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CURSO DE ESPECTROSCOPA DEABSORCIN ATMICA

UNIVERSIDAD DE SONORADIVISIN DE INGENIERA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA Y METALURGIA

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CONTENIDO

1. Antecedentes y fundamento

2. Anlisis cuantitativo en Absorcin Atmica

3. Instrumentacin en Absorcin Atmica

4. Interferencias en Absorcin Atmica

5. Aplicacin prctica de la Espectroscopia de Absorcin Atmica en

el anlisis de muestras.

6. Ventajas y desventajas de la Espectroscopia de Absorcin Atmica.

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En 1802, Wollaston descubri que el espectro solar contenalneas oscuras, que recibieron el nombre de lneas deFraunhoffer.

En 1820, Brewster expres que esas lneas son causadaspor procesos de absorcin en la atmsfera del sol.

Las principales investigaciones de esta absorcin fueestablecida por Kirchoff y Bunsen durante el estudio de lasde los espectros de metales alcalinos y alcalino-trreos.

ANTECEDENTES

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De 1859 a 1861 Kirchoff con su colega Bunsen, demostraronque cada elemento presentaba un color caracterstico cuandose le calentaba hasta la incandescencia.

Max Planck estableci la ley cuntica de la radiacin de

absorcin y emisin, acordando que un tomo puedesolamente absorber radiacin de una longitud de onda ( ).

ANTECEDENTES

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En 1952, el Dr. Allan Walsh, un fsico australiano desarrollel primer instrumento de absorcin atmica.

El Dr Allan Walsh desarroll la Espectroscopia de AbsorcinAtmica como una tcnica analtica cuantitativa de altasensibilidad y selectividad.

ANTECEDENTES

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Espectrofotmetro de Absorcin Atmica Perkin- Elmer,

Modelo 3110.

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Espectrofotmetros de Absorcin Atmica

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ESPECTROSCOPA DE ABSORCINATOMICA

a) Flama

B) Generador de Hidruros y Vapor Fro

C) Horno de Grafito

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ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICA

1. Esun mtodo de cuantificacin de alrededor de 70

elementos qumicos.

2. Es un mtodo simple y confiable, fcil de operacin.

3. No es aplicable para los gases nobles y elementosradiactivos.

4. Los elementos que se pueden analizar por este mtodoson los metales y los metaloides.

5. Los lmites de deteccin son del orden de ng/ml hasta mg/l.

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Representacin de los elementos qumicos susceptibles de anlisis

por Espectrofotometra de Absorcin Atmica .

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1. Rocas, Minerales y Sedimentos

2. Joyera

3. Pureza de Reactivos

4. Suelos y Fertilizantes

5. Medicinas y Cosmticos

6. Medio Ambiente (Aire, Agua, Organismos (Acuticos y Terrestres)).

7. Alimentos y Bebidas

8. Productos Minero-Metalrgicos.

9. Fluidos Biolgicos (Sangre, Orina, Heces Fecales, Tejido, etc.).

APLICACIN PRCTICA DE LA ESPECTROSCOPADE ABSORCIN ATMICA

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FUNDAMENTO DEL METODO DE ABSORCION ATOMICA

En un anlisis de Absorcin Atmica, el elemento que se determina, sedebe vaporizar y reducir a su estado atmico.

Un haz de luz de una longitud de onda caracterstica, producido por una

lmpara especial, se dirige a travs del eje longitudinal de una flama,

hacia un espectrofotmetro.

Al mismo tiempo, la solucin de la muestra, previamente dispersada en

forma de niebla, pasa a la flama donde se evapora secando la sal, y el

vapor de esta se disocia en los tomos del elemento en estudio, loscuales absorben parte de la luz emitida por la lmpara.

Dicha absorcin se mide y se relaciona con la concentracin.

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tomo en Estado

Fundamental

Energa ( ) +

tomo en Estado

Excitado

Excitacin

Fundamento del Proceso de Absorcin Atmica

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Origen del Espectro Atmico

La longitud de Onda es especfica para el elemento yconfiguracin electrnica.

+

Luz ( 1, 2,...)

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ANLISIS CUANTITATIVO

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LEY DE LAMBERT - BEER

Esta ley considera la relacin entre el poder de radiacin de la luzincidente (Po) y el de la transmitida (P) en funcin tanto de la

longitud del paso ptico (b) como de la concentracin (C) de laespecie absorbente.

La expresin matemtica es: log P/Po = - KbC

A = KbC

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LEY DE LAMBERT- BEER

Donde: Po = Intensidad Inicial de la Lmpara

P = lntensidad Final de la Lmpara

Absorbancia: A = log (Po/P)

Po P

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Donde:A = Absorbanciaa = Coeficiente de absorcin y b (Longitud de Paso) son constantes.C = concentracin

Por lo tanto: A = C

A = KbC

Kb

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0

0.4

0.8

Conc

A

b

s

La Ley de Beer es vlida nicamente a bajas concentraciones

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ELECCIN DE LOS ESTNDARES DECALIBRACIN

Siempre utilize un estndar ms alto que el esperado en lamuestra.

Utilize el algoritmo de calibracin lineal cuando trabaje en el rangolineal.

Los instrumentos modernos pueden determinar exactamentemuestras que estn 5 - 6 veces por encima del rango linealutilizando el algoritmo de calibracin no lineal.

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1. Muestras Slidas (Rocas, Minerales, Suelos, Sedimentos, plantas,

Animales):

a) La muestra no requiere dilucin: mg/L de X = (VI) (L)W

Donde:

X = Elemento a determinar.W = Peso de la muestra en gramosVi = Volumen final de afore en ml.L = Lectura directa en g/ml.

b) La muestra requiere dilucin: mg/l de X = (Vi) (L) (F.D.)W

Donde: F.D. = Factor de Dilucin = Volumen de afore finalVolumen de muestra a diluir

CLCULOS

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2. Muestras Lquidas (Aguas blancas y residuales), Alimentos, FluidosBiolgicos (Sangre, Orina, Sudor):

a) La muestra no requiere dilucin:

mg/L de X = Lectura directa en g/ml o mg/L

Donde: X = Elemento a determinar

b) La muestra requiere dilucin: mg/L de X = (VI) (L)

A

Donde:

X = Elemento a determinar

A = Alcuota de la muestra en ml.

Vi = Volumen final de afore en ml.

L = Lectura en g/ml.

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COMPONENTES BSICOS DE UN

ESPECTROFOTMETRO

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COMPONENTES BSICOS DE UN EQUIPO DEABSORCIN ATMICA

1. Una fuente de luz la cual emita la lnea de resonancia del elemento deinters.

2. Un mtodo para producir vapor atmico de la muestra que es analizada

(Flama, Horno ).

3. Un monocromador para aislar las lneas de resonancia.

4. Un detector el cual mida la intensidad de la luz y amplifique laseal.

5. Un sistema de registro que muestre las lecturas despus que hasido procesada por la electrnica del instrumento.

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Componentes Bsicos de un Espectrofotmetro de AbsorcinAtmica.

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FUENTE DE LUZ

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LMPARA DE CTODO

HUECO

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PROCESO DE EMISIN

Los tomos excitados del gas de relleno chocan contra el ctodo

hueco desalojando tomos del metal y se excitan.

Ar o Ar ++-

1. Ionizacin

M o

Ar +

+- M o

Ar +

M *

3. Excitacin

+- M o

M *

4. Emisin

Luz ( )

2. Desalojo

+-

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Lneas espectrales emitidas por una lmpara de ctodo hueco deNquel.

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LMPARAS DE DESCARGA SINELECTRODOS

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GENERADOR DE RADIOFRECUENCIA(EDL SYSTEM 2)

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CARACTERISTICAS DE LAS LMPARAS(EDL)

1. Baja Ganancia

2. Absorbancias Altas

3. Mejor Sensibilidad

4. Mayor Tiempo de Vida Media.

5. Mayor Intensidad

6. Requiere Calentamiento (20 - 30 minutos).

7. Se utiliza un Suministro de poder por separado (RF).

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Los componentes ms importantes en cualquier espectrofotmetro deAbsorcin atmica es el sistema del nebulizador y quemador.

El nebulizador convierte a la muestra en un aerosol muy fino.

La muestra se mezcla con los gases combustible y oxidante en la cmarade premezclado.

Los gases con las finas gotas de muestra emergen por la cabeza delquemador con un flujo laminar, hacia la flama, en sta las gotas de muestrase evaporan y se descomponen en tomos del analito.

SISTEMA DEL QUEMADOR - NEBULIZADOR

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DIAGRAMA DE UN QUEMADOR DE FLUJO LAMINAR

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DIAGRAMA DE UN QUEMADOR DE

FLUJO LAMINAR CON CMARA DE

PREMEZCLADO

G Q O O

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DIAGRAMA DE UN QUEMADOR DE FLUJO LAMINAR YCMARA DE PREMEZCLADO

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SELECCIN

DELQUEMADOR

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NEBULIZADOR

CapilarVenturi

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NEBULIZADOR

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ACERO INOXIDABLE:a) Menos del 5% de cido

Pt/Rha) cidos Concentrados.

b) No Agua Regia y HF

Taa) Resistente al Agua Regia

RESISTENTE A LA CORROSIN:

a) cidos Concentrados.b) Agua Regia y HF

c) Concentracin Alta de Slidos Totales

SELECCIN DEL NEBULIZADOR

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SELECCIN DEL DISPOSITIVO DE IMPACTO

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El Deflector de Flujo remueve las partculas grandes

DEFLECTOR DE FLUJO

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Transformar la sustancia analizada del estado lquido o slido alestado gaseoso-vaporizacin.

Para la conversin de las entidades moleculares a vaporatmico-atomizacin.

En los estudios de emisin, para la excitacin de emisin delvapor atmico y molecular.

UTILIDAD DE LA FLAMA

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1. Que tenga la temperatura adecuada o la proporcin adecuadade combustible y oxidante.

2. Que el espectro de la propia flama no interfiera con laobservacin de la caracterstica de absorcin que se estmidiendo.

REQUISITOS QUE DEBE REUNIR UNA FLAMA

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TEMPERATURAS DE FLAMA Y VELOCIDADES DE QUEMADO DE FLAMASPREMEZCLADAS COMUNES.

Combustible Oxidante Temperatura Velocidad (*)(C) (cm/seg)

Gas Natural aire 700-1900 55

Propano aire 1925 -Hidrgeno aire 2000-2050 324-440

Acetileno aire 2120-2400 160

Acetileno N2O 2600-2800 460

Acetileno O2 3050-3130 1100

(*) = Velocidad de Quemado.

Fuente: Willard et al. (1983).

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PROCESOS EN

LA FLAMA

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PORCENTAJES DE IONIZACIN DE ELEMENTOS EN FLAMAS

ElementoPotencial de

Ionizacin EV.Aire-

Propano2200 K

Hidrgeno-Oxgeno 2450

K

Acetileno-Oxgeno2800 C

OxidoNitroso-

Acetileno3300 C

LitioSodio

PotasioRubidioCesioBerilio

MagnesioCalcio

Estroncio

Bario

5.3915.1394.3404.1773.8949.327.6466.1135.694

5.211

< 0.011.19.313.828.6

0--

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MONOCROMADOR

1. DISPERSAR LA LUZ POLICROMTICA EN VARIAS LONGITUDES DEONDA.

2. AISLAR UNA LONGITUD DE ONDA.

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MONOCROMADOR

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CONVIERTE LA ENERGA RADIANTE EN

ENERGA ELCTRICA.

DETECTOR

SISTEMA DE LECTURA

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SISTEMA DE LECTURA

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INTERFERENCIAS

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INTERFERENCES EN AA

1. No Espectral.

Cualquier interferencia que afecta la seal de la muestra, lacual es diferente a los materiales de la calibracin

2. Espectral.

Ocurre cuando la absorcin medida en una muestra eserrnea debido a la presencia de otras especies las cualestambin absorben luz a esa misma longitud de onda.

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INTERFERENCES EN AA

No Espectral

Matriz

Qumica

Ionizacin

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INTERFERENCIA DE MATRIZ

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CORRECCIN DE LA INTERFERENCIA DE MATRIZ

Los estndares, muestras y el blanco deben tener lamisma Matriz.

Mtodo estndar de adiciones.

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INTERFERENCIA QUMICA

Las muestras pueden contener componentes que formancompuestos trmicamente estables, que no se descomponen con laenerga disponible en la flama.

Temperatura de la Flama aire-C2H2: 2100 - 2400oC

Temperatura de la Flama N2O-C2H2: 2650 - 2800oC

Interferencia en la Flama Aire-C2H2:

CaCl2 Cao

Ca3(PO4)2 Cao

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INTERFERENCIA QUMICA

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CORRECCIN DE LA INTERFERENCIA QUMICA

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Otra forma de corregir la interferencia qumica es usar una flama mscaliente.

Utilizando la flama N2O-C2H2se elimina la interferencia del fosfato.

La temperatura de la flama ioniza algunos elementos como elcalcio.

Ca3(PO4)2 Cao

Ca3(PO4)2 Cao

aire-C2H2

N2O-C2H2

CORRECCIN DE LA INTERFERENCIA QUMICA

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INTERFERENCIA DE IONIZACIN

La temperatura de la flama puede ser bastante caliente para excitaralgunos atomos, desde su estado basal o remover electrones y creariones.

Esto disminuye el nmero de tomos en estado basal disponibles parala absorcin atmica.

Interferencia de Ionizacin

Cao Ca+ + e-N2O-C2H2

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INTERFERENCIA DE IONIZACIN

INTERFERENCIA POR IONIZACIN: EFECTO DE LA ADICIN DE POTASIO.

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La interferencia de Ionizacin es controlada adicionando un elementofcilmente ionizable.

Adicionar 0.2 - 0.5% de Potasio a las muestras y estndares.

Un exceso de electrnes revierte el equilibrio deionizacin.

Cao Ca+ + e-

Cao Ca+ + e-

Ko K+ + e-

CORRECCIN DE LA INTERFERENCIA DE IONIZACIN

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ESPECTROSCOPIA

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1. Ventajas: La sensibilidad es muy alta.

Los limites de deteccin son bajos.

Rapidez de anlisis.

Facilidad de operacin.

Se pueden utilizar otras lneas diferentes a las lneas de resonancia para cadaelemento.

2. Desventajas:

Fuente de luz.

Mtodo destructivo de anlisis.

No se pueden hacer determinaciones simultneas de varios elementos.

Se necesitan estndares para comparar con el problema

DE ABSORCIN ATMICA.