Espectrometría de Emisión Atómica

La espectrometría de emisión es una técnica espectroscópica que analiza las longitudes de onda de los fotones emitidos por los átomos o moléculas durante su transición desde un estado excitado a un estado de inferior energía. Cada elemento emite un conjunto característico de longitudes de onda discretas en función de su estructura electrónica. Mediante la observación de estas longitudes de onda puede determinarse la composición elemental de la muestra.

Principios en los que se Basa

El principio del espectro de emisión atómica explica la variedad de colores en letreros de neón, así como los resultados de las pruebas de llama química. Las frecuencias de luz que un átomo puede emitir dependen de los estados en los que se encuentran los electrones.

Espectrometría de Emisión Atómica

En la técnica de Espectrometría de Emisión Atómica, aprovechamos la luz emitida por los átomos excitados. La luz total producida por la muestra se descompone, como en la imagen de arriba, y se puede analizar un espectro de colores.

El sodio, por ejemplo, es fácil de identificar. Emite un color amarillo - como vemos en las lámparas de sodio, muy presente en la iluminación pública. Sin embargo, no siempre es tan sencillo.

Hay elementos que emiten "colores" más complejos. El magnesio, por ejemplo, emite una luz casi blanca, es decir, varios colores elementales juntos. Todavía existen aquellos que emiten luz que no es visible a simple vista, como los infrarrojos y/o ultravioletas.

La solución que contiene la sustancia que va a ser analizada se conduce al quemador y se dispersa en la llama como un spray fino. El solvente se evapora en primer lugar, dejando partículas sólidas finamente divididas que se desplazan a la región más caliente de la llama, donde se producen átomos e iones gaseosos. Los electrones son entonces excitados, tal como se describió más arriba. Es común usar un monocromador para permitir una detección fácil.

En un nivel simple, la espectrometría de emisión por llama se puede observar utilizando sólo un mechero Bunsen y muestras de metales. Por ejemplo, el metal sodio colocado en la llama se iluminará de amarillo, el metal calcio de rojo y el cobre creará una llama verde.

Hay cuatro etapas principales durante la espectrometría de emisión por llama:

1. Evaporación: La muestra que contiene partículas metálicas se deshidrata por el calor de la llama, y el disolvente se evapora.

2. Atomización: En esta etapa, los iones metálicos que se encontraban en el disolvente se reducen a átomos de metal. Por ejemplo, Mg2 + (aq) + 2e → Mg (g). Los electrones en los átomos de metal absorben la energía del calor de la llama y pasan a niveles más altos de energía.

3. Excitación: Los electrones en estado basal de los átomos de metal son ahora capaces de absorber la energía del calor de la llama. El cuanto (cantidad) de energía absorbido depende de las fuerzas electrostáticas de atracción entre los electrones con carga negativa y el núcleo de carga positiva. Esto, a su vez, depende del número de protones en el núcleo. Como los electrones absorben energía, se desplazan a niveles más altos de la energía y pasan a estado excitado.

4. Emisión de radiación: Los electrones en estado excitado son muy inestables y se mueven hacia un estado basal con bastante rapidez. Cuando lo hacen, emiten la energía que absorbieron. Para algunos metales, esta radiación corresponde a longitudes de onda de luz en la región visible del espectro electromagnético, y se observan como un color característico del metal. Como los electrones de diferentes niveles de energía son capaces de absorber luz, el color de la llama será una mezcla de todas las diferentes longitudes de onda emitidas por los distintos electrones en el átomo de metal que se investiga.

En la espectrometría de emisión atómica, A temperatura ambiente, todos los átomos de una muestra se encuentran en el estado fundamental. Por ejemplo, el único electrón externo del sodio metálico ocupa el orbital 3s. La excitación de este electrón a orbitales más altos se puede conseguir por el calor de una llama o un chispa o arco eléctrico. El tiempo de vida de un átomo excitado es breve, y su vuelta al estado fundamental va acompañada de la emisión de un fotón de radiación.

La espectroscopía atómica contiene muchos métodos analíticos que se utilizan para calcular la composición elemental (podría ser líquida, gaseosa o sólida) mediante la detección de los espectros de emisión electromagnética, la intensidad de emisión o el espectro de masas de esa muestra. También se podrían descubrir concentraciones de elementos de un millón (ppm) o mil millones de componentes (ppb) de esta muestra, por lo que podría usarse para análisis de vacío. Existen diferentes tipos de técnicas de espectroscopía de masas, espectroscopía, emisión, absorción y fluorescencia. Debido a que cada uno tiene sus fortalezas y limitaciones, la determinación de una técnica adecuada requiere una comprensión fundamental de cada método. Sin embargo, este tema está destinado a ofrecer los métodos de espectroscopia de emisión únicamente.

Equipos:

La espectroscopía de Emisión Atómica es una técnica versátil, que permite el análisis de una amplia gama de muestras como por ejemplo catalizadores, alimentos, aguas, muestras geológicas, biológicas, clínicas Para poder llevar a cabo la transformación de la muestra en especie medible (forma líquida), podemos aplicar la digestión por vía húmeda mediante disolución acida (microondas) o la mineralización por vía seca mediante fusión alcalina.

El análisis por espectroscopía de emisión atómica requiere de un equipo llamado espectrómetro, integrado por las siguientes partes:

-Una fuente de ionización o de excitación: en esta parte del equipo se genera la llama, plasma, arco o chispa encargados de llevar la muestra desde un estado basal a un estado excitado;

-Un sistema dispersivo, para dispersar la radiación;

-Un sistema de detección y análisis, encargado de medir la radiación emitida por los átomos.

El principio

La espectroscopía de emisión atómica (conocida por sus siglas AES, a partir del inglés, Atomic emission spectroscopy) es un método de análisis químico que utiliza la intensidad de la luz emitida por una llama, un plasma, un arco o chispa eléctricos en una longitud de onda particular para determinar la cantidad de un elemento en una muestra. La longitud de onda es característica de la línea espectral atómica y determina la identidad del elemento, mientras que la intensidad de la luz emitida es proporcional a la cantidad de átomos del elemento. En 1823, el astrónomo John Herschel sugirió que cada gas podría identificarse por su espectro de emisión característico.

Atomización con llama

Instrumentación Los instrumentos para trabajar con emisión de llama son similares a los instrumentos de absorbancia de llama, excepto por el hecho de que en los primeros la llama actúa como fuente de radiación. En la espectrofotometría de emisión de llama, la muestra en solución es nebulizada e introducida dentro de la llama, en donde es desolvatada, vaporizada y atomizada, todo esto en rápida sucesión. Subsecuentemente, los átomos y las moléculas se elevan a estados excitados por colisiones térmicas con los constituyentes de los componentes de la llama parcialmente quemados. Durante su regreso a un estado electrónico basal o más bajo, los átomos y moléculas emiten la radicación característica de los componentes de esa muestra. La luz emitida pasa por un monocromador que aísla la longitud de onda específica para el análisis deseado. Un fotodetector mide la potencia radiante de la radiación seleccionada, que entonces es amplificada y enviada a un dispositivo de lectura: medidor, registrador o sistema con microcomputadora.

Una muestra de un material (analito) se pone en la llama, ya sea como gas, solución pulverizada o directamente insertada en la llama mediante un pequeño bucle de alambre, normalmente de platino. El calor de la llama evapora el solvente y se rompen los enlaces químicos para crear átomos libres. La energía térmica también excita los electrones hasta estados electrónicos de mayor energía que posteriormente emiten luz cuando vuelven al estado fundamental. Cada elemento emite luz con una longitud de onda característica, que es dispersada por una rejilla o un prisma y se detecta en el espectrómetro. Una aplicación frecuente de la medición de las emisiones con la llama es la regulación de los metales alcalinos para análisis farmacéuticos.

Fundamento

La Espectroscopía de Emisión Atómica con Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-OES), es una técnica de análisis multielemental capaz de determinar y cuantificar la mayoría de los elementos de la tabla periódica, a excepción de C, N, O, H, F, gases nobles, algunas tierras raras y otros elementos poco frecuentes, en concentraciones que van desde % hasta ppb (kg/L). Las muestras son introducidas en forma líquida, transformadas mediante un nebulizador en un aerosol y excitadas mediante un plasma de algún. Las emisiones de los ·tomos excitados se recogen mediante un sistema Óptico basado en un policromado combinado con detectores CCD, obteniendo espectros de emisión para las líneas seleccionadas en cada elemento.

Como sabemos, la emisión es la producción y descarga de algo, especialmente gas o radiación. El espectro es la característica distintiva de la materia o elemento o sustancia emisora ​​y el tipo de excitación a la que está sometido para comparar el espectro de absorción. La emisión atómica se puede utilizar para analizar un átomo gaseoso libre. Este es el método más común para plasma, arco y llamas, cada uno de los cuales es útil para una solución o muestras líquidas; el agregado de energía funciona como fuente de excitación en este método.