CONCEPTOS DE ESPECTROMETRIA DE ABSORCION ATOMICAIntroducción
Historia
1666- Isaac Newton usa un Prisma y separa el Espectro Visible.
1832- Brewster investigó la absorción de luz de varios vapores.
1861- Kirchhoff proone los fundamentos de un análisis químico basado en flamas
1902- Woods realiza experimentos de las relaciones de intensidad absorción-emisión de Sodio.
1924-1928 -Diferentes estudios de Absorción en elementos tales como Fierro, Indio, Galio, Aluminio, Talio.
1928- Lunegardh demostró la Espectrometría de Absorción en una flama de Aire-Acetileno usando un Nebulizador Neumático.
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La Absorción Atómica es un proceso que envuelve la absorción de la luz de una longitud de onda específica por los átomos libres de un elemento.
Es útil no sólo para la determinación cualitativa de elementos , sino también para la determinación cuantitativa de dichos elementos en muestras.
Definición de Espectrofotometría de AA
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Teoría de la AA
La energía absorbida por el electrón (fotón de luz) al salir de una órbita a otra es definida por la fórmula:
E= h* (f1)
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Teoría de la AA
Se suelen analizar los elementos Metálicos, metaloides (190-900 nm.) puesto que la energía requerida de los fotones no es tan alta.
Sin embargo estos elementos de niveles de energía bajos, se requiere de una Energía específica y precisa, es decir, de una longitud de onda específica para lograr que los átomos de un elemento particular absorban dichos fotones.
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de Flama
La Atomización es el proceso por el cual se provee de la energía necesaria para romper los enlaces atómicos de una molécula.
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Wavelength
de Flama
El Sistema de Flama consiste básicamente en generar una flama de alta temperatura, que puede ser de dos tipos:
Aire-Acetileno, para generar temperaturas de hasta 2000oK
Oxido Nitroso-Acetileno, para generar temperaturas de hasta 30000K
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Principio de Funcionamiento
Una luz de longitud de onda específica atraviesa la flama en la cual un vapor o nebulización de la muestra ha sido introducida.
Un monocromador selecciona la región del espectro a analizar .
Un Fotomultiplicador funciona como detector y cuantificador.
La señal se amplifica y se le da el tratamiento digital respectivo.
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Lámpara de Cátodo Hueco
Se considera la mejor fuente de luz puesto que es económica, confiable y estable en intensidad.
Suelen tener una vida de 5000 mAmperios-hora.
La lámpara consta de dos electrodos, Ánodo y Cátodo. El Cátodo tiene la forma de una copa hueca dentro de la cual se lleva a cabo la descarga. Esta copa está hecha o contiene el elemento del espectro requerido. La mica sostiene la estructura y ayuda a contener la descarga dentro de la copa de cátodo. El diámetro interno de la copa suele ser de 2 mm para concentrar la intensidad de línea.
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Lámpara de Cátodo Hueco
Un voltaje de 300 a 400 voltios es aplicado a los electrodos, ionizando el gas interno a un ion positivo.
Este ion se acelera hacia el cátodo donde golpea a los átomos y los libera en su estado base, luego estos átomos liberados son nuevamente impactados y pasan a un estado de excitación. Finalmente éstos emiten energía de su longitud de onda característica antes de regresar a su estado base.
La luz generada por esta reacción es usada como
fuente para los sistemas de AA.
Ar+
M0
M0
M*
Ar+
M*
M0
Elementos Ópticos
Monocromador.- Su función es aislar, de la luz emitida por la fuente de radiación, la línea de resonancia más intensa de otras cercanas a ella.
El monocromador debe ser capaz de separar dos líneas de 0.1 nm de distancia o menos al ser seleccionada el menor slit o apertura.
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La cámara de Atomización es de material inerte Fluoroplástico estándar.
El diseño incluye el Baffle y el Impact Bead permanentemente colocados.
Posee un Disco de Alumina y diseñado con inclinación posterior para evitar efectos de Memoria.
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Nebulizador
Su función es la de producir un aerosol de la muestra, para esto usa un Venturi interno.
Su flujo no es regulable, y está determinado a 4ml/min.
Este flujo puede variarse por medio de la longitud o diámetro del tubing de Muestra.
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Caja de Control Automático de Gases
Sistema de Control de Flujo de Gas Binario para mayor reproducibilidad y confiabilidad.
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Quemador Universal
El Quemador posee un diseño de Flujo Laminar que lo hace capaz de trabajar para Flamas de Aire/Acetileno tanto como de Oxido Nitroso/Acetileno, con solo una ranura de 50 mm.
Opcionalmente se pueden usar Quemadores de 100 mm, sólo para Flamas de Aire/Acetileno con la finalidad de mejorar la Sensibilidad (regularmente en un 30% dependiendo del elemento)
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Instrumentos de Haz Simple.-
La luz que impacta el detector es proporcional a la luz que se transmite a través de la Muestra. La medición se realiza por comparación entre la lectura del Blanco y de la Muestra.
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Configuraciones Ópticas
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Configuraciones Ópticas
Instrumentos de Doble Haz.- En estos instrumentos la luz se divide en dos haces (50% cada uno), uno de ellos a través de la flama ( camino De muestra ) y el otro a través de un by-pass (camino de Referencia). Luego son combinados y analizados.
Este sistema está hecho para compensar las variaciones de la Fuente de Luz, de la electrónica y de la respuesta del Fotomultiplicador.
No corrige variaciones de Abs. debido a la Flama
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Esta configuración también puede utilizar Corrección por Deuterio.
La desventaja es que se utiliza la electrónica de Referencia para analizar la señal de Background, por lo tanto el Sistema no usaría una señal de referencia.
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Configuraciones Ópticas
Óptica Stockdale.-
Combina el uso de alta energía del Haz Simple y elimina las variaciones de un Sistema de Doble Haz.
Los espejos M4 y M8 cambian de posición cuando se use el Camino de Referencia, luego salen y se mide la Abs del Camino de Muestra (solo flama sin muestra).
Durante las mediciones se sigue el mismo procedimiento.
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Corrección de Background
El Background se debe a la interferencia generada por la absorción debido a átomos que no son del elemento a analizar, sino generada por otras especies o presentes en la matriz de la muestra.
Causas de Interferencia
1.- Absorción Molecular- Cuando otras moléculas ingresan al Sistema junto con la muestra. Puesto que absorben en un amplio espectro y son de mayor número y tamaño. Generalmente absorben en el rango UV.
2.- Absorción Atómica- Cuando hay otros átomos en la muestra de Longitud de Onda cercana a la del elemento a analizar.
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Métodos de Corrección de Background
El Método más efectivo para los Sistemas de Flama y Horno de Grafito es el de la Lámpara de Fuente Continua.
Este Método consiste en utilizar una Lámpara de Deuterio que emite en el rango de 200-340 nm.
La lámpara se enciende a una frecuencia determinada de tal forma que se alternan las lecturas de la LCH y la de D2, así la diferencia de la Absorbancia de la HCL (focalizada) y la del promedio de la D2 (en el rango del slit) será la lectura real del elemento a Analizar.
Desventajas.-
Rango limitado para hacer la corrección.
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Lámpara de Deuterio
La Lámpara emite en el rango de 200-340 nm. Por medio de la descarga eléctrica entre sus electrodos en una atmósfera de Gas Deuterio.
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Calibración
La calibración se basa en el hecho de que la Absorbancia es lineal a bajas concentraciones dependiendo del elemento a analizar.
Se debe utilizar un grupo de soluciones estándar para determinar la pendiente de la Recta y un Blanco que contenga los reactivos utilizados en la preparación de la muestra, ya que pueden generar una absorbancia.
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Monocromador Ebert con slits (aperturas) 0.2 , 0.5 y 0.1 nm
Corrección de Background por Lámpara D2 con error de 2% a 2 Abs
Caja de Gases Manual (S2) o Automática (S4)
Optimización automática de Flama (S4)
Optimización automática de Altura de Quemador
Torreta de 6 lámparas, de alineamiento automático (soporte lámparas codificadas - elemento y corriente - y multielemento)
6 Fuentes de Lámparas Independientes (0 - 20 mA).
Consumo de Combustible ( En Aire/C2H2 0.8 a 2.3 l/min y en N2O/C2H2 3.6 a 5.1 l/min )
Acceso al Autosampler
Otros Accesorios Disponibles
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No se requieren EDL para alcanzar bajos limites de detección
Modulación óptica con frecuencia de 200/240Hz
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Ajuste de posición frontal y ángulo del Quemador manual
Spray Chamber Universal
Quemador Universal de
Succión de muestra 4 ml/min o superior
Por defecto parámetros del Cookbook
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En Flama de :
Acetileno/ Oxido Nitroso - 3.6 a 5.1 L/min
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Cookbook
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Posee Sistema de Wizards (Guías Paso a Paso )
Soporta Métodos de hasta 16 elementos (con Torreta automática).
Confección de Calibración de hasta 10 estándares y hasta 6 tipos de QC (incluyendo hasta 5 de elementos específico)
Optimización de Flama automática
Fácil manera de configurar los Métodos usando las facilidades del Sistema Windows.
Métodos, Reportes y Base de resultados almacenables en el Disco Duro.
Protección por Password y Audit Trail.
Capacidad de exportación de resultados a formato csv (Excel).
Incluye Ayuda y Cookbook.
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Alineamiento y Optimización
Los alineamientos más importantes son y deben ser seguidos en el siguiente orden:
De Lámpara de Deuterio (sólo al instalar)
Optimización de Flama (flujo de Combustible)
Optimización de la Bola de Impacto
De Altura de Quemador (para cada elemento)
De Angulo y Posición frontal del Quemador (sólo una vez)
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Calibración y Pruebas de Performance
La verificación de Operación del Equipo no se realiza con Cobre sino con Níquel, para obtener una Absorbancia de 0.5 para 10 ppm.
Otra verificación importante es la de succión de muestra de 4 ml/min
Las calibraciones son fáciles de realizar, basta con verificar la siguiente secuencia:
Set-Up Lámpara
Analizar (primero Blanco, estándares y muestra)