Aguilar Vázquez Rocío
Hernández González Rubén
López Rubio Carlos
Robles Romero Areli
Equipo 3
Lámpara de cátodo
hueco
Tubo de vidrio conteniendo argón o neón a
baja presión (1–5 torr). El ánodo suele ser
de volframio, y el cátodo, de forma
cilíndrica, está construido con el metal que
se desea determinar
Los componentes básicos de una lámpara de cátodo hueco
(HCL) son:
•un cilindro de vidrio con un gas inerte (argón o neón) a
baja presión
•un ánodo
•un cátodo
•una ventana de cuarzo con un sello adecuado para ser
usado a longitudes de onda debajo de 230 nm, o una ventana
de vidrio de transmisión UV para lámparas que van a ser
usadas a longitudes de onda mayores
El cátodo es un cilindro hueco de metal del cual se va a
producir el espectro. Ambos el ánodo y el cátodo están
sellados en el cilindro de vidrio. El sello de cuarzo o ventana
de vidrio están fundidos en el cilindro de vidrio.
Las lámparas de cátodo hueco emiten luz por el siguiente
proceso:
El gas de relleno es ionizado cuando se aplica un potencial
eléctrico entre el ánodo y el cátodo. Los iones cargados
positivamente colisionan con el cátodo cargado negativamente
y desplazan átomos de metal en un proceso conocido como
“crepitación”.
Estos átomos de metal separado son excitados a través del
impacto con los iones del gas de relleno.
Se emite luz de longitudes de onda específica para el elemento
cuando los átomos “decaen” del estado de excitación a un
estado más estable.
Multielemento
Las lámparas de elemento sencillo emiten luz de longitudes
de onda especificas para el elemento del cual esta construido
el cátodo.
También es posible construir un cátodo de una mezcla o
aleación de varios metales para lámparas multi elemento. Sin
embrago, no todos los metales pueden ser usados en
combinación con otros, debido a las propiedades
metalúrgicas o limitaciones espectrales.
Cuando elementos incompatibles son combinados, las líneas
de emisión de un elemento pueden interferir con algún otro.
Lámpara de
descarga sin
electrodos
Tubo de cuarzo con el metal o
sal cuyo espectro se desea
obtener y un gas inerte
Las lámparas EDL proporcionan mayor salida de luz y
mayor tiempo de vida que las correspondientes
lámparas de cátodo hueco. Para ciertos elementos
(As, Se y P), las lámparas EDL proporcionan mejor
sensibilidad y más bajos limites de detección. Están
disponibles para 15 elementos.
Una lámpara EDL consiste de un bulbo de cuarzo bajo
una atmósfera de gas inerte, conteniendo el elemento
o sal del elemento para el cual la lámpara va a ser
usado.
Cuando se aplica un campo de RF al bulbo, el gas inerte es
ionizado y la energía acoplada excita los átomos vaporizados
del analito dentro del bulbo, ocasionando que emitan su
espectro característico.
El espectro de emisión producido es típicamente mucho más
intenso que el producido por una lámpara de cátodo hueco,
frecuentemente 10 veces mayor o más.
Un sistema 2 de lámparas EDL tienen excepcionalmente mayor
tiempo de vida cuando se compara con la de cátodo hueco,
proporcionando mejor costo-efectividad para su operación
En espectroscopia atómica, el analito es atomizado en
una llama, calentado eléctricamente en un horno o con
un plasma de radio frecuencia.
La sensibilidad analítica e interferencias
dependerán de la atomización
Atomización con flama
La mayor parte de los espectrómetros de llama utilizan
un mechero de premezcla, que se caracteriza porque el
combustible, el oxidante y la muestra se mezclan antes
de introducirlos en la llama.
.
• La disolución de la mezcla se introduce en un
nebulizador neumático haciendo pasar una fuente
corriente de oxidante (aire) por el extremo del capilar
por el que se aspira la muestra.
• El líquido se rompe en una fina niebla de gotitas a
medida que sale del capilar
• El nebulizado se proyecta a gran velocidad contra una
bola de vidrio, donde las gotitas se rompen en
partículas aún más pequeñas. La formación de estas
gotas se llama nebulización. La suspensión de partículas
líquidas (o sólidas) en un gas se llama aerosol.
• La finalidad del nebulizador es crear aerosol a
partir de la muestra líquida. La niebla, el
oxidante y el combustible chocan con filtros,
que aumentan el grado de mezcla y retienen las
gotitas mas gruesas.
• El exceso de líquido se va recogiendo en el
fondo de la cámara de nebulización, y se elimina
por drenaje.
• El aerosol que llega a la llama contiene sólo el
5% de la muestra inicial
La combinación más frecuente de combustibleoxidante es acetileno y aire, que produce una llama
con una temperatura de 2400-2700 K. Cuando se
necesita una llama más caliente para atomizar
elementos de alto punto de ebullición (elementos
refractarios), se usa acetileno y óxido de dinitrógeno.
Combustible
Oxidante
Temperatura K
Acetileno
Aire
2400-2700
Acetileno
Óxido de dinitrógeno
2900-3100
Acetileno
Oxígeno
3300-3400
Hidrógeno
Aire
2300-2400
Hidrógeno
Oxígeno
2800-3000
Cianógeno
Oxígeno
4800
El gas que penetra en la región
de
precalentamiento
procedente de la cabeza del
mechero se calienta por
conducción desde la parte
superior y por radiación de la
zona primaria de reacción (el
cono azul de la llama)
La combustión se completa en el cono exterior, donde llega aire
arrastrado hacia la llama. Las llamas emiten luz, que se debe restar
de la señal total dada por el analito
Las gotitas que llegan a la llama se
evaporan; después, el sólido se vaporiza, y
se descompone en átomos
Muchos elementos forman óxidos e hidróxidos a medida
que ascienden por el cono exterior. Las moléculas
también emiten radiación de banda ancha, que se debe
restar de las señales atómicas estrechas de interés.
Si la llama es rica en combustible, el carbono en exceso
tiende a reducir los óxidos e hidróxidos metálicos, y
aumenta la sensibilidad. Una llama pobre (con exceso de
oxidante) es más caliente.
El lugar de la llama en que se observa el máximo de
absorción o emisión atómica depende del
elemento que se mide y de los caudales de
muestra, combustible y oxidante.
La disminución de intensidad a caudales altos de
muestra se atribuye al enfriamiento de la llama,
debido al agua introducida con la muestra.
Los distintos elementos tienen perfiles diferentes
de absorción y de emisión.
Horno de grafito
Tubo de grafito calentado eléctricamente, permite mayor
sensibilidad que las llamas y requiere menos muestra. Se
inyectan en el horno de 1 a 100 l de muestra a través
del orificio que hay en el centro.
Por el interior del tubo, de unos 38 mm de longitud, se
hace pasar la luz procedente de la lámpara de cátodo
hueco. Para evitar la oxidación del grafito, se pasa gas Ar
alrededor del horno, siendo la temperatura máxima
recomendada de 2550ºC durante no más de 7 segundos.
La precisión alcanzable con un horno pocas veces es mejor
de 5-10%, si se introduce la muestra de forma manual, pero
la reproducibilidad mejora si la inyección se hace
automáticamente.
Cuando se inyecta una muestra, la gotita debe depositarse
en el fondo del horno, ocupando una pequeña área. Si se
inyecta una gotita demasiado grande, se desparramaría,
empeorando la precisión.
El automuestreador permite una introducción más
reproducible de muestra que la inyección manual, y es muy
deseable para obtener una buena precisión.
Para medir el analito, se inyecta un
volumen en el horno frío.
El horno está programado para secar la
muestra con el fin de eliminar el
disolvente.
Después del secado sigue una calcinación a
1400°C durante 1 minuto para destruir la
materia orgánica (pirólisis: descomposición
por el calor).
Calcinación produce humo, que interfiere
en la determinación del analito.
Se atomiza la muestra a 2100°C 10
segundos, para vaporizar el analito.
La absorbancia alcanza un máximo y
después disminuye a medida que se
evapore el analito en el horno.
Después de la atomización, el horno se
calienta a 2500°C durante 3 segundos
para eliminar cualquier residuo.
El horno se purga con Ar o N2 durante cada uno de los
pasos, excepto en la atomización, para eliminar material
volátil.
El medio que contiene al analito (matriz)
descompone y vaporiza durante la calcinación.
se
Un modificador de matriz es una sustancia que se añade
a la muestra para reducir las pérdidas de analito durante
la calcinación, haciendo la matriz más volátil o menos
volátil del analito.
Un modificador de Mg(NO3)2 y Pd(NO3)2 disminuye la
volatilidad del analito.
Horno de grafito
Flama

El horno de grafito confina
la muestra atomizada en el
camino óptico durante
varios segundos, de lo que
resulta
una
mayor
sensibilidad.


en un horno basta 1 l de
volumen mínimo

el tiempo de residencia del
analito en el camino óptico
es sólo de una fracción de
un segundo a medida que
asciende a lo largo de la
llama
el
volumen
mínimo
necesario de disolución en
el análisis por llama es de 12 ml
Diferencias
LONGITUD DE ONDA
RANGO DE LONGITUD
DE ONDA: 190-860NM
Tamaño de las muestras
(μg/L)
Temperaturas alcanzadas
2550 °C horno de grafito
4800 K horno de llama utilizando cianógeno como
combustible y Oxigeno como oxidante
Desolvatación
La eliminación de los solventes de
un material en solución
Lo primero que ocurre cuando
el aerosol se pone en contacto
con la llama es la desolvatación, esto
es, la
eliminación del agua y otros
disolventes
para
formar
pequeñas partículas de sal seca.
Metales comúnmente usados
Análisis de Metales por Flama y Horno de
Grafito:
Aluminio (Al)
Bario (Ba)
Calcio (Ca)
Cadmio (Cd)
Cesio (Cs)
Cobalto (Co)
Cromo (Cr)
Cobre (Cu)
Fierro (Fe)
Potasio (K)
Litio (Li)
Magnesio (Mg)
Manganeso (Mn)
Sodio (Na)
Níquel (Ni)
Plomo (Pb)
Antimonio (Sb)
Silicio (Si)
Estaño (Sn)
Zinc (Zn)
Niveles energéticos que se presentan: d y f
Compañías
•GBC SCIENTIFIC EQUIPMENT DE MEXICO
•Analitec
•Iclab
•Labnova
•Perkin Elmer
•PG instruments
ICP
Inductively Coupled Plasma: El análisis por plasma generado por
inducción de energía de frecuencia del radio es una forma especial de
la espectrometría por emisión. La atomización e ionización de la
muestra se realiza por la transformación del aerosol de muestra hacia
un plasma. El plasma se genera por calentamiento inductivo de un gas
(usualmente argón, de vez en cuando nitrógeno) en la bobina de un
generador de alta frecuencia. La temperatura de ionización es
alrededor de 8000K.
La ventaja del análisis ICP es su límite muy bajo de detección. El
método ICP es especialmente apropiado para la determinación de
concentraciones pequeñas de elementos difíciles a atomizar como los
elementos de las tierras raras (REE), los elementos alcalinotérreos, B,
Si, U y Ta.
VAPOR FRÍO
Elementos
volátiles (Hg).
Vigilancia
en la seguridad de alimentos y
abastecimiento en Agua.
Radiación
a 253.7 nm.
EQUIPO DETERMINACIÓN DE
Hg
HIDRUROS
El
hidruro es más fácil de volatilizar en la
llama o en el horno.
Son
introducidos en el atomizador tras un
tratamiento que se transforman en
hidruros.
Los
elementos originales tienen mayor
punto de ebullición que los Hidruros
transformados.
TABLA DE HIDRUROS
APLICACIONES
La espectroscopia de absorción atómica se ha usado para
analizar trazas de muestras geológicas, biológicas,
metalúrgicas, vítreas, cementos, aceites para maquinaria,
sedimentos marinos, farmacéuticas y atmosféricas.
 Industria
Farmaceutica
 Análisis clínicos
 Toxicología
 Bioquímica
 Control de calidad
INTERFERENCIAS
Una interferencia es cualquier
efecto que cambia la señal
manteniendo
invariable
la
concentración del analito. Pueden
ser causadas por los componentes
moleculares y la dispersión de
radiación.
TIPOS DE INTERFERENCIAS
 Espectrales:
señales no deseadas que
se soplan con la señal del analito.
 Químicas:
Reacciones químicas que
disminuyen la concentración de los
átomos del analito.
 Ionización:
ionización de átomos de
analito, que disminuye la concentración
de los átomos neutros.
CORRECCIONES
 Contrarrestando
la
fuente
de
la
interferencia.
 Preparando patrones que tengan la
misma interferencia
 Cuando
se conoce la fuente de
interferencia: intereferente a la muestra
y patrones (Amortiguador o buffer de
radiación).
 Agentes liberadores (EDTA)
 Supresor de ionización.
Bibliografía
Harris D.C. (2001) Análisis Químico Cuantitativo. México: Reverté.
Skoog. D.A. et al. (2009). Fundamentos de Química Analítica. México:
Thomson Learning
http://www.geovirtual.cl/EXPLORAC/TEXT/0300aqui.htm
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