Espectroscopia de Absorción y Emisión Atómica

La espectroscopia atómica determina las concentraciones elementales atomizando una muestra y midiendo la absorción o emisión de luz por átomos gaseosos libres.

Definition

La espectroscopia de absorción y emisión atómica son métodos espectroquímicos que cuantifican elementos individuales a partir de la absorción o emisión de línea característica de átomos libres generados en una llama, horno o plasma.

Scope

Este tema abarca las principales técnicas de análisis elemental: absorción atómica con llama y con horno de grafito, emisión atómica con llama y con plasma, incluyendo la emisión óptica con plasma acoplado inductivamente, y la fluorescencia atómica. Aborda las fuentes de atomización, las fuentes de línea como las lámparas de cátodo hueco, las estrategias de corrección de fondo y las interferencias espectrales y químicas características de los métodos atómicos.

Core questions

• ¿Cómo convierte un atomizador una muestra en átomos gaseosos libres para su medición?
• ¿Cuándo es preferible la absorción a la emisión, y cómo la temperatura cambia las poblaciones de átomos?
• ¿Qué interferencias espectrales, químicas y de ionización surgen y cómo se corrigen?
• ¿Cómo se comparan los límites de detección entre las fuentes de llama, horno y plasma?

Key theories

Población de Boltzmann de los estados atómicos

La relación de átomos en estados excitados a fundamentales sigue la distribución de Boltzmann y aumenta bruscamente con la temperatura; debido a que la mayoría de los átomos permanecen en el estado fundamental a temperaturas de llama, los métodos de absorción suelen ser más sensibles que los de emisión para muchos elementos, mientras que los plasmas más calientes favorecen la emisión.

Mechanisms

Una muestra líquida se nebuliza y atomiza en una llama, un horno de grafito calentado eléctricamente o un plasma de argón, produciendo una población de átomos libres. En la absorción, la luz de una fuente específica del elemento pasa a través de la nube de átomos y la atenuación en una línea de resonancia mide la concentración. En la emisión, los átomos excitados térmica o eléctricamente se relajan y emiten en líneas características cuya intensidad se escala con la concentración. La calibración contra estándares, con corrección de fondo, convierte la señal en una concentración del elemento.

Clinical relevance

La espectroscopia atómica es fundamental para la determinación de metales traza en el monitoreo ambiental, el cumplimiento de la normativa sobre agua potable, muestras de alimentos y clínicas, análisis geológicos y metalúrgicos, y la detección de plomo y otros elementos tóxicos.

History

El análisis de emisión atómica se remonta a los estudios espectrales de Bunsen y Kirchhoff a mediados del siglo XIX. La propuesta de Alan Walsh en 1955 de la espectrometría de absorción atómica hizo que el análisis elemental fuera rutinario, y el horno de grafito de Boris L'vov mejoró enormemente la sensibilidad. El plasma acoplado inductivamente, desarrollado en las décadas de 1960 y 1970, permitió la determinación simultánea de múltiples elementos.

Key figures

• Alan Walsh
• Boris L'vov
• Robert Bunsen
• Gustav Kirchhoff

Seminal works

• walsh1955
• skoog2017
• ingle1988

Frequently asked questions

¿Por qué la absorción atómica a menudo tiene límites de detección más bajos que la emisión de llama?

A temperaturas típicas de llama, la mayoría de los átomos permanecen en el estado fundamental, por lo que hay muchos más átomos disponibles para absorber que para emitir, lo que le da a la absorción una ventaja de sensibilidad para los elementos que son difíciles de excitar.

¿Qué ventaja ofrece el plasma acoplado inductivamente sobre una llama?

El plasma alcanza temperaturas mucho más altas, atomiza y excita eficientemente los elementos refractarios, reduce las interferencias químicas y permite medir muchos elementos simultáneamente en un amplio rango de concentración.