ESPECTROSCOPIA ATÓMICA
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ESPECTROSCOPIA ATÓMICA Q.F. ALEX SILVA ARAUJO ESPECTROSCOPIA ATÓMICA GENERALIDADES La Espectroscopia Atómica se basa en la absorción, emisión o fluorescencia por átomos o iones elementales. Hay tres regiones del espectro que dan información atómica: UV, Vis y la de Rayos X. La determinación espectroscópica de especies atómicas sólo se puede llevar a cabo dentro de un medio gaseoso, en el cual los átomos o iones elementales están separados unos de los otros. Consecuentemente el primer paso en todos los procedimientos espectroscópicos es la atomización (proceso en el cual una muestra es convertida en átomos gaseosos o en iones elementales). En el proceso de atomización, la muestra es volatilizada y descompuesta para producir un gas atómico. La eficiencia y reproducibilidad del paso de atomización determina en gran parte la sensibilidad, precisión y exactitud del método. El método más empleado para la atomización de las muestras en estudios de espectroscopia atómica es la atomización a la flama. Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA ✷ EMISION ✷ ABSORCIÓN FLUORESCENCIA Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA Clasificación de los métodos ópticos espectrales y atómicos Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA ESPECTROS DE ABSORCION ATOMICA En un medio gaseoso a elevada temperatura, los átomos de sodio son capaces de absorber radiación de las longitudes de onda características de las transiciones electrónicas del estado 3s a estados excitados más elevados. La absorción de la radiación de 285, 330 y 590nm excita al electrón solo exterior del sodio de su nivel de energía 3s basal a los orbitales 3p, 4p o 5p de estados excitados. Espectro de absorción parcial para el vapor de sodio y transiciones electrónicas Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Espectros de absorción ✷ ∆ E5 Energía ∆ E4 λ 1 λ2 λ3 λ4 Líneas de Absorción ∆ E1 ∆ E2 ∆ E3 λ5 Transiciones de absorción Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA ESPECTROS DE EMISIÓN ATÓMICA A temperatura ambiente, todos los átomos de una muestra de una materia determinada se encuentran esencialmente en el estado fundamental. Por ejemplo, en estas circunstancias el único electrón externo del sodio metálico ocupa el orbital 3s, las líneas de emisión se generan al calentar el sodio a 2000 - 3000ºC en una flama. El calor promueve los electrones exteriores del orbital 3s basal a los orbitales 3p, 4p o 5p de estados excitados. Después de un microsegundo o menos, los electrones excitados se relajan al estado basal y desprenden su energía como fotones y radiación Vis o UV. Así, las longitudes de onda de la radiación emitida son 590, 330 y 285nm. Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA Origen de tres líneas de emisión para el sodio Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Espectros de Emisión Energía ∆ E5 UV 400 nm ∆ E4 ∆ E1 ∆ E2 700nm ∆ E3 λ1 Visible λ2 λ3 λ4 λ5 Cada elemento tiene un conjunto único de estados de energía Cuanto menor es ΔE, mayor es la longitud de onda de emisión Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA ESPECTROS DE FLUORESCENCIA ATÓMICA En una llama, los átomos pueden presentar fluorescencia cuando se irradia con una fuente intensa que contiene las longitudes de onda que se absorben por el elemento. Los espectros de fluorescencia resultantes se miden más adecuadamente a un ángulo de 90º con respecto a la trayectoria luminosa. La radiación que se observa es por lo general el resultado de las fluorescencia de resonancia. Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Espectros de Fluorescencia ✷ Energía ∆ E3 λ 1 λ2 Espectro de fluorescencia ∆ E1 ∆ E1 ∆ E1 ∆ E2 λ3 Transiciones de fluorescencia Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA ESPECTROSCOPIA DE LLAMA (FLAMOMETRIA) Como ya se ha mencionado hay tres tipos de espectroscopia atómica basados en la atomización en flama: espectroscopia de absorción atómica, espectroscopia de emisión atómica y espectroscopia de fluorescencia atómica. En la atomización en flama, una solución que contiene al analito se convierte en una niebla, se nebuliza, y se lleva dentro de una flama mediante el flujo de un oxidante o combustible gaseoso. Los espectros de emisión y absorción se generan en el medio gaseoso caliente que resulta, de lo mencionado anteriormente. Atomizadores de flama Un atomizador de flama consiste en un nebulizador, el cual convierte la solución muestra en una niebla o aerosol, que entonces alimenta a un quemador. En la mayor parte de los atomizadores, el gas a alta presión es el oxidante, y se mezcla después el oxidante que contiene el aerosol con el combustible. Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA (ión) M+ excitación ionización (átomo) -hυ M excitación atomización (gas) M+* -hυ M* MX Vaporización (sólido) (MX)n desolvatación (solución) M(H2O)m+,X- Procesos que tienen lugar durante la atomización Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA Nebulizador de tubo concéntrico Quemador de flujo laminar Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA Combustibles y oxidantes utilizados Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA ESPECTROSCOPIA DE LLAMA (FLAMOMETRIA) Propiedades de las flamas Cuando una muestra nebulizada se lleva al interior de una flama, el disolvente se evapora en la zona de combustión primaria de la flama (localizada arriba de la punta del quemador). Las partículas sólidas finamente divididas resultantes son llevadas a una región en el centro de la flama, denominado región interzonal. Aquí en la parte más caliente de la flama, se forman los átomos gaseosos y los iones elementales a partir de las partículas sólidas. Es en esta, la región interzonal, donde se lleva a cabo la excitación del espectro de atómico de emisión. Finalmente, los átomos y los iones son llevados al borde exterior, o a la zona de combustión secundaria, en donde la oxidación se puede presentar antes de que los productos de la atomización se dispersen en la atmósfera. Tipos de flamas Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA Zonas características de la flama Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Instrumentación lámpara llama EMISION ATÓMICA monocromador ABSORCIÓN ATÓMICA detector FLUORESCENCIA ATÓMICA Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Instrumentación Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Instrumentación Espectrofotómetros de llama típicos: (a) Diseño de un solo haz; (b) Diseño de doble haz. Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Instrumentación Esquema de un instrumento de absorción atómica electrotérmico Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Instrumentación Espectrofotómetro de Absorción Atómica Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Instrumentación Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Aplicaciones Elementos Determinables por Espectroscopia Atómica H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Pu Q.F. A. Silva A. ESPECTROSCOPIA ATÓMICA: Aplicaciones Comparación de los límites de detección para varios elementos por métodos de absorción y de emisión en llama La inteligencia es lo más puro de todas las cosas. Tiene un conocimiento total de cada cosa y es la máxima fuerza Anaxágoras Q.F. A. Silva A.
