Fluorescencia Molecular: Principios, Instrumentación y Aplicaciones

Fundamento

La fluorescencia molecular es un proceso de emisión en el cual las moléculas son excitadas por la absorción de radiación electromagnética. Las especies excitadas se relajan al estado fundamental, liberando su exceso de energía en forma de fotones. Una de las características más atractivas de los métodos de fluorescencia es su sensibilidad inherente, la cual es, con frecuencia, de uno a tres órdenes de magnitud mejor que la de la espectroscopía de absorción. No obstante, los métodos de fluorescencia se aplican mucho menos que los métodos de absorción debido al número relativamente limitado de sistemas químicos que pueden fluorescer.

Instrumentación

El soporte de la muestra es, por lo común, una llama, pero podría ser también una celda de atomización electrotérmica, una descarga luminiscente o un plasma acoplado inductivamente. Las celdas de flujo se usan con frecuencia junto con métodos de vapor y basados en hidruros.

Fuente

Una fuente continua sería deseable para las medidas de fluorescencia atómica. Sin embargo, por desgracia, la potencia de salida de la mayor parte de las fuentes continuas a lo largo de una región tan estrecha como una línea de absorción atómica es muy baja para proveer suficiente sensibilidad para la fluorescencia atómica.

En el trabajo inicial sobre fluorescencia atómica, las lámparas de cátodo hueco comunes sirvieron con frecuencia como fuentes de excitación. Para mejorar la intensidad de salida sin destruir la lámpara, era necesario operar la lámpara con pulsos cortos de corriente que fueron mayores que los que podría tolerar la lámpara en operación continua. El detector era operado para observar la señal de fluorescencia solo durante los impulsos de radiación de la fuente. Quizá las fuentes más usadas para la fluorescencia atómica han sido las lámparas de descarga sin electrodos, que por lo común producen intensidades radiantes mayores que las de las lámparas de cátodo hueco por un orden de magnitud de dos. Estas lámparas funcionan tanto en el modo continuo como en el de pulsos. Desafortunadamente, este tipo de lámpara no está disponible para muchos elementos.

Los rayos láser, con sus intensidades más altas y anchos de banda estrechos, parecerían ser la fuente ideal para las mediciones de fluorescencia atómica. Sin embargo, su alto costo y sus complejidades operacionales han desalentado su aplicación más amplia en métodos de fluorescencia atómica rutinarios.

Instrumentos Dispersivos

Un sistema dispersivo para medidas de fluorescencia atómica consta de una fuente modulada, un atomizador (con llama o sin ella), un monocromador o un sistema de filtro de interferencia, un detector y un procesador de señal, y un dispositivo de lectura. Con excepción de la fuente, la mayor parte de estos componentes son similares a la absorción atómica.

Instrumentos No Dispersivos

En teoría, ningún monocromador o filtro debería ser necesario para las medidas de fluorescencia atómica cuando una lámpara de descarga sin electrodos o una lámpara de cátodo hueco sirven como fuente de excitación porque, en principio, la radiación emitida es la de un solo elemento y excitará, por consiguiente, solo átomos de ese elemento. Un sistema no dispersivo podría estar constituido entonces de solo una fuente, un atomizador y un detector.

Hay varias ventajas de tal sistema:

1. Sencillez e instrumentación de bajo costo.
2. Adaptabilidad a análisis de varios elementos.
3. Alto rendimiento energético y, por tanto, mayor sensibilidad.
4. Recolección simultánea de energía para líneas múltiples, lo cual incrementa también la sensibilidad.

Para darse cuenta de estas ventajas importantes, es necesario que la salida de la fuente esté libre de líneas contaminantes de otros elementos; además, el atomizador no debe emitir radiación de fondo significativa. En algunos casos con atomizadores electrotérmicos, la radiación de fondo es mínima, pero con seguridad no lo es con las llamas típicas. Para superar este problema, se han utilizado filtros localizados entre la fuente y el detector para eliminar la mayor parte de la radiación de fondo. Otra posibilidad son los fotomultiplicadores insensibles a la luz solar, que responden solo a la radiación de longitudes de onda más cortas que 320 nm. Para que estos dispositivos se usen de modo efectivo, la emisión del analito debe estar por debajo de los 320 nm.

Aplicaciones

Determinación de metales en materiales como aceites lubricantes, agua de mar, muestras geológicas, metalúrgicas, clínicas, ambientales y agrícolas.