FOTÓMETRO DE LLAMA
1 UN FOTOMETRO DE LLAMA ES PARECIDO A UN EQUIPO DE ABSORCION ATOMICA SOLO QUE LO DIFIEREN DOS COSAS, EL EQUIPO DE ABSORCION ATOMICA TRABAJA CON ABSORCION Y UTILIZA FILTROS, MIENTRAS QUE EL DE LLAMA USA EMISION, EL AAS UTILIZA FILTRO, EL ABSORCION ATOMICA USA LAMPARAS DE CATODO HUECO. TE EXPLICO: EL EQUIPO TIENE UNA SONDA QUE ABSORVE EL LIQUIDO A MEDIR, SE SELECCIONA LA LONGITUD DE ONDA A LA CUAL SE DESEA MEDIR, ESTO VA A DEPENDER DEL ELEMENTO QUE SE BUSCA. ABSORVE EL LIQUIDO Y ESTE PASA A UN NEBULIZADOR, DONDE SE CONVIERTE EN PEQUEÑAS PARTICULAS PULVERIZADAS QUE PASA AL QUEMADOR DONDE ESTA LA LLAMA Y ABSORBE ENERGIA. EL ATOMO ABSORBE ENERGIA Y PASA A ESTADO EXITADO, LUEGO AL TRATAR DE VOLVER A SU ESTADO FUNDAMENTAL EMITE ESA ENERGIA, POR ESO SE LLAMA EMISION, SICHA ENERGIA EMITIDA TIEN UNA LONGITUD DE ONDA CARACTERISTICA, LA CUAL ES DETECTADA, DEBE SER LA MISMA A LA LONGITUD DE ONDA DEL ELEMENTO QUE SE DESEA MEDIR. LA SEÑAL ES AMPLIFICADA Y PASA A UN SENSOR LA CUAL DETECTA LA INTENSIDAD DE ESE IMPULSO ELECTRICO QUE AL PASAR POR UN PROCESADOR DE SEÑAL CONVIERTE ESTE IMPULSO EN UN VALOR QUE A TRAVEZ DEL SOFTWARE LO VEMOS COMO VALOR DE ABSORVANCIA O TRANSMITANCIA.
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8 Fotometría de llama (espectrometría más exactamente llamado emisión atómica de llama) es una rama de la espectroscopia atómica en la que las especies examinadas en la espectrómetro están en la forma de los átomos. Las otras dos ramas de la energía atómica espectroscopia son espectrofotometría de absorción atómica (AAS) Tcnica! "spectrofotometría de Absorción Atómica) # acoplado inducti$amenteplasma%espectrometría de emisión atómica (&'%A"S un relati$amente nue$o # mu# tcnica cara no se utili*a en experimentos Standardbase). "n todos los casos la átomos que se in$estigan son excitados por la lu*. Tcnicas de absorción medida la absorbancia de la lu* debido a los electrones $an a un ni$el de energía superior. Tcnicas de emisión medir la intensidad de la lu* que se emite como electrones $ol$er a los ni$eles de energía más ba+os. Fotometría de llama es adecuado para la determinación cualitati$a # cuantitati$a de los $arios cationes especialmente para los metales que son fácilmente excitados a una ma#or energía ni$eles a una temperatura de llama relati$amente ba+o (principalmente ,a - b 's 'a /a 'u). "sta tcnica utili*a una llama que e$apora el disol$ente # se sublima # tambin atomi*a el metal # luego excita un electrón de $alencia a una energía superior "stado. La lu* se emite en longitudes de onda características para cada metal como el electrón $uel$e al estado fundamental que 0ace que la determinación cualitati$a posible. Fotómetros de llama utili*ar filtros ópticos para monitorear el seleccionado emisión de longitud de onda producida por la especie de analito. 'omparación de la emisión intensidades de incógnitas a cualquiera de las soluciones de calibración estándar (tra*ado cur$a) o a las de un patrón interno (mtodo de adición estándar) permite análisis cuantitati$o del metal analito en la solución de muestra. La intensidad de la lu* emitida puede ser descrito por la Sc0eibe%Loma1in La lu* emitida es directamente proporcional a la concentración de la muestra. 2ebido a las líneas de emisión mu# estrec0as # características de la fase de gas átomos en el plasma de llama el mtodo es relati$amente libre de interferencias desde otros elementos. or tanto la fotometría de llama (al igual que otros atómica espectroscopia mtodos) es mu# sensible la concentración de medición de ppm magnitud (parte por millón por e+emplo mg 1g Los fotómetros de llama son relati$amente simplemente instrumentos (fig. 3.). ,o 0a# la necesidad de fuente de lu* #a que es el componente medido de la muestra que se emite la lu*. La energía que es necesaria para la excitación es proporcionada por el temperatura de la llama (4555%6555 7 ') producida por la combustión de acetileno o gas natural (o de propano%butano gas) en presencia de aire u oxígeno. or el calor de la llama # el efecto del gas reductor (combustible) molculas # iones de las especies de muestra se descomponen # se reduce para dar átomos por e+emplo! ,a ,a. Los átomos en estado de $apor dar líneas espectrales. (,o espectros de banda porque no 0a# enlaces co$alentes por lo tanto no 0a# ninguna $ibración sub%ni$eles a causar la ampliación). Las partes más sensibles del instrumento son el aspirador # el quemador. La gases de +ugar un papel importante en la aspiración # al tiempo que el aerosol. La aire aspira la muestra (de acuerdo con el principio de /ernoulli) # la pasa en la aspirador donde podría ser el más grande condensan gotas # eliminado. "l monocromador selecciona el adecuado (carácter) longitud de onda de la emite lu*. Los filtros ópticos 0abituales podrían ser utili*ados. La lu* emitida alcan*a el detector. "ste es un fotomultiplicador producir una se8al elctrica proporcional a la intensidad de la lu* emitida (fig. 4.)
ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA Introducción Fotometría de llama E!ectro"otometría de a#orción atómica Intrumentación Función $ condicione de la llama Fenómeno %ue tienen lu&ar en la llama
Introducción Mientras que la mayoría de las técnicas espectroscópicas se utilizan para el estudio y caracterización de moléculas o iones en su entorno cristalino, la espectroscopía de emisión y absorción atómica se usa casi exclusivamente para el análisis de átomos. Por consiguiente, la técnica resulta casi insuperable como método de análisis elemental de metales. n principio, la espectroscopía de emisión puede utilizarse para la identi!icación y para la determinación cuantitativa de todos los elementos de la tabla periódica. "uando la transición se produce desde el estado !undamental #asta un estado excitado del átomo mediante la absorción de radiación de una determinada !recuencia $característica para cada átomo%, estamos en el caso de las técnicas de absorción. n el caso en que los átomos se lleven previamente a un estado excitado y se mide la intensidad de la radiación emitida a la !recuencia característica correspondiente a la transición desde el estado excitado al estado !undamental, #ablamos de técnicas espectro!otométricas de emisión. & continuación se tratan las técnicas espectro!otométricas de absorción atómica, de !otometría de llama y de emisión por plasma. Pueden identi!icarse tres clases di!erentes de procesos de emisión que di!ieren en cómo la sustancia alcanza el estado excitado previo a la emisión. a% misión a partir de una excitación electromagnética. b% misión a partir de excitación térmica.
c% misión a partir de excitación eléctrica. 'os tipos más importantes de espectros de emisión se basan en la utilización de energía no electromagnética para llevar a un átomo o a una molécula al estado excitado, a partir del cual se miden las emisiones de radiación. l proceso puede describirse seg(n) * + $energía eléctrica o térmica% *- $excitación% *- * + #v
$emisión%
otometría de llama s una técnica de emisión que utiliza una llama como !uente de excitación y un !otodetector electrónico como dispositivo de medida. /e trata principalmente de un método de análisis cuantitativo y es uno de los métodos más sencillos y precisos para el análisis de metales alcalinos, la mayor parte de los metales alcalinotérreos y alg(n otro elemento metálico. 0ambién es posible realizar un análisis cualitativo examinando todas las longitudes de onda del espectro de emisión $espectro!otometría de llama o !otometría de llama%. /u aplicación es limitada si se compara con la espectroscopía de emisión ordinaria, ya que la energía de la llama permite excitar (nicamente de 12 a 32 elementos, siendo este n(mero !unción del tipo de llama utilizada. 'a muestra debe estar disuelta.
spectro!otometría de absorción atómica s una técnica muy relacionada con la !otometría de llama ya que se utiliza una llama para atomizar la disolución de la muestra de modo que los elementos a analizar se encuentran en !orma de vapor de átomos. &#ora bien, en absorción atómica existe una !uente independiente de luz monocromática, especí!ica para cada elemento a analizar y que se #ace pasar a través del vapor de átomos, midiéndose posteriormente la radiación absorbida. n la siguiente !igura se compara un esquema de espectro!otómetro de emisión de llama $a% y él de absorción atómica $b%.
4ada la estrec#a relación existente entre absorción atómica y !otometría de llama es inmediata una comparación entre ellas. n !otometría de llama la sensibilidad es proporcional al n(mero de átomos que se #an excitado, mientras que, en absorción atómica la sensibilidad depende del n(mero de átomos que se encuentran en el estado !undamental. 5ormalmente, tan sólo un peque6o porcenta7e de átomos se encuentran en estado excitado en la llama. Por lo tanto, la absorción atómica da lugar, en general, a una mayor sensibilidad que la !otometría de llama para un gran n(mero de elementos. &demás, la absorción atómica es una técnica que presenta menos inter!erencias y es más simple que la !otometría de llama, lo que explica el espectacular desarrollo de la técnica en los (ltimos a6os. 8ay que se6alar que a pesar de ello, la absorción atómica no #a eliminado el uso de la !otometría, sino que ambos métodos deben considerarse complementarios, siendo la sensibilidad de cada uno de ellos superior a la del otro para determinados elementos. 'as venta7as !undamentales de la utilización de la llama como !uente de excitación son que los espectros son muy sencillos y que los resultados cuantitativos tienden a ser más reproducibles. 'os espectros son sencillos debido a la ba7a energía de excitación de la llama que da lugar a pocas líneas de emisión. ste #ec#o #ace disminuir el problema de las inter!erencias espectrales a partir de líneas y bandas de otros elementos y además no implica la necesidad de un monocromador de elevada resolución. 'a mayor reproducibilidad de estos métodos se debe al me7or control de las variables en una excitación por llama.
'as dos desventa7as más importantes de los métodos de emisión en llama son que la energía de excitación es demasiado ba7a para la mayoría de los elementos y que la muestra debe estar disuelta. n absorción atómica la ba7a energía no es una desventa7a tan importante ya que la misión de la llama, en ese caso, es (nicamente atomizar la muestra y !ormar un vapor de átomos sin excitar9 por esta razón es aplicable a un mayor n(mero de elementos que la !otometría de llama.
Instrumentación 'a di!erencia entre !otometría de llama y absorción atómica radica principalmente en los distintos métodos de medida de las se6ales. :n espectro!otómetro de absorción atómica es básicamente un espectro!otómetro de llama al que se le #a a6adido una !uente de radiación. Para conseguir eliminar la se6al de !otometría de llama y recoger (nicamente la de absorción se modula la !uente de cátodo #ueco. a' Fotómetro de llama
xiste una gran variedad de equipos que van desde los !otómetros de !iltro de #az (nico a los espectro!otómetros de multicanal con corrección automática del ruido de !ondo. #' E!ectro"otómetro de a#orción atómica
n los (ltimos a6os se #an desarrollado a gran velocidad los espectro!otómetros de absorción atómica y en el mercado existen desde los instrumentos muy sencillos de #az simple #asta dise6os comple7os automatizados. 'a mayoría de los instrumentos se dise6an de modo que puedan utilizarse en !otometría de llama. n la siguiente !igura se recoge el diagrama de bloques de espectro!otómetros de absorción atómica.
unción y condiciones de las llamas 'a llama tiene tres !unciones básicas) permite pasar la muestra a analizar del estado líquido a estado gaseoso9 descompone los compuestos moleculares del elemento de interés en átomos individuales o en moléculas sencillas y excita estos átomos o moléculas. 'as condiciones que debe cumplir una llama para considerarla satis!actoria es que tenga la temperatura adecuada y que en ella se !orme un ambiente gaseoso que permita las !unciones mencionadas. &demás, el ruido de !ondo de la llama no debe inter!erir las observaciones a e!ectuar. :na llama típica consta de) cono interno, cono externo y zona entre conos como podemos observar en la siguiente !igura.
l cono interno es la zona en que tiene lugar, generalmente, una combustión parcial, es decir sin equilibrio térmico. sta zona se calienta por conducción y radiación a partir de la región más caliente que se encuentra sobre ella. n ella se !orman los productos de oxidación intermedios, se produce una gran emisión de luz $a partir del combustible y no de la muestra%, una elevada ionización y una gran concentración de radicales libres. s muy poco utilizada para traba7o analítico. Inmediatamente encima de la región del cono interno se encuentra la zona interconal s la llamada parte caliente de la llama y en ella tiene lugar una combustión completa y se alcanza casi un equilibrio termodinámico. sta llama es la que se utiliza prácticamente en análisis por !otometría de llama y espectroscopía de absorción atómica. 'a altura de esta zona sobre el quemador varía considerablemente con el tipo de quemador, la naturaleza de los gases utilizados y su velocidad de !lu7o. 'a región del cono externo es una zona de combustión secundaria en la que los productos parcialmente oxidados como el monóxido de carbono pueden completar su combustión. sta región se en!ría por el aire circundante y es, en general, una región poco (til.
enómenos que tienen lugar en la llama ;. < /e evapora el agua o los otros disolventes de7ando como residuo diminutas partículas de sal seca. =. < 'a sal seca se vaporiza, es decir, pasa al estado gaseoso.
1. < 'as moléculas gaseosas, o una parte de ellas, se disocian progresivamente dando lugar a átomos neutros o radicales. stos átomos neutros son las especies absorbentes en espectroscopía de absorción atómica y son las especies emisoras en !otometría de llama. >. < Parte de los átomos neutros se excitan térmicamente o se ionizan. 'a !racción excitada térmicamente es importante en análisis por !otometría de llama ya que el retorno al estado !undamental de los electrones excitados es el responsable de la emisión de la luz que se mide. 3. < Parte de los átomos neutros o de los radicales que se encuentran en la llama pueden combinarse para !ormar nuevos compuestos gaseosos. 'a !ormación de estos compuestos reduce la población de los átomos neutros en las llamas y constituye las llamadas inter!erencias químicas que se presentan en los métodos de análisis que utilizan llamas. 'a e!icacia con que las llamas producen átomos neutros tiene muc#a importancia. 'a llama de óxido nitroso
disminuirse por adición de una elevada concentración de otro elemento que sea más !ácilmente ionizable $tampón de radiación o supresor de ionización%. s pre!erible, por lo general, suprimir de este modo la ionización a utilizar temperaturas de llama más ba7as que #acen aumentar las inter!erencias químicas.
