espectroscopia de absorcion atomica parte 1 julio 20 de 2016
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ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICA
ROSA MARIA HIGUERA ARDILA QCA. ESPECIALISTA EN INGENIERIA AMBIENTAL
Conceptos, Instrumentación, Técnicas y Seguridad Equipo Aanalyst 400
PERKIN ELMER
USO CORRECTO DEL INSTRUMENTO
Antes de utilizar el equipo, se debe estar familiarizado con todoslos componentes del sistema y saber cómo operarlos .
Procedimientos de seguridad vigentes en su laboratorio.
Operación y mantenimiento por personal calificado y con unaformación adecuada .
Para servicio de mantenimiento especializado, es recomendableun ingeniero de servicio autorizado por PerkinElmer
ABSORCIÓN ATÓMICA - CONCEPTOS
PRINCIPIOS BASICOS DE ABSORCION ATOMICA
Esta fundamentada en tres grandes conceptos:
Todos los átomos pueden absorber luz
La longitud de onda a la cual la luz se absorbe es especifica para cada elemento.
La cantidad de luz absorbida es proporcional a la concentración de átomos absorbentes
REQUERIMIENTOS DE UN SISTEMA PARAABSORCION ATOMICA
Fuente de emisión de luz característica
Un sistema de atomización para crear una Población de átomos
Un monocromador para separar luz de una longitud de onda característica
Un sistema óptico para dirigir la luz desde La fuente a traves de la población de átomos y hacia el monocromador
Un detector sensible a la luz
Sistema electrónico el cual mide la respuesta del detector
COMPONENTES
REQUERIMIENTOS ANALITICOS
Convertir la muestra en solucion
Una muestra con ausencia de analito ( blanco )
Estándares de calibración
Curva de calibracion
Atomizacion de la muestra
Técnica capaz de detectar y determinar cuantitativamente lamayoría de los elementos de la tabla periódica.
ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICA
APLICACIONES
SIEMPRE Y CUANDO PUEDA SER DISUELTA
BASES TEORICAS DE LA ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICA
Tiene como fundamento la absorción de radiación de unalongitud de onda determinada, que es absorbida selectivamentepor átomos que tengan niveles energéticos cuya diferencia enenergía corresponda en valor a la energía de los fotonesincidentes.
1 2 3 4 5
En
erg
ía
E1
E2
E3
E4
E5
Proceso de Absorción atómica
Lineas de AbsorcionTransiciones de Absorcion
BASES TEORICAS DE LA ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICA
La absorción de radiación involucra una transición de estos átomos desde el estado basal hasta un estado excitado. En la figura observamos que los átomos de sodio en estado gaseoso absorben radiaciones de longitudes de onda correspondientes a las transiciones desde el estado 3s a estados más elevados. Así, se observan picos de absorción muy nítidos a 589,0; 589,6 y 330,2 nm.
DIAGRAMA DE NIVELES DE ENERGIA PARA PLOMO
La intensidad inicial de luz Io
disminuye en una cantidaddeterminada por laconcentración de átomos enla llama.
La transmitancia T es lafracción de radiaciónincidente transmitida por elmedio
T=(I/Io)
La absorbancia se define como:
A = - log de T = log (Io/I)
ANÁLISIS CUANTITATIVO POR ABSORCIÓN ATÓMICA
Cuando el número de átomos en la trayectoria de luz aumenta, lacantidad de luz absorbida también aumenta.
Absortividad es una constante de proporcionalidad
ANÁLISIS CUANTITATIVO POR ABSORCIÓN ATÓMICA
Ley de BeerPara una radiación monocromática la Absorbancia es directamenteproporcional al camino óptico a través del medio y la concentraciónde la especie absorbente
Concentración Característica o Sensitividad
Es la concentración de un elemento, en mg/L, requerida para producir una absorción del 1% (0.0044 de absorbancia)
Concentración Característica o Sensitividad
Puede ser determinada, leyendo la absorbancia producida
por una concentración conocida del elemento y resolviendo
la ecuación de proporcionalidad:
Concentración del elemento = Concentración característica
Absorbancia medida 0.0044
Concentración Característica o Sensitividad
Depende de la línea de resonancia utilizada, la longitud de la celda
de absorción (ranura del quemador) y la eficiencia de la atomización
Conocer el valor de la concentración característica permite calcular
el rango optimo de las soluciones de referencia
Permite determinar si todas las condiciones instrumentales están
optimizadas y si el instrumento está rindiendo de acuerdo a las
especificaciones.
Límite de Detección
La menor concentración que puede distinguirse por encima del
ruido de la línea base.
Según IUPAC la concentración que produce una absorbancia tres
veces mayor al ruido de fondo.
CONCENTRACION CARACTERISTICA
DESCRIPCION DE LA TECNICA DE ABSORCION ATOMICA CON LLAMA
La muestra líquida es aspirada a través de un tubo capilary conducida a un nebulizador donde se desintegra y formapequeñas gotas de líquido (niebla), que son conducidas auna llama, donde se produce la desolvatación (se evaporael disolvente hasta producir un aerosol molecular sólidofinamente dividido). Luego la disociación de la mayoría deestas moléculas produce un gas que origina la formaciónde átomos.
ETAPAS DURANTE LA ATOMIZACION
DESCRIPCION DE LA TECNICA DE ABSORCION ATOMICA CON LLAMA
Estos átomos son irradiados por un haz de luz de una longitud deonda especifica de acuerdo con el metal que se va a analizar
El atomo en "estado fundamental" absorbe energía de la luz yentra al estado excitado. "
DESCRIPCION DE LA TECNICA DE ABSORCION ATOMICA CON LLAMA
La fracción restante es captada por un monocromador que tienecomo finalidad, aislar todas las señales que causan interferenciasque acompañan la línea de interés.
Esta señal de radiación llega a un fotodetector y un transductorque la convierten en una señal eléctrica que posteriormente esregistrada por un software.
FUNCION Y CONDICIONES DE LAS LLAMAS
1. Permite pasar la muestra a analizar del estado líquido a estado
gaseoso.
2. Descompone los compuestos moleculares del elemento de interés
en átomos individuales o en moléculas sencillas.
3. Excita estos átomos o moléculas.
FUNCIONES BASICAS
FUNCION Y CONDICIONES DE LA LLAMA
Condiciones llama satisfactoria
Que se forme un ambiente gaseoso que permita las funciones anteriormente mencionadas.
Que el ruido de fondo de la llama no debe interferir las observaciones a efectuar.
ESTRUCTURA DE LA LLAMA
• El tamaño y aspecto de cada región depende del tipo de combustible oxidante y de su relación.
• La temperatura máxima se localiza a 1 cm de la zona de combustión primaria de la llama
QUEMADOR
TEMPERATURA EN LA LLAMA
OXIDANTE- COMBUSTIBLE TEMPERATURA °C
Aire acetilenoSe analizan cerca de 35 elementos
2100 - 2400
Acetileno Oxido NitrosoUtilizado para elementos que forman oxido refractarios .También se utiliza para eliminar interferencias químicas que puede estar presentes en una llama de temperatura más baja.
2600-2800
La temperatura de la llama es un parámetro importante que
gobierna el proceso en la llama
ESPECIFICACIONES Y REQUISITOS PARA LOS GASES EN EL QUEMADOR
Nunca ajustar la presión de salida a un valor superior a la presión máxima ( Pmax )
INSTRUMENTACIÓN
COMPONENTES DE UN ESPECTROFOTÓMETRO DE ABSORCION ATÓMICA
Fuente de luz que emite el espectro del elemento de interés
Sistema Quemador
Monocromador para la dispersión de la luz
Detector, el cual mide la intensidad de la luz y amplifica la señal
Pantalla que muestra la lectura después de que haya sido procesada por la electrónica del instrumento
FUENTES DE RADIACIÓN
Tipos de Lámparas
Lámparas de Cátodo hueco (LCH)
Lámpara de descarga sin electrodos
(EDL)
LAMPARA DE CATODO HUECO
Una LCH consiste de un tubo de vidrio sellado herméticamente y llenode un gas inerte en su interior. (Neón o argón) a una presión de 1 a 5Torr.
Dentro de este mismo cilindro se encuentran dos filamentos : unánodo y un cátodo.
El anódo generalmente es un alambre grueso hecho de niquel otugsteno.
El cátodo tiene forma de un cilindro, recubierta del elementometálico que se va a analizar .
LAMPARA DE CATODO HUECO
Cilindro de vidrio o de cuarzo relleno con un gas inerte a baja presión con un cátodo recubierto con el metal
PROCESO DE EMISION DE LUZ DE LA LCH
Cuando se aplica un potencial eléctrico entre el ánodo y elcátodo a la lámpara, se ioniza el gas de relleno.
Los iones cargados positivamente chocan con el cátodo cargadonegativamente y desalojan átomos de metal en un procesoconocido como "bombardeo iónico".
Estos átomos de metal pulverizado se excitan a través delimpacto con iones de gas de relleno.
Cuando el átomo decae del estado excitado al estado masestable, se emite una luz de una longitud de onda específica delmetal.
PROCESO DE EMISION DE LA LAMPARA DE CATODO HUECO
+
-
+
-
+
-
+
-
1. Ionización 2. Desalojo
3. Excitación 4. Emisión
Neo Ne+
Ne+
Mo
Ne+
Mo
M* M*
Mo Luz
PROCESO DE EMISION DE LA LAMPARA DE CATODO HUECO
Al final, los átomos metálicos se vuelven a depositar en elcátodo o hacia las paredes del vidrio del tubo.
Las lámparas HCL tienen una vida útil limitada. Con el uso
prolongado, el proceso de pulverización catódica elimina
algunos de los átomos de metal del cátodo y estos se
depositan en otras partes.
Las Lámparas para los elementos volátiles envejecen más
rápido debido a la más rápida pulverización del cátodo. ( As
, Se, Hg y Pb)
CORRIENTE DE LAMPARA DE CATODO HUECO
La etiqueta de cada lámpara de cátodo hueco Perkin Elmer dauna corriente máxima de funcionamiento.
Es posible que al hacer pruebas se puedan obtener resultadosanalíticos satisfactorios con una menor corriente de larecomendada, siempre y cuando la sensibilidad y precisión nose disminuyan. Asi se podría aumentar la vida útil de lalámpara .
CORRIENTE DE LAMPARA DE CATODO HUECO
A medida que la lámpara se va envejeciendo se requiereaumentar la corriente para obtener las condicionesoriginales
La sensibilidad analítica puede ser más pobre.
Las lámparas no deben ser operadas por encima de lacorriente nominal máxima, ya que esto acortarádrásticamente la vida de la lámpara.
Tiempo de calentamiento
El tiempo de calentamiento para instrumentos de un solo
haz se recomienda entre 5 y 10 minutos.
Para un instrumento de doble haz, no se requierecalentamiento
LAMPARA DE CATODO HUECO
Anodo
Cátodo
Ventana de cuarzo
Protector de vidrio
Neón o argón
CANTIDAD DE ANALITO CONTENIDO EN LAS LAMPARAS DE CATODO HUECO
LAMPARA DE DESCARGA SIN ELECTRODOS
Las lámparas EDL proporcionan
Las intensidades de radiación hasta de dos ordenes demagnitud superiores a las de Catado Hueco.
Su vida útil es mucho mayor a las cátodo hueco
Proporcionan mejor sensibilidad y más bajos limites dedetección.
Para los elementos más volátiles, el uso de las lámparaEDL es muy útil, mejora la intensidad de la luz yproporcionan mejores sensibilidades. Su tiempo de vidaútil es mucho mayor
LAMPARA DE DESCARGA SIN ELECTRODOS
Consiste en una bombilla de cuarzo bajo una atmosfera de gas inerteque contiene una pequeña cantidad de metal o de sal deseado. Lalámpara no contiene electrodos.
Cuando se aplica a la bombilla un campo de radiofrecuencia, el gasinerte es ionizado, originándose los iones que son acelerados por lacomponente de radiofrecuencia del campo hasta adquirir la energíasuficiente para excitar a los átomos del metal.
El espectro de emisión producido es típicamente mucho más intensoque la de las lámparas de cátodo hueco,
ESQUEMA LAMPARA DE DESCARGA SIN ELECTRODOS
Las lámparas EDL requiere una fuente de poder por separado.
CANTIDAD DE MATERIAL DE ANALITO PARA LAS LAMPARAS EDL
La cantidad de material de analito utilizado es mucho menor quelas cantidades utilizadas en las lámparas de cátodo hueco.
Normalmente, sólo hay varios miligramos de material en labombilla de la lámpara de descarga sin electrodo. Las lámparasde descarga sin electrodo de Perkin Elmer no contienen más de0,05 g de material de analito.
Ventajas
Mayor intensidad
Incremento de la linealidad
Mejor sensitividad
Tiempo de vida largo
Desventajas
Requiere calentamiento
Puede requerir una fuente de poder separada
Requiere un sistema óptico compatible con el tamaño de la imagen EDL para proveer un incremento total de la intensidad
LAMPARA DE DESCARGA SIN ELECTRODOS
ENCENDIDO Y ALINEACIONDE LA LAMPARA
Vida de la lámpara
Tanto las lámpara de catoco hueco como de descarga sin electrodostienen una vida finita.
Si, mientras se alinea una lámpara, no se puede obtenr un valor deenergía satisfactorio, esto puede indicar la lámpara está empezando adeteriorarse.
Cuando una lámpara de cátodo hueco llega al final de su vida útil, la corriente en la lámpara podría aumentarse a la máxima recomendada en la etiqueta.
Una vez que la intensidad de una lámpara comienza a deteriorarse, ésta tendrá que ser remplazada.
COMPARTIMENTO DE LAMPARAS
Las lámparas son reconocidas automáticamente al colocarlas.
Si se usan lámparas EDL estás pueden ir pre- calentando.
SISTEMA QUEMADOR
En este sistema, la muestra es inicialmente aspirada y dirigidacomo una fina niebla hacia la llama, donde se forman losátomos en estado fundamental.
Para obtener la llama se requiere un combustible(por ejemplo,acetileno) y un oxidante(óxido nitroso o aire).
El sistema de quemador comprende los siguientes componenteprincipales:
Nebulizador cámara de combustión (incluyendo el alerón flujo y la tapa) Cabeza de quemador Sistema de drenaje Sistema de control de gas (incorporado en el espectrómetro
COMO FUNCIONA EL SISTEMA QUEMADOR
COMO FUNCIONA EL SISTEMA QUEMADOR
Para evitar la atomización de la muestra sea incompleta, un alerón flujo de plástico se coloca dentro de la cámara directamente en frente del nebulizador.
El nebulizador utiliza una estructura de cerámica, de una sola pieza y tiene una esfera de impacto que mejora la eficiencia de nebulización.
El alerón de flujo hace que las gotas grandes de muestra no lleguen al interior de la cámara y que solo las gotas de muestra más finas que puedan ser transportadas a la cámara.
Las gotas más grandes se eliminan a través del desagüe.
COMO FUNCIONA EL SISTEMA QUEMADOR
Una vez que el aerosol de la muestra se mezcla a fondo en la cámara, se avanza entonces a la cabeza del quemador, donde se produce la atomización.
Los flujos de gasson controlados a través del software winlabde Absorcion atómica.
La siguiente figura muestra un "diagrama de bloques" de cómo funciona el sistema de quemador AAnalyst, a partir de los suministros de gas, a la caja de gas y sistema de desagüe
DESRIPCUION DEL SISTEMA QUEMADOR
COMPONENTES DEL SISTEMA QUEMADOR
NEBULIZADOR
Nebulizador de alta sensibilidad: para aplicaciones que requierenmáxima sensibilidad y los límites de detección bajos.
Para mejorar la eficiencia el Nebulizador utiliza una esfera deimpacto de cerámica .
n alto Sensibilidad nebulizador está disponible para aplicaciones que requieren máxima sensibilidad y los límites de detección de llama más bajas . La alta sensibilidad Nebulizador utiliza un cordón de impacto de cerámica integral para mejorar eficienci
Resistente a la corrosión
NEBULIZACION
NEBULIZADOR
Todos los nebulizadores PerkinElmer se pueden desmontar fácilmentepara su limpieza , y algunas partes individuales están disponibles si esnecesario reemplazarlas .
Montaje de nebulizadorestándar
SISTEMA QUEMADOR DEL AANALYST 400
Cámara de premezcladoAsegura que la muestra se mezcle con el combustible y oxidante antes de entrar a la llama
NebulizadorControla el flujo de muestra y la nebuliza
QuemadorEl aerosol oxidante y combustible se queman y se produce la atomización
QUEMADORES
Aire Acetileno
Estándar 10 cm de longitud
Corto 5 cm de longitud
De altos Sólidos (tres ranuras)
Oxido Nitroso Acetileno
(5 cm de longitud)
Todos ellos están hechos de titanio sólido resistente a la corrosión
MANGUERA DE DRENAJE Y CONECTOR DE BLOQUEO DEL DRENAJE
CONTROL DE GASES
Proporcionan un control de las velocidades de flujo del gascombustible (acetileno) y el oxidante (aire u óxido nitroso) .
Se puede seleccionar las velocidades de flujo de gas y optimizar lallama a través de WinLab32.
El sistema de control de gas está incorporado en el espectrómetro.
El sistema incluye dispositivos de seguridad para la llama.
Si la presión del oxidante o el combustible se encuentra pordebajo de un valor mínimo la llama se cierra en una secuenciasegura.
Por consiguiente, el sistema incluye la secuencia automática de losgases cuando la llama de óxido nitroso-acetileno se enciende oapaga.
CONTROL DE LLAMA
EL SISTEMA DE DRENAJE
Durante operación de la llama, la muestra se condensa en la cámara depulverización y los residuos pasan al desagüe a través una trampa tiposifón que asegura que el combustible u oxidante no se mezclen en elrecipiente
Hay un flotador magnético en la trampa de drenaje que hace que la llamase apague si el sistema de drenaje no esta funcionando correctamente .
Si el nivel de líquido en la trampa es muy bajo, el interruptor se activa y lallama se apaga.
SISTEMA DE DRENAJE DEL QUEMADOR Y SUS PARTES
Versión con posiciones para 4 lámparas de alineamientoautomático, corrector de fondo, con control manual yautomático desde una PC mediante el software AAWinlab
ESPECTROFOTOMETRO DE ABSORCIONATOMICA AANALYST 400
CARACTERÍSTICAS DEL AANALYST 400
Óptica de doble haz:
Monocromador con doble dispositivo de dispersión, Echelle y prisma
Detector de estado sólido.
Rango de longitud de onda de 189 a 900 nm.
Optica sellada y con purga
Corrección de Fondo por lámpara de Deuterio.
Tipos de lámparas:
Lámparas de cátodo hueco con codificación
Lámparas de descarga sin electrodos (EDL), se alimentan directamente desde el equipo.
Alineamiento automático
Parámetros de análisis en forma automática.
Amplio compartimiento de muestra
Sistema de atomización fácil de desmontar
Nebulizador de alta sensibilidad
CARACTERÍSTICAS DE AANALYST 400
Control por PC de
métodos, almacenamiento
y manipulación de datos
usando el software AA
WinLab™ basado en el
sistema operativo
Microsoft® Windows®.
CARACTERÍSTICAS DE AANALYST 400
Además el software WinLab32 para...
WinLab32 Off-line
Compatibilidad con Horno de grafito, sistema FIAS o FI-FIAS
Total ID s de las muestras
Edición de la Curva de Calibración
Reprocesamiento de datos
Pesos y unidades de conversión
Flexibilidad exclusiva para QC
Reportes y Manejo de Datos
SOFTWARE AAWINLAB 32
CARACTERÍSTICAS DE AANALYST 400
Cámara de Combustión inerte y resistente a la corrosión
Quemador de Titanio con aro de seguridad
Sistema de llama:
Control manual de gases
Cambio de llama de Aire-Acetileno a Oxido Nitroso-Acetileno en forma manual y automática
Dispositivos de seguridad
Sistema del quemador permite ajuste horizontal, vertical, y rotacional.
Rápida desconexión del módulo de la flama.
Torreta de Lámparas
Soporte de posición rotatoria:
No necesita alineamiento
Las lámparas son reconocidas automáticamente al colocarlas.
Si se usan lámparas EDL estás pueden ir pre-calentando.
SISTEMA ÓPTICO
Sistema Óptico
Fotómetro de Haz Doble
Ventajas
• Corrección automática de las fluctuaciones de la intensidad de la fuente
• Mayor estabilidad de la línea base
• No es necesario pre-calentar la lámpara
Desventajas
• Más caro
• Menor paso de luz
Monocromador y Detector
Dispersar la luz policromática en
sus varias longitudes de onda
Permitir el aislamiento de
longitudes de onda específicas
Detector
Detector de Estado Sólido
Tubo
fotomultiplicador
LámparaSlit de entrada
Slit de salida
Grating
Sistema de Atomización
Son tres los tipos de sistemas de atomización en absorción atómica:
Sistemas con flama.
Electrotérmico
(horno de grafito)
Sistema generador de hidruros y de arrastre de vapor frío de Hg.
