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MANUAL

ASPECTOS GENERALES DE LA ABSORCIÓN ATOMICA

Noviembre 2011 Valparaíso, Chile

ASPECTOS GENERALES DE LA ABSORCIÓN ATOMICA

INDICE ITEM

Pág.

ESPECTROMETRÍA

3

MÉTODOS ESPECTROMÉTRICOS

4

TIPOS DE ESPECTROMETRÍA

6

ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN

12

ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA

13

PRINCIPIOS

13

INSTRUMENTOS

15

TIPOS DE ATOMIZADORES

16

ANÁLISIS DE LOS LÍQUIDOS

16

FUENTES DE LUZ

17

MÉTODOS DE CORRECCIÓN DE FONDO

18

COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE ABSORCIÓN ATÓMICA

19

PROCESOS EN LAMPARA DE CATODO HUECO

19

INSTRUMENTO DE HAZ SENCILLO

20

COMPONENTES

20

INSTRUMENTOS DE DOBLE HAZ

21

LAMPARA DE CATODO HUECO

22

MONOCROMADORES

26

DETECTORES

27

ASPECTOS DE MANTENIMIENTO EN ABSORCIÓN ATÓMICA

28

ATOMIZACION CON LLAMA

30

QUEMADOR Y COMPONENTES DE NEBULIZACIÓN

30

ESTRUCTURA DE LLAMA Y PERFILES DE TEMPERATURA

32

ATOMIZADORES DE LLAMA

32

REGULADORES DE COMBUSTIBLES Y OXIDANTES

33

TIPO DE LLAMAS

34

SISTEMA DE DRENAJE

37

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ESPECTROMETRÍA Dispersión de luz en un prisma triangular La espectroscopia surgió con el estudio de la interacción entre la radiación y la materia como función de la longitud de onda (λ). En un principio se refería al uso de la luz visible dispersada según su longitud de onda, por ejemplo por un prisma. Más tarde el concepto se amplió enormemente para comprender cualquier medida en función de la longitud de onda o de la frecuencia. Por tanto, la espectroscopia puede referirse a interacciones con partículas de radiación o a una respuesta a un campo alternante o frecuencia variante (ν). Una extensión adicional del alcance de la definición añadió la energía (E) como variable, al establecerse la relación E=hν para los fotones. Un gráfico de la respuesta como función de la longitud de onda (o más comúnmente la frecuencia) se conoce como espectro. La espectrometría es la técnica espectroscópica para tasar la concentración o la cantidad de especies determinadas. En estos casos, el instrumento que realiza tales medidas es un espectrómetro o espectrógrafo. La espectrometría a menudo se usa en física y química analítica para la identificación de sustancias mediante el espectro emitido o absorbido por las mismas. La espectrometría también se usa mucho en astronomía y detección remota. La mayoría de los telescopios grandes tienen espectrómetros, que son usados para medir la composición química y propiedades físicas de los objetos astronómicos, o para medir sus velocidades a partir del efecto Doppler de sus líneas espectrales.

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MÉTODOS ESPECTROMÉTRICOS Según la naturaleza de la excitación medida El tipo de espectrometría depende de la cantidad física medida. Normalmente, la cantidad que se mide es una intensidad de energía absorbida o producida. Se pueden distinguir estos tipos de espectrometría según la naturaleza de la excitación: * Electromagnética. Interacciones de la materia con radiación electromagnética como la luz. * De electrones. Interacciones con haces de electrones. La espectroscopia Auger implica inducir el efecto Auger con un haz de electrones. En este caso la medida implica la energía cinética del electrón como variable. * De masa. Interacción de especies cargadas con campos magnéticos y/o eléctricos, dando lugar a un espectro de masas. El término "espectroscopia de masas" está anticuado, ya que la técnica es principalmente una forma de medida, aunque produzca realmente un espectro para la observación. Este espectro tiene la masa (m) como variable, pero la medida es esencialmente de la energía cinética de la partícula. * Acústica. Frecuencia de sonido. * Dieléctrica. Frecuencia de un campo eléctrico externo. * Mecánica. Frecuencia de un estrés mecánico externo, por ejemplo una torsión aplicada a un trozo de material.

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Según el proceso de medida La mayoría de los métodos espectroscópicos se diferencian en atómicos o moleculares según si se aplican a átomos o moléculas. Junto con esta diferencia, se pueden distinguir los siguientes tipos de espectrometría según la naturaleza de su interacción: * De absorción. Usa el rango de los espectros electromagnéticos en los cuales una sustancia absorbe. Incluye la espectrometría de absorción atómica y varias técnicas moleculares, como la espectrometría infrarroja y la resonancia magnética nuclear (RMN). * De emisión. Usa el rango de espectros electromagnéticos en los cuales una sustancia irradia (emite). La sustancia primero debe absorber la energía. Esta energía puede ser de una variedad de fuentes, que determina el nombre de la emisión subsiguiente, como la luminescencia. Las técnicas de luminescencia moleculares incluyen la espectrofluorimetría. * De dispersión. Mide la cantidad de luz que una sustancia dispersa en ciertas longitudes de onda, ángulos de incidencia y ángulos de polarización. El proceso de dispersión es mucho más rápido que el proceso de absorción/emisión. Una de las aplicaciones más útiles es la espectroscopia Raman.

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TIPOS DE ESPECTROMETRÍA ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN La espectrometría de absorción es una técnica en la cual la energía de un haz de luz se mide antes y después de la interacción con una muestra. Cuando se realiza con láser de diodo ajustable, se la conoce como espectroscopia de absorción con láser de diodo ajustable. También se combina a menudo con una técnica de modulación, como la espectrometría de modulación de longitud de onda, y de vez en cuando con la espectrometría de modulación de frecuencia a fin de reducir el ruido en el sistema. ESPECTROMETRÍA DE FLUORESCENCIA La espectrometría de fluorescencia usa fotones de energía más elevada para excitar una muestra, que emitirá entonces fotones de inferior energía. Esta técnica se ha hecho popular en aplicaciones bioquímicas y médicas, y puede ser usada con microscopía confocal, transferencia de energía entre partículas fluorescentes, y visualización de la vida media de fluorescencia. ESPECTROMETRÍA DE RAYOS X Cuando los rayos X con suficiente frecuencia (energía) interaccionan con una sustancia, los electrones de las capas interiores del átomo se excitan a orbitales vacíos externos, o bien son eliminados completamente, ionizándose el átomo. El "agujero" de la capa interior se llena entonces con electrones de los orbitales externos. La energía disponible en este proceso de excitación se emite como radiación (fluorescencia) o quitará otros electrones menos enlazados del átomo (efecto Auger). La absorción o frecuencias de emisión (energías) son características de cada átomo específico. Además, para un átomo específico se producen pequeñas variaciones de frecuencia (energía) que son características del enlace químico. Con un aparato apropiado pueden medirse estas frecuencias de rayos X características o energías de electrones Auger. La absorción de rayos X y la espectroscopia de emisión se usan en química y ciencias de los materiales para determinar la composición elemental y el enlace químico.

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La cristalografía de rayos X es un proceso de dispersión. Los materiales cristalinos dispersan rayos X en ángulos bien definidos. Si la longitud de onda de los rayos X incidentes es conocida, se pueden calcular las distancias entre planos de átomos dentro del cristal. Las intensidades de los rayos X dispersados dan información sobre las posiciones atómicas y permiten calcular la organización de los átomos dentro de la estructura cristalina. ESPECTROMETRÍA DE LLAMA Las muestras de solución líquidas son aspiradas en un quemador o una combinación de nebulizador/quemador, desolvatadas, atomizadas, y a veces excitadas a un estado electrónico de energía más alta. El uso de una llama durante el análisis requiere combustible y oxidante, típicamente en forma de gases. Los gases combustibles comunes que se usan son el acetileno (etino) o el hidrógeno. Los gases de oxidante suelen ser el oxígeno, el aire, o el óxido nitroso. Estos métodos son a menudo capaces de analizar elementos metálicos en partes por millón, billones, o posiblemente rangos más bajos de concentración. Son necesarios detectores de luz para detectar la luz con información que viene de la llama. * Espectrometría de emisión atómica. Este método usa la excitación de la llama; los átomos son excitados por el calor de la llama para emitir luz. Este método suele usar un quemador de consumo total con una salida de incineración redonda. Se utiliza una llama de temperatura más alta que la usada en la espectrometría de absorción atómica para producir la excitación de átomos de analito. Ya que los átomos de analito están excitados por el calor de la llama, no es necesaria ninguna lámpara elemental especial. Puede usarse un policromador de alta resolución para producir una intensidad de emisión contra el espectro de longitud de onda por encima de un rango de longitudes de onda que muestran líneas de excitación de elementos múltiples. O bien puede usarse un monocromador en una longitud de onda determinada para concentrarse en el análisis de un solo elemento en una cierta línea de emisión. La espectrometría de emisión de plasma es una versión más moderna de este método.

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* Espectrometría de absorción atómica (a menudo llamada AA). Este método usa un nebulizador pre-quemador (o cámara de nebulización) para crear una niebla de la muestra, y un quemador en forma de ranura que da una llama de longitud de ruta más larga. La temperatura de la llama es lo bastante baja como para no excitar los átomos de la muestra de su estado basal. El nebulizador y la llama se usan para desolvatar y atomizar la muestra, pero la excitación de los átomos de analito se realiza mediante lámparas que brillan a través de la llama en varias longitudes de onda para cada tipo de analito. En la absorción atómica, la cantidad de luz absorbida después de pasar por la llama determina la cantidad de analito en la muestra. Suele usarse un horno de grafito para calentar, desolvatar y atomizar la muestra con el fin de obtener una mayor sensibilidad. El método del horno de grafito también puede analizar algún sólido o muestras mezcladas. A causa de su buena sensibilidad y selectividad, es un método que todavía se usa para el análisis de ciertos microelementos en muestras acuosas (y otros líquidos). * Espectrometría de fluorescencia atómica. Este método usa un quemador con una salida de incineración redonda. La llama se usa para solvatar y atomizar la muestra, y una lámpara emite luz a una longitud de onda específica en la llama para excitar los átomos de analito. Los átomos de ciertos elementos pueden entonces fluorescer, emitiendo luz en diferentes direcciones. La intensidad de esta luz fluorescente sirve para cuantificar la cantidad del elemento analizado en la muestra. También puede usarse un horno de grafito para la espectrometría de fluorescencia atómica. Este método no es tan común como el de absorción atómica o el de emisión de plasma. ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN DE PLASMA Es similar a la emisión atómica por llama, y la ha sustituido en gran parte. * Espectrometría de plasma de corriente contínua (DCP). Un plasma de corriente contínua se crea por una descarga eléctrica entre dos electrodos. Es necesario un gas de apoyo al plasma, y el más común es el argón. Las muestras pueden ser depositadas en uno de los electrodos.

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ESPECTROMETRÍA DE CHISPA O ARCO Se usa para el análisis de elementos metálicos en muestras sólidas. Para materiales no conductores, se usa polvo de grafito para hacer conductora la muestra. En los métodos de espectroscopia de arco tradicionales se usa una muestra sólida que es destruida durante el análisis. Un arco eléctrico o chispa se pasan por la muestra, calentándola a alta temperatura para excitar los átomos. Los átomos de analito excitado emiten luz en varias longitudes de onda que pueden ser detectadas mediante métodos espectroscópicos comunes. Ya que las condiciones que producen la emisión por arco no son controladas cuantitativamente, el análisis de los elementos es cualitativo. Hoy día, las fuentes de chispa con descargas controladas bajo una atmósfera de argón permiten que este método pueda ser considerado eminentemente cuantitativo, y su uso está muy extendido en los laboratorios de control de producción de fundiciones y acerías. ESPECTROMETRÍA VISIBLE Muchos átomos emiten o absorben la luz visible. A fin de obtener un espectro lineal fino, los átomos deben estar en fase gaseosa. Esto significa que la sustancia tiene que ser vaporizada. El espectro se estudia en absorción o emisión. La espectroscopia de absorción visible a menudo se combina con la de absorción ultravioleta (espectroscopia UV/Vis). Aunque esta forma pueda ser poco común al ser el ojo humano un indicador similar, todavía se muestra útil para distinguir colores. ESPECTROMETRÍA ULTRAVIOLETA Todos los átomos absorben en la región ultravioleta (UV) ya que estos fotones son bastante energéticos para excitar a los electrones externos. Si la frecuencia es lo bastante alta, se produce la fotoionización. La espectrometría UV también se usa para la cuantificación de proteínas y concentración de ADN, así como para la proporción de proteínas y ADN en una solución. En las proteínas se encuentran generalmente varios aminoácidos, como el triptófano, que absorben la luz en el rango de 280nm. El ADN absorbe la luz en el rango de 260nm. Por esta razón, la proporción de absorbancia 260/280nm es un buen indicador general de la pureza

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relativa de una solución en términos de estas dos macromoléculas. También pueden hacerse estimaciones razonables de la concentración de ADN o proteínas aplicando la ley de Beer. ESPECTROMETRÍA INFRARROJA La espectrometría infrarroja ofrece la posibilidad de medir tipos diferentes de vibraciones en los enlaces atómicos a frecuencias diferentes. En química orgánica, el análisis de los espectros de absorción infrarroja indica qué tipo de enlaces están presentes en la muestra. ESPECTROMETRÍA RAMAN La espectrometría Raman usa la dispersión inelástica de la luz para analizar modos vibracionales y rotatorios de las moléculas. Las "huellas digitales" que resultan son una ayuda para el análisis. ESPECTROMETRÍA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (RMN) La espectrometría de resonancia magnética nuclear analiza las propiedades magnéticas de ciertos núcleos atómicos para determinar diferentes ambientes locales electrónicos del hidrógeno, carbono, u otros átomos en un compuesto orgánico u otro compuesto. Se usa para determinar la estructura del compuesto.

ESPECTROMETRÍA DE FOTOEMISIÓN La fotoemisión puede referirse a: * Emisión de electrones a partir de la materia después de la absorción de fotones energéticos (efecto fotoeléctrico). * Emisión de fotones a partir de los semiconductores y metales cuando los electrones que fluyen en el material pierden energía mediante deceleración o recombinación.

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ESPECTROMETRÍA MÖSSBAUER La espectrometría de transmisión o conversión electrónica (CEMS) de Mössbauer prueba las propiedades de los núcleos de isótopos específicos en ambientes atómicos diferentes, analizando la absorción resonante de rayos gamma de energía característica, lo que se conoce como efecto de Mössbauer.

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ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN La espectrometría de absorción se refiere a una variedad de técnicas que emplean la interacción de la radiación electromagnética con la materia. En la espectrometría de absorción, se compara la intensidad de un haz de luz medida antes y después de la interacción con una muestra. Las palabras transmisión y remisión se refieren a la dirección de viaje de los haces de luz medidos antes y después de la absorción. Las descripciones experimentales por lo general asumen que hay una única dirección de incidencia de la luz sobre la muestra, y que un plano perpendicular a esta dirección pasa por la muestra. En la transmisión, la luz es dispersada desde la muestra hacia un detector en el lado opuesto de la muestra. En la remisión, la luz es dispersada desde la muestra hacia un detector en el mismo lado de la muestra. La radiación remitida puede estar formada por dos clases de radiación: reflexión especular (cuando el ángulo de reflexión es igual al ángulo del frecuencia) y reflexión difusa (en todos los demás ángulos). Otro descriptor asociado con la espectrometría de absorción es la variedad de longitudes de onda de radiación que se usa en el haz de luz incidente. Por ejemplo, se habla de espectrometría infrarroja o de microondas, que son a su vez ejemplos de espectrometría de absorción. Por otra parte, también se encuentran referencias a otros rangos de longitud de onda, como la espectrometría de rayos X, que por lo general denotan una espectrometría de emisión.

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ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA En química analítica, la espectrometría de absorción atómica es una técnica para determinar la concentración de un elemento metálico determinado en una muestra. Puede utilizarse para analizar la concentración de más de 62 metales diferentes en una solución. Aunque la espectrometría de absorción atómica data del siglo XIX, la forma moderna fue desarrollada en gran medida durante la década de los 50 por un equipo de químicos de Australia, dirigidos por Alan Walsh.

PRINCIPIOS EN LOS QUE SE BASA La técnica hace uso de la espectrometría de absorción para evaluar la concentración de un analito en una muestra. Se basa en gran medida en la ley de Beer-Lambert. En resumen, los electrones de los átomos en el atomizador pueden ser promovidos a orbitales más altos por un instante mediante la absorción de una cantidad de energía (es decir, luz de

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una determinada longitud de onda). Esta cantidad de energía (o longitud de onda) se refiere específicamente a una transición de electrones en un elemento particular, y en general, cada longitud de onda corresponde a un solo elemento. Como la cantidad de energía que se pone en la llama es conocida, y la cantidad restante en el otro lado (el detector) se puede medir, es posible, a partir de la ley de Beer-Lambert, calcular cuántas de estas transiciones tienen lugar, y así obtener una señal que es proporcional a la concentración del elemento que se mide.

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INSTRUMENTOS Para analizar los constituyentes atómicos de una muestra es necesario atomizarla. La muestra debe ser iluminada por la luz. Finalmente, la luz es transmitida y medida por un detector. Con el fin de reducir el efecto de emisión del atomizador (por ejemplo, la radiación de cuerpo negro) o del ambiente, normalmente se usa un espectrómetro entre el atomizador y el detector.

Componentes detector sensible a la luz

 monocromador

sistema electrónico de lectura fuente de luz

Io

It atomizador (llama, horno o hidruros)

Resonante NoNo-resonante Gas de relleno

Resonante

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

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TIPOS DE ATOMIZADORES Para atomizar la muestra normalmente se usa una llama, pero también pueden usarse otros atomizadores como el horno de grafito o los plasmas, principalmente los plasmas de acoplamiento inductivo. Cuando se usa una llama, se dispone de tal modo que pase a lo largo lateralmente (10 cm) y no en profundidad. La altura de la llama sobre la cabeza del quemador se puede controlar mediante un ajuste del flujo de mezcla de combustible. Un haz de luz pasa a través de esta llama en el lado más largo del eje (el eje lateral) e impacta en un detector. ANÁLISIS DE LOS LÍQUIDOS Una muestra de líquido normalmente se convierte en gas atómico en tres pasos: 1. Desolvación. El líquido disolvente se evapora, y la muestra permanece seca. 2. Vaporización. La muestra sólida se evapora a gas. 3. Atomización. Los compuestos que componen la muestra se dividen en átomos libres.

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FUENTES DE LUZ La fuente de luz elegida tiene una anchura espectral más estrecha que la de las transiciones atómicas.

* Lámparas de cátodo hueco. En su modo de funcionamiento convencional, la luz es producida por una lámpara de cátodo hueco. En el interior de la lámpara hay un cátodo cilíndrico de metal que contiene el metal de excitación, y un ánodo. Cuando un alto voltaje se aplica a través del ánodo y el cátodo, los átomos de metal en el cátodo se excitan y producen luz con una determinada longitud de onda. El tipo de tubo catódico hueco depende del metal que se analiza. Para analizar la concentración de cobre en un mineral, se utiliza un tubo catódico de cobre, y así para cualquier otro metal que se analice. * Lásers de diodo. La espectrometría de absorción atómica también puede ser llevada a cabo mediante láser, principalmente un láser de diodo, ya que sus propiedades son apropiadas para la espectrometría de absorción láser. La técnica se denomina espectrometría de absorción

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atómica por láser de diodo (DLAAS o DLAS), o bien, espectrometría de absorción por modulación de longitud de onda. MÉTODOS DE CORRECCIÓN DE FONDO El estrecho ancho de banda de las lámparas catódicas huecas hace que sea raro el solapamiento espectral. Es decir, es poco probable que una línea de absorción de un elemento se solape con otra. La emisión molecular es mucho más amplia, por lo que es más probable que algunas bandas de absorción molecular se superpongan con una línea atómica. Esto puede resultar en una absorción artificialmente alta y un cálculo exagerado de la concentración en la solución. Se utilizan tres métodos para corregir esto: * Corrección de Zeeman. Se usa un campo magnético para dividir la línea atómica en dos bandas laterales. Estas bandas laterales están lo suficientemente cerca de la longitud de onda original como para solaparse con las bandas moleculares, pero están lo suficientemente lejos como para no coincidir con las bandas atómicas. Se puede comparar la absorción en presencia y ausencia de un campo magnético, siendo la diferencia la absorción atómica de interés. * Corrección de Smith-Hieftje (inventada por Stanley B. Smith y Gary M. Hieftje) - La lámpara catódica hueca genera pulsos de alta corriente, provocando una mayor población de átomos y auto-absorción durante los pulsos. Esta auto-absorción provoca una ampliación de la línea y una reducción de la intensidad de la línea a la longitud de onda original. * Lámpara de corrección de deuterio. En este caso, se usa una fuente de amplia emisión (una lámpara de deuterio), para medir la emisión de fondo. El uso de una lámpara separada hace de este método el menos exacto, pero su relativa simplicidad (y el hecho de que es el más antiguo de los tres) lo convierte en el más utilizado.

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COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE ABSORCIÓN ATÓMICA •Fuente de luz La fuente de luz utilizada es una lámpara de cátodo hueco del elemento que está siendo medido. Los láseres se utilizan también en instrumentos de investigación. Dado que los láseres tienen la intensidad suficiente para excitar a los átomos a niveles de energía superiores, permiten tanto a la Absorción Atómica como las medidas de fluorescencia atómica en un mismo instrumento. La desventaja es que solo se puede medir un elemento a la vez., por lo que no suele utilizarse para la rutina de absorción atómica. Cuando se aplica potencia a una lámpara de cátodo hueco, la descarga produce el efecto llamado”sputtering”(arrancar átomos del cátodo). Como se muestra en la figura los átomos de gas se ionizan y aceleran hacia la superficie negativa del cátodo, donde la colisión produce una salida de los átomos del analito. Los átomos de analito chocan con átomos de gas con un exceso de energía, y se excitan . Los átomos excitados emiten fotones, h dando lugar al espectro característico del elemento. PROCESOS EN LAMPARA DE CATODO HUECO •Atomizador La espectroscopía de absorción atómica requiere que los átomos del analito en fase de gas. Los iones ó átomos de la muestra deben de estar disueltos y vaporizados en una fuente de alta temperatura como una llama u horno de grafito. La llama de AA puede analizar solamente disoluciones, mientras que el horno de grafito de AA puede aceptar disoluciones, lodos y muestras sólidas La llama de AA utiliza un quemador tipo slot para incrementar la longitud de paso a su través y por lo tanto para incrementar la absorbancia total. Las disoluciones de muestra se aspiran junto con el flujo de gas en una cámara de nebulización y mezclado para formar pequeñas gotas antes de entrar a la llama. La cámara u horno de grafito tiene alguna ventaja sobre la llama. Es mucho mejor un atomizador (eficiente) que una llama y puede aceptar cantidades muy pequeñas de muestra. También suministra un ambiente reductor para elementos fácilmente oxidables. Las muestras se

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colocan directamente en un horno de grafito y el horno se calienta eléctricamente en varias etapas para secar la muestra, calcina la muestra orgánica y vaporiza los átomos de analito. Separación de luz y detección Los espectrómetros utilizan monocromadores y detectores para luz UV y visible. El propósito m,ás importante del mono cromador es aislar la línea de absorción de la luz de fondo debida a las interferencias . Los tubos de fotomultiplicador son los detectores más comunes utilizados en la espectroscopia de AA INSTRUMENTO DE HAZ SENCILLO Consiste en una fuente de cátodo hueco, un contador o una fuente de alimentación de impulsos, un atomizador, un espectrofotómetro sencillo de red de difracción y un detector. El haz de luz proveniente de la fuente pasa directamente a través de todos los componentes del instrumento hasta llegar al detector. COMPONENTES

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INSTRUMENTOS DE DOBLE HAZ Básicamente consta de las mismas partes que el sistema de haz sencillo, sólo que el haz que proviene de la fuente de cátodo hueco se divide mediante un contador reflejante y un divisor de haz, una mitad pasa a través de la llama y la otra es enviada por un paso óptico interno. Los dos haces se encuentran nuevamente en el mismo camino óptico mediante un espejo semiplateado o recombinador antes de entrar al monocromador.

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LAMPARA DE CATODO HUECO Este tipo de lámparas consiste en un ánodo de wolframio y un cátodo cilíndrico cerradas herméticamente en un tubo de vidrio lleno con neón / argón a una presión de 1 a 5 torr. El cátodo esta constituido con el metal cuyo espectro se desea obtener, o bien, sirve de soporte

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para una capa de dicho metal. Una parte de estos átomos se excitan con la luz que pasa a través de ellos y, de este modo, al volver al estado fundamental emiten su radiación característica, los átomos metálicos se vuelven a depositar difundiendo de nuevo hacia la superficie del cátodo o hacia las paredes del vidrio. La configuración cilíndrica del cátodo tiende a concentrar la radiación en una región limitada del tubo metálico, este diseño aumenta la probabilidad de que la redepositación sea en el cátodo y no sobre la pared del vidrio.  LÁMPARA DE CÁTODO HUECO DISEÑO

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LAMPARA

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HCL OPERACIÓN

SEPARACIÓN ESPECTRAL DE UNA LONGITUD DE ONDA

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MONOCROMADORES Existen diversas combinaciones y distribuciones de los componentes ópticos dentro de un monocromador que buscan optimizar la calidad del espectro generado. Las más comunes son las denominadas Litrow y Zcerny-Turner para sistemas convencionales con redes de difracción holográficas. También se están comenzando a utilizar monocromadores con redes Echelle. MONOCROMADOR

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DETECTORES El detector es el dispositivo encargado de captar la señal óptica proveniente del monocromador y transformarlo en una señal electrónica capaz de ser convertida en un valor legible. El más común es el foto multiplicador, tubo de vacío provisto de placas fotosensibles que recibe los fotones, los convierte en impulsos electrónicos y multiplica hasta obtener la suficiente intensidad eléctrica. En años reciente se están utilizando también los detectores de estado sólido CCD, de alta sensibilidad asociados a los monocromadores Echelle. SEÑAL DE SALIDA La señal del detector aumenta al máximo algunos segundos después de la ignición y cae rápidamente a cero cuando los productos de atomización salen fuera.

 Antes de comenzar a realizar procedimientos de análisis, debemos revisar otros ítems de mantenimiento, como es el óptico y en caso extremo la limpieza electrónico.  Sistema electrónico: Si el sistema electrónico está muy contaminado con polvo se debe limpiar con aire a presión, este debe estar limpio y seco, se debe tener la precaución de que el instrumento este apagado.  Sistema óptico: Se retiran las tapas de l instrumento y de los diferentes espacios ópticos, mantenga el instrumento apagado, no encender en esta etapa el instrumento dado que se daña el sensor que es el ojo del instrumento y con el dañado no lee, se procede con agua des-ionizada y algodón a limpiar cada uno de los lentes del sistema óptico siguiendo un movimiento circular, secar en lo posible con aire limpio de lo contrario realizar el secado con algodón.

 AMPLITUD DE SLIT Slit de entrada Slits más amplios permitirán que más luz ingrese al monocromador

 Menos ganancia  Menor ruido

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AMPLITUD DE SLIT Slit de salida Slits más amplios permiten un nivel más bajo de background y posiblemente líneas no deseadas

 Afecta la linealidad  Interferencias espectrales  Interferencias de emisión

ASPECTOS DE MANTENIMIENTO EN ABSORCIÓN ATÓMICA Cilindros de Gases y componentes de línea Los Cilindros de gases usados en los instrumentos de Absorción Atómica son tradicionalmente de: 

Acetileno



Oxido Nitroso



Aire

En pocas ocasiones se utiliza el Hidrógeno como gas fuel o combustible, también en pocas ocasiones se utiliza el oxigeno como oxidante. Cada cilindro viene cargado con una cantidad de gas a altas presiones la salida de gas se regula con un regulador de presiones, dado que la llave que tiene el gas es on-off es decir abre ó cierra el paso del gas, este regulador de presión está formado por una válvula central y dos manómetros, uno de carga que mide la presión que contiene el cilindro y el otro mide la presión de salida que vamos aplicando con la válvula del regulador. Cada instrumento de absorción atómica requiere diferentes presiones de gases en la línea, esto se debe a que cada instrumento dada la configuración física de la caja de gases resisten estas

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diferentes presiones, así debemos tener en consideración la especificación que el fabricante indica para cada instrumento.  Revisando el manual de cada instrumento debemos ajustar la presión de los gases en cada caso, es recomendable como practica dejar marcada la presión en los manómetros de salida ó de entrada al instrumento con un plumón indeleble.  ¿Qué ocurre si la presión de la línea del instrumento es alta?  ¿Qué ocurre si la presión de la línea del instrumento es baja?  En ambos caso considerarla en función del valor aconsejado por el fabricante  Cada vez que comenzamos a realizar el cambio de cilindro debemos tener las siguientes precauciones.  Cerrar la llave del cilindro y después la válvula del regulador  Activar el encendido de los gases del instrumento para eliminar la presión remanente en la línea  Retirar todos los elemento que entorpezcan el cambio del cilindro (dejar el área limpia)  Cambiar el cilindro  Estar seguro que el cilindro no tiene perdida en la conexión del regulador, para ello abrir la llave y cerrarla y verificar en el manómetro de carga, si este pierde presión revisar fuga con jabón liquido

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ATOMIZACION CON LLAMA En un atomizador con llama la disolución de la muestra es nebulizada mediante un flujo de gas oxidante mezclado con el gas combustible y se transforma en una llama donde se produce la atomización. El primer paso es la desolvatación en el que se evapora el disolvente hasta producir un aerosol molecular sólido finamente dividido. Luego la disociación de la mayoría de estas moléculas produce un gas atómico. QUEMADOR Y COMPONENTES DE NEBULIZACIÓN El sistema de muestreo esta constituido por la cámara de quema ó nebulización, el quemador de la muestra y el nebulizador, la mantención de estos sistemas es muy simple pero como son elementos delicados en sus materiales de construcción se debe tener mucha precaución

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TIPOS DE LLAMA

combustible

Oxidante

Temperatura

GAS LP

AIRE

1700-1900

GAS LP

OXIGENO

2700-2800

HIDROGENO

AIRE

2000-2100

HIDROGENO

OXIGENO

2550-2700

ACETILENO

AIRE

2100-2400

ACETILENO

OXIGENO

3050-3150

ACETILENO

OXIDO NITROSO

3600-3800

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ASPECTOS GENERALES DE LA ABSORCIÓN ATOMICA

ESTRUCTURA DE LLAMA Y PERFILES DE TEMPERATURA Las regiones más importantes de la llama son la zona de combustión primaria secundaria y zona interconal, esta última es la zona más rica en átomos libres y es la más ampliamente utilizada. La temperatura máxima se localiza aproximadamente 1 cm por encima de la zona de combustión primaria

ATOMIZADORES DE LLAMA El aerosol formado por el flujo del gas oxidante, se mezcla con el combustible y se pasa a través de una zona de flectores que eliminan las gotitas que no sean muy finas. Como consecuencia de la acción de estas, la mayor parte de la muestra se recoge en el fondo de una cámara y se drena hacia un contenedor de desechos. El aerosol, el oxidante y el combustible se queman en un mechero provisto de una ranura de 1 mm o 2 de ancho por 5 ó 10 mm de longitud. Estos mecheros proporcionan una llama relativamente estable y larga, estas propiedades aumentan la sensibilidad y la reproducibilidad. aire, que es el oxidante, y con el acetileno, que es el gas de combustión , y se conducen al cabezal del mechero donde ocurre la combustión (2400-2700 K) que proporciona la temperatura adecuada para la atomización de la muestra. Para que se produzca correctamente la combustión ha de llegar una relación adecuada de gases al quemador; ya que si la relación no es buena se puede producir el retroceso de la llama y podría llegarse a producir la combustión en la cámara de mezcla.

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REGULADORES DE COMBUSTIBLES Y OXIDANTES Los caudales de oxidante y combustible constituyen variables importantes que requieren un control preciso es deseable poder variar cada uno de ellos en un intervalo amplio para poder encontrar experimentalmente las condiciones óptimas para la atomización ATOMIZACION EN VAPOR FRIO La técnica de vapor frío solamente aplicable a la determinación de mercurio ya que es el único elemento metálico que tiene una presión vapor apreciable a temperatura ambiente FORMACION DE COMPUESTOS POCO VOLATILES El tipo más común de interferencia es el producido por aniones que forman compuestos de baja volatilidad con el analito y reducen así su velocidad de atomización lo que origina resultados menores a los esperados. SISTEMA PARA VAPORIZAR Y ATOMIZAR LA MUESTRA, Partimos de la muestra en disolución y mediante un sistema de nebulización conseguimos formar un fino aerosol (de rendimiento 10%). En este caso el sistema de nebulización es un tubo concéntrico que por el efecto Venturi absorbe la disolución transformándola en un fino aerosol dentro de la cámara de mezcla. En la cámara de mezcla se junta con el aire, que es el oxidante, y con el acetileno, que es el gas de combustión , y se conducen al cabezal del mechero donde ocurre la combustión (2400-2700 K) que proporciona la temperatura adecuada para la atomización de la muestra. Para que se produzca correctamente la combustión ha de llegar una relación adecuada de gases al quemador; ya que si la relación no es buena se puede producir el retroceso de la llama y podría llegarse a producir la combustión en la cámara de mezcla.

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TIPO DE LLAMAS La llama se divide en tres regiones de tamaño y aspecto variable según la reacción de flujos existente entre los gases combustible y reductor. Estas zonas son:

Zona de combustión primaria: se reconoce por su luminiscencia azul, aquí no se alcanza el equilibrio térmico, no se produce la espectroscopia de llama. Según el esquema básico que presentaremos más adelante, la radiación que proviene de la lámpara se hace pasar por la llama del mechero y se mide su intensidad. Se vaporiza el elemento en la llama

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el vapor atómico del elemento absorbe gran parte de la radiación con lo que medimos la reducción de la intensidad de la radiación producida por dicho vapor de esta forma conseguimos medir la reducción de la intensidad de la radiación producida por la lámpara, al atravesar el vapor atómico del Cu. Esta reducción es la absorbancia del elemento atomizado:

En la línea del aire el regulador generalmente se encuentra cerca del instrumento, este regulador además de contener generalmente dos manómetros contiene dos filtros o trampas de agua y de aceite  Cada regulador de aire se desarma de forma diferente dependiendo del tipo de trampas y de fabricante de estas, la periodicidad la da el nivel de llenado de estas trampas, es aconsejable que se realice cuando esta está llegando al primer tercio de la trampa.  Quemador: Generalmente el quemador es una pieza de platino rodio, que toma temperaturas durante el análisis del orden de más de 350°C por lo que es muy fácil que sufra daño por el roce de los elementos sólidos de la muestra, generalmente algunos fabricantes recomienda la limpieza diaria con una lamina de acero con la que el usuario

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debe limpiar la ranura del quemador pasándola por dicha ranura, esto lo que comienza a hacer es rompiendo de a poco la ranura aumentando distorsiones en el análisis.  Recomiendo que se limpie con solución de ácidos mientras el instrumento este con la llama encendida y cuando esto no es suficiente limpiar en una batea de ultrasonido.  Nebulizador: El nebulizador es una de las piezas mas delicadas expuestas en estos instrumentos, se recomienda limpiar también con succión de acido y utilizar lo menos posible el alambre de limpieza, debido a que este alambre limpia generando roce en la aguja de nebulización dañándola y disminuyendo la vida útil de esta.  La cámara se retira y se limpia con jabón y abundante agua, preocuparse que no se comience a generar grietas en su interior debido a que comienza a generar lecturas con memoria es decir mantiene contaminación de las muestras y del análisis

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 El capilar de succión es recomendable cambiar cada cierto tiempo considerando el estado físico y el largo de este.  Actividades: - desarme del sistema - limpieza del sistema y cada uno de los componentes - armado del sistema - ajustes de seguridad de los componentes del sistema SISTEMA DE DRENAJE  Sistema de drenaje: El sistema de drenaje se debe mantener limpio por turno, es recomendable que además de vaciar el bidón del drenaje limpie la cámara de drenaje para que el flotador de seguridad no se dañe con los ácidos y tenga una vida útil mayor. Chequear que no existe daño en los sensores del drenaje.

 Luego de haber realizado la mantención del sistema es recomendable ajustar: La altura del quemador, los flujos de los gases, profundidad del quemador.

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