cubeta en el horno de grafito, donde se transforma finalmente en fina niebla.

Posteriormente, la muestra se expone a una fuente de radiación, que es creada mediante una fuente de luz. Esta fuente de luz se ha configurado en longitudes de onda definidas, y los átomos de metal de la muestra absorben estas longitudes de onda.

Onda

Cuando ocurre la absorción, se crea un espectro de luz reducido en una o más de sus áreas. Esta intensidad reducida es característica de un elemento dado y ayuda a identificarlo. Luego de ello, el analito es excitado por fuentes de luz y emite una mezcla de longitudes de onda.

Tras la dispersión de estas longitudes de onda, el detector del instrumento mide la intensidad de la longitud de onda. Puesto que la concentración del elemento es función de la intensidad de su longitud de onda, se puede determinar la concentración del elemento objetivo.

Espectrometría de absorción atómica de llama

La espectrometría de absorción atómica de llama se usa para analizar más de 60 elementos, incluidos el hierro, zinc, calcio, potasio, sodio y magnesio. Es utilizado en varias industrias para beneficios específicos.

Durante el análisis, las muestras líquidas se aspiran y se introducen en la llama a través de una cámara de pulverización, que rompe el líquido aspirado en finas gotitas. La llama se crea usando gases como acetileno u óxido nitroso, y esto da como resultado la vaporización y atomización de la muestra.

Las lámparas de cátodo hueco emiten luz, y esta luz se dirige a través de la llama para permitir la medición durante la atomización. La óptica de alto rendimiento y el funcionamiento preciso del monocromador garantizan que la trayectoria de la luz esté alineada para el análisis.

Espectrometría de absorción en horno de grafito

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Dentro de las ventajas y desventajas de la espectrometría de absorción atómica es que se utiliza un horno de grafito para medir una cantidad grande de elementos como el níquel, plomo, cromo, arsénico, cromo, cobre y manganeso.

El consumo de muestra es sumamente bajo, por lo que se inyectan microlitros de muestra en una cubeta de grafito.

El calentamiento eléctrico de la cubeta seca la muestra y elimina la matriz antes de la atomización. Las lámparas de cátodo hueco proporcionan una salida de luz elemental específica, que se dirige a través del centro de la cubeta para permitir la medición durante la atomización.

Técnicas absorción atómica en la espectrometría de absorción atómica

Este método de química analítica cuantitativo se basa en la atomización del analito en matriz líquida y que utiliza un nebulizador prequemador.

Si la transmisión de energía principal al analito es por la técnica de llama, se debe crear una niebla de la muestra y un quemador. De esta forma se dará una llama con una longitud de trayecto más larga.

La niebla atómica queda desolvatada y expuesta a una energía con determinada longitud de onda emitida, ya sea por la llama, o por una lámpara de cátodo hueco.

En este punto, la temperatura de la llama es elevada como para que los átomos de la muestra permanezcan en su estado fundamental. La llama y el nebulizador son usados para desolvatar y atomizar la muestra.  Y la excitación de los átomos del analito se consigue utilizando lámparas que brillan a través de la llama a varias longitudes de onda para cada analito.

Por ende, la cantidad de analito existente en la muestra es determinada por la cantidad de luz absorbida después de pasar a través de la llama determinada. Se utiliza un horno de grafito con la finalidad de desolvatarla y atomizarla, aumentando la sensibilidad.

Esta técnica en horno de grafito logra analizar diversas muestras solidas o semisólidas. Y su análisis se usa para la traza de muestras acuosas u otro tipo de líquido debido a su forma selectiva y sensible.

Gases utilizados en la espectroscopia de absorción atómica

El uso de gases industriales es de gran utilidad para la instrumentación utilizada en la espectroscopia de absorción atómica. Estos gases favorecen la precisión de los resultados en el estudio de los análisis de las muestras.

Son utilizados algunos gases dentro de la espectroscopia de absorción atómica con llama y espectroscopia de absorción atómica en horno de grafito.

Para los diversos análisis de alimentos, los vidrios y metales, análisis bioquímicos, geoquímicos y análisis farmacéuticos, destacan gases como:

Nitrógeno

El nitrógeno se utiliza como gas de refrigeración para la espectroscopia de absorción atómica.

nitrogeno
argon

Argón

El argón es usado por sus propiedades inertes tanto en estado líquido como en estado gaseoso.

Hidrógeno

Con el hidrógeno se logra conseguir una llama más limpia y menores interferencias.

hidrogeno
oxido-nitroso

Óxido nitroso

Es utilizado como oxidante, ya que contiene niveles bajos de agua, hidrocarburos, CO y CO2 para garantizar una llama más limpia, y tener buenos resultados analíticos.

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