Espectroscopía de absorción atómica

Introducción

La espectroscopía de absorción atómica utiliza la absorción de la luz para medir la concentración de átomos en fase gaseosa. Dado que las muestras se encuentran generalmente en estado líquido ó solido, los átomos o iones del analito deben de vaporizarse con una llama o en un horno de grafito. Los átomos absorben la luz visible o ultravioleta y relizan transiciones a niveles electónicos de mayor energía. La concentración del anolito se determina por la cantidad de absorción. Aplicando la ley de Lambert-Beer directamente en la espectroscopía

Ley de Lambert Beer

Es una relación lineal entre la absorbancia y la concentración de las especies en una muestra y se escribe de la forma siguiente:

A= a(ðð*b*c

A, es la absorbancia medida

a(ðð, es la longitud de onda que depende del coeficiente de absorción

b, es la longitud de la muestra

c, es la concentración del analito

Cuando se trabaja con concentraciones molares, la ley de Beer-Lambert puede escribirse como sigue

ððððððc

siendo ð el coeficiente de absorción molar dependiente de la longitud de onda .

La medida de absorción directa en los espectros de absorción atómica es dificil por las variaciones en la atomización en la matriz muestra, la inuniformidad en la concentración del analito y la longitud entre los átomos de analito (path length).

Las medidas de concentración se determinan mediante una curva de trabajo después de la calibración del instrumento con una concentración patrón conocida.

Las limitaciones en la linealidad de la ley de Lambert-Beer está limitada a factores químicos e instrumentales, entre estas causas se incluye:

• desviaciones en coeficientes de absorbancia a altas concentraciones (>0.01M) debido a interacciones electrostáticas en las moléculas próximas- dispersión en la luz debido a partículas en la muestra.

• fluorescencia o fosforescencia en la muestra.

• cambios en índice de refracción a concentraciones altas

• cambios en el equilibrio químico en función de la concentración.

• radiación no monocromática, si bien las radiaciones pueden minimizarse utilizando una parte relativamente plana del espectro de absorción como máximo de la banda de absorción

• -luz directa

La mayoría de los instrumentos permiten leer directamente en unidades de concentración . Esto se realiza mediante una transformación electrónica de la señal de absorbancia. De esta forma se convierte la lectura de absorbancia en cualquier unidad de concentración que se desee.

Donde el calibrado no es lineal, el instrumento debe de corregir la curvatura . la forma más simple de realizar la correcciónes mediante analogía electrónica . Primero se miden las soluciones patrón de más baja y más alta concentración que llamamos L(baja) y H(alta) y se ajusta la lectura para valores de concentración apropiados para estas dos muestras. Finalmente se mide la solución muestra desconocida ,X. y su concentración determinada corregida aparece en el lector digital.

Métodos de ajuste de curvas más sofisticadas utilizan en instrumentos que tienen microprocesador electrónicos. Con estos deben medirse, como pocos, soluciones patrón. Las lecturas de concentración con las absorbancias correspondientes son almacenadas en el microprocesador.. Estos valores se utilizan entonces para calcular la ecuación de la curva de calibrado.

Concentración característica y límite de detección

Para describir la forma de trabajo en un análisis por absorción atómica normalmente se dan dos valores, la CONCENTRACION CARACTERISTICA Y EL LIMITE DE DETECCION.

A la CONCENTRACION CARACTERISTICA, también se le conoce como sensibilidad, se define como la concentración analito en solución que cuando se atomiza en el instrumento da lugar a una absorbancia de 0,0044, es decir, una absorción del 1%. Para un analito en particular este valor depende de la línea de resonancia utilizada, paso óptico y eficiencia del atomizador. La concentración característica es una unidad útil, ya que permite el cálculo de las concentraciones de las soluciones patrón. Estas son normalmente de 20 a 200 veces la concentración característica.

La concentración característica es una medida de la sensibilidad del método de absorción atómica para la determinación de un metal en particular, utilizando una línea de resonancia en concreto. Cuanto más alta es la pendiente de la curva de calibrado, A/C, más sensible es la determinación, y más baja es la concentración característica.

La segunda cantidad utilizada es el límite de detección,. Como la concentración característica, varia de elemento a elemento. El límite de detección se define de esta forma: es la concentración más baja del elemento que puede detectarse con un nivel de probabilidad del 95%. Se determina estadísticamente

Instrumentación en la absorcion atómica

• Fuente de luz

La fuente de luz utilizada es una lámpara de cátodo hueco del elemento que está siendo medido. Los láseres se utilizan también en instrumentos de investigación. Dado que los láseres tienen la intensidad suficiente para excitar a los átomos a niveles de energía superiores, permiten tanto a la Absorción Atómica como las medidas de fluorescencia atómica en un mismo instrumento. La desventaja es que solo se puede medir un elemento a la vez., por lo que no suele utilizarse para la rutina de absorción atómica.

Cuando se aplica potencia a una lámpara de cátodo hueco, la descarga produce el efecto llamado”sputtering”(arrancar átomos del cátodo). Como se muestra en la figura los átomos de gas se ionizan y aceleran hacia la superficie negativa del cátodo, donde la colisión produce una salida de los átomos del analito.Los átomos de analito chocan con átomos de gas con un exceso de

energía, y se excitan . Los átomos excitados emiten fotones, h dando lugar al espectro característico del elemento.

1. Desalojo 2.Excitación 3. Emisión

Ar+ M* M*

M0 M0 Ar+ M0

PROCESOS EN LAMPARA DE CATODO HUECO

• Atomizador

La espectroscopía de absorción atómica requiere que los átomos del analito en fase de gas. Los iones ó átomos de la muestra deben de estar disueltos y vaporizados en una fuente de alta temperatura como una llama u horno de grafito. La llama de AA puede analizar solamente disoluciones, mientras que el horno de grafito de AA puede aceptar disoluciones, lodos y muestras sólidas

La llama de AA utiliza un quemador tipo slot para incrementar la longitud de paso a su través y por lo tanto para incrementar la absorbancia total. Las disoluciones de muestra se aspiran junto con el flujo de gas en una cámara de nebulización y mezclado para formar pequeñas gotas antes de entrar a la llama.

La cámara u horno de grafito tiene alguna ventaja sobre la llama. Es mucho mejor un atomizador (eficiente) que una llama y puede aceptar cantidades muy pequeñas de muestra. También suministra un ambiente reductor para elementos fácilmente oxidables. Las muestras se colocan directamente en un horno de grafito y el horno se calienta eléctricamente en varias etapas para secar la muestra, calcina la muestra orgánica y vaporiza los átomos de analito.

Separación de luz y detección

Los espectrómetros utilizan monocromadores y detectores para luz UV y visible. El propósito m,ás importante del mono cromador es aislar la línea de absorción de la luz de fondo debida a las interferencias . Los tubos de fotomultiplicador son los detectores más comunes utilizados en la espectroscopia de AA

Metodo para determinar el Cr por espectrometria de Absorción Atómica

Metodo de determinación de Cromo de forma directa

El rango de aplicación comprende concentraciones entre 0.1 a 10 mg/l de cromo. Este rango puede extenderse a concentraciones mayores de 10 mg/l por dilución de la muestra.

El cromo disuelto se determina aspirando una porción de la muestra filtrada sin pretratamiento. El cromo insoluble se determina disolviendo la muestra en nitrico-clorhídrico.

Interferencias

• Hierro, niquel y cobalto a una concentración de hasta 100ðg/l y magnesio hasta 30 mg/l interfiere disminuyendo la absorción del Cromo. Estas interferencias se suprimen en disoluciones conteniendo 10000 mg/l de 8-hidroxiquinolina. Las muestras ajustadas a esta concentración no muestran interferencias desde 700 mg/l de hierro y 10mg/l de niquel y cobalto, o desde 1000mg/l de magnesio.

• Potasio por encima de 500mg/l incrementa la absorción del cromo.

• Sodios, sulfatos, y cloruros (9000 mg/l) cada uno), calcio y magnesio(4000mg/l cada uno), nitrato (2000 mg/l), y cadmio, plomo, cobre y cinc,(10 mg/l cada uno) no interfiere.

• Aparatos y material

• Espectrometro de absorción atómica utilizado a 357,9 nm

• Lámpara de cromo de cátodo hueco

• Oxidante:

• *Aire (si se le ha pasado por un filtro para eliminar agua, aceite y otras sustancias extrañas)

• *Oxido Nitroso, grado médico es satisfactorio

• *Combustible : acetileno

Preparación de reactivos

Solución de cromo reserva( 1ml = 1.0 mg de Cr). Disolver 2,828 g de dicromato potásico (K2Cr2O7) en 200 ml de agua y disolver hasta 1 l

Solución de cromo standard(( 1 ml= 0.1 mg de Cr): Disolver 100 ml de la disolución reserva y 1 ml de HNO3 (densidad 1,42) hasta 1 ml con agua.

Acido clorhídrico (densidad 1,19): Acido clorhídrico concentrado (HCL).

Disolución de 8-hidroxiquinolina(100g/l): Disolver 50 g de 8-hidroxiquinolina en 35 ml de HCl (densidad 1,19). Calentar la mezcla suavemente para facilitar la disolución. Transferirlo a un recipiente de 500 ml de capacidad y llevarlo hasta este volumen.

Acido nítrico (densidad 1,42): Acido nítrico concentrado (HNO3)

Acido nítrico (1+499): Añadir un volumen de HNO3 (densidad 1.42) a 499 volúmenes de agua.

Estandarización

Preparar 100 ml de cada blanco y por lo menos 4 disoluciones patrón, conteniendo 1 ml de disolución de 8- hidroxiquinolina (100g/l)10ml de patrón, para contener el rango de concentración de cromo esperadaen las muestras a analizar, por dilución de la disolución patrón de cromo con HNO3 (1 +499). Preparar los patrones cada vez que se vaya a realizar un análisis.

Para determinar el cromo total recuperable(no disuelto) añadir 0,5 ml de HNO3 (densidad 1,42) y proceder a añadir HCl como se indica más adelante. Para el cromo disuelto poceder como se indica a continuación.

Aspirar la muestra de blanco y registrar la absorbancia a 357.9 nm. Aspirar HNO3 (1+499) entre cada muestra.

Preparar la curva analítica por ploteo de la absorbancia frente a la concentración de cada muestra. Como alternativa puede leerse directamente la concentración si el instrumento dispone de ello.

Procedimiento

Medir 100 ml de una muestra acidificada bien agitada en un recipiente de 125 ml.

Añadir 5 ml de HCl( densidad 1,19) a cada muestra

Calentar las muestras en un baño de vapor o en un plato caliente en una zona dotada de campana de ventilación hasta que el volumen de la muestra se haya reducido a 15-20 ml, asegurandose de que la muestra no hierve.

Enfriar y filtrar las muestras a través a través de un filtro de textura fina, lavado con ácido y exento de cenizas, en un recipiente de 100 ml. Lavar el filtro dos o tres veces con agua y llevarlo al volumen.

Pipetear 10,0 ml de la muestra en un recipiente de 50 ml y añadir 1,0 ml de disolución de 8 hidroxiquinilina.

Aspirar cada muestra filtrada y acidificaday determinar la absorbancia o concentración. Aspirar HNO3 (1+499) entre cada muestra.

Calculo

Calcular la concentración de cromo en cada muestra, en miligramos por litroutilizando la curva analítica preparada. Alternativamente puede leerse directamente la concentración, si el instrumento dispone de ello.

Precisión

La precisión de este método (St) con el rango designado por 5 laboratorios, que incluye un total de nueve operadores analizando cada muestra en tres dias diferentes, varía linealmente con la concentración de cromo, X, en miligramos por litro, siendo:

Para muestras de agua

St = 0.097X+0.10

Para otras matrices de agua seleccionadas

St = 0.079X+0.019

Donde:

St = precisión total, en mg/l, y

X = concentración de Cr en mg/l

La precisión en análisis unitarios no difiere significativamente de la precisión total.

Bibliografía:

-Curso de Entrenamiento en Absorción Atómica, llama y Generación de Vapor : Manual de Teoría. Perkin Elmer.

-SCIMEDIA. Encyclopedia of Analytical Instrumentation

-ASTM Vol

Cumplimiento de ley de Beer

Desviaciones