Espectroscopía de Emisión Atómica

Introducción

Los métodos espectroscópicos atómicos se basan en la interacción entre la radiación y la materia. Es un método instrumental de análisis químico fundamentado en el estudio de la radiación emitida por átomos en las regiones del espectro. Al absorber energía (E), los átomos se excitan y permanecen en este estado por un tiempo muy corto. Luego, el átomo vuelve al estado fundamental emitiendo el sobrante de energía en forma de luz cuando la muestra es sometida a una descarga eléctrica por una fuente de excitación. Cuando se excitan térmica o eléctricamente, emiten radiación en la zona UV visible utilizada para análisis cualitativo y cuantitativo. Solo sirve para análisis de átomos. No hay transiciones rotacionales ni vibraciones, solo espectros lineales.

Ventajas

• Excelente método para análisis de trazas.
• Determinación de metales, metaloides y otros elementos.
• Suficiente para la determinación con una pequeña cantidad de muestra.
• Determinación simultánea de varios elementos, sin separaciones.
• Método rápido y fácil.
• Exactitud y precisión del 2%.

Desventajas

• Equipamiento caro.
• Destrucción total de la muestra.
• Realiza solo determinación en forma de elementos.

Fuentes de Energía

Las fuentes de energía tienen 3 funciones:

1. Deben proporcionar suficiente energía como para convertir los compuestos en átomos e iones gaseosos.
2. Deben proporcionar suficiente energía para excitar los electrones de los átomos gaseosos.
3. Al excitar una sustancia se obtiene un espectro de emisión típico: 2 líneas estrechas y bien definidas, de bandas, continuo.

Excitación

Para que un elemento en estado de oxidación cero emita una única línea espectral, es necesario que previamente haya absorbido una energía equivalente a su potencial de excitación (energía que necesita para que el electrón se excite a niveles superiores). Pero para que un elemento muestre una emisión completa (todos los electrones que se han excitado, vuelvan a su origen) debe absorber una energía equivalente a su potencial de ionización (perder electrones de la última capa). Aquellos elementos que tienen bajos potenciales de ionización se determinan con gran sensibilidad y los elementos no metálicos con alto potencial de ionización con poca sensibilidad. Con una fuente energética, se pueden excitar a todos los elementos. Solo se determinan en espectroscopía 70 elementos. La complejidad de los espectros de emisión depende de la configuración electrónica. El espectro de emisión es diferente si el elemento es neutro o iónico.

Fuentes de Excitación

• Llama: a menor temperatura, por lo que solo se excitarán unas cuantas líneas con baja energía de ionización.
• Arco eléctrico: voltaje entre 50-300 voltios, método común, temperatura 4000-8000 K, las líneas de emisión producidas por átomos neutros, fuente sensible, buena relación línea y fondo, determinación e identificación de sustancias en baja concentración, bajo límite de detección.
• Corriente alterna alto voltaje: 1000 voltios +.
• Corriente alterna: energía de excitación mucho más alta que el arco, menor efecto de calentamiento. En la espectroscopía de emisión por chispa, uno de los electrodos muestra, se volatilizan cantidades pequeñas, se forman iones excitados, espectros iónicos.
• Plasma: constituido por gas ionizado, no tierra, corona solar, espacio interestelar. Ventajas: elementos múltiples, amplio rango de trabajo, manipulaciones de muestras gaseosas o líquidas, permiten determinación de no metales.

Métodos

• Plasma acoplado inductivamente.
• Arco eléctrico.
• Chispa eléctrica.

Estas fuentes se aprecian más energéticas, en la llama a temperaturas elevadas, realiza determinación de elementos.

Equipos

• Espectroscopio de prisma: formado por rendija, conjunto de lentes, prisma y ocular. Con el ocular se observan imágenes de la rendija, líneas espectrales.
• Espectroscopio de red: la luz se dispersa mediante una red de difracción (superficie especular de metal sobre la que se ha trazado con un diamante líneas para mostrar detalles finos) o un espejo cóncavo. Los espectrografos son útiles para regiones UV y UV-visible e IR. Los equipos de emisión atómica dan % de elementos según tiempo. El equipamiento utilizado está constituido por fuente de excitación, sistema dispersivo y sistema de registro. No son muy comunes.

Puntos Clave

1. En la espectroscopía de emisión, son los electrones de valencia de los elementos los que se excitan, para dar lugar a espectros atómicos formados por picos bien definidos y estrechos, empleándose las líneas últimas. Permite la determinación de metales y algunos metaloides, con una exactitud del orden del 2%, mediante el empleo de muestras sólidas en el caso de los metales y sus aleaciones y muestras en forma de polvo, ligadas con grafito.
2. Varias fuentes de excitación utilizadas en la espectroscopía de emisión atómica: la llama, el arco eléctrico de corriente alterna, el arco eléctrico de corriente directa, y la chispa eléctrica. La función de cada unidad de excitación es que la muestra se vaporice y excitar los electrones en los átomos vaporizados a niveles de energía superiores.
3. Las fuentes de plasma tienen la ventaja de ser una técnica para elementos múltiples y tienen un amplio rango de trabajo. (DCP) brindan un método mucho más fácil para la manipulación de muestras gaseosas y líquidas. Las fuentes de plasma también permiten la determinación de no metales como cloro, bromo, yodo y azufre.