Espectroscopía de Emisión Atómica (página 2)

Autores como Brode (Brode, 1952) y Skoog (Skoog, 2000), entre otros, concuerdan en que, según sea la forma de energía que interaccione con la materia, los métodos instrumentales pueden clasificarse en:

• Ópticos: Basados en la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, desde los rayos X hasta las microondas. Parte de esta radiación puede ser absorbida por la materia y desprendida en forma de calor. La radiación puede ser dispersada o remitida con o sin cambio de longitud de onda. Puede también haber un cambio en las propiedades de la radiación. La muestra puede emitir radiación electromagnética bajo condiciones determinadas de excitación.

• Eléctricos: Se basan en la interacción materia-energía eléctrica. Métodos potenciométricos (celdas galvánicas).

Otros grupos:

• Magnéticos: Basados en la medida de alguna propiedad magnética. Ejemplo: resonancia magnética nuclear.

• Nucleares: Divididos en dos grupos: los que utilizan los radioisótopos como fuentes de radiación y los que los emplean como trazadores.

• Térmicos: Se basan en la medición del calor absorbido o desprendido.

• 1. Propiedades de la radiación electromagnética

Resulta de vital importancia enfatizar en algunos aspectos sobre la radiación electromagnética, por su repercusión en la espectroscopía en general y, en particular, en la de emisión atómica. Autores como Olsen (Olsen, 1990) y Rouessac (Rouessac, 2006) explican que la radiación electromagnética es un tipo de energía que se transmite a enormes velocidades por el espacio y que adopta muchas formas, aunque las más conocidas son la luz y el calor radiante. Otras manifestaciones menos conocidas son los rayos X, la radiación ultravioleta visible, las microondas, etc., que son también muy utilizadas en la caracterización de materiales.

Muchas de las propiedades de la radiación electromagnética se describen con certeza según el modelo clásico de los fenómenos ondulatorios. Este modelo considera la radiación electromagnética como una serie de ondas constituidas por un campo eléctrico perpendicular entre sí y a la dirección de propagación de dicha onda (Otting, 1952; Monk, 2001).

También se está de acuerdo en que a diferencia de otros fenómenos ondulatorios como el sonido, la radiación electromagnética no necesita un medio soporte para su propagación por lo que se transmite fácilmente en el vacío. Pero este modelo ondulatorio no es capaz de explicar ciertos fenómenos que suceden cuando interacciona la radiación electromagnética con la materia, como la absorción y emisión de dicha radiación. Para explicar estos fenómenos es necesario considerar que la radiación electromagnética es una corriente de paquetes discretos de energía. Estos paquetes de energía se comportan como partículas individuales, llamadas fotones. Cada fotón se caracteriza por una frecuencia. Estas dos formas de ver la radiación electromagnética como partícula y como onda no se excluyen sino que se complementan (Vogel, 1974; Arribas, 2006).

La espectroscopia es la medición e interpretación de la radiación electromagnética absorbida, dispersada o emitida por átomos, moléculas u otras especies químicas. Estos fenómenos están asociados con cambios en los estados de energía de las diferentes especies. Por consiguiente, dado que cada especie posee estados energéticos característicos, la espectroscopía puede utilizarse para identificarlas (Bermejo, 1990; Skoog, 2001).

El método espectroscópico se ha usado durante largos años para el reconocimiento sensible de muchos elementos. El análisis del espectro con fines cuantitativos fue introducido por Lockyer y Roberts en 1873, pero estos tuvieron poca repercusión. Posteriormente la introducción del principio de estandarización interna propuesta por Gerlach en 1925 determina un nuevo período en la elaboración de procedimientos analíticos cuantitativos y, desde entonces, se ha desarrollado en sumo grado (Catasús, 1985; Svanberg, 2001).

Las intensidades de las diferentes líneas de un elemento son diferentes y en general la intensidad de una línea dada es proporcional a la concentración, siempre que se mantengan constantes las condiciones de excitación de la muestra. Fotografiando el espectro a diversa diluciones de la muestra, es posible apreciar de un modo aproximado la concentración del elemento. El método más exacto (método estándar interno) es en cual se determina la intensidad de una línea por medio de un método fotocolorimétrico y se compara con una línea próxima de otro elemento presente, a una concentración constante. El patrón interno es un elemento que puede encontrarse en concentraciones mayores que el problema, su concentración es entonces prácticamente independiente de las variaciones de composición de la muestra (Delahay, 1970; Arribas, 2006).

El método de estándar interno constituye la clave de las aplicaciones de la espectroscopia al análisis cuantitativo, está basado en la comparación de la densidad de la línea del elemento de concertación desconocida con la densidad de la línea de un elemento de concentración conocida (Catasús, 1985).

Autores como Delahay (Delahay, 1970) y Skoog (Skoog, 2005) expresan que el patrón interno debe seguir determinadas reglas, se puede citar que la velocidad de volatilización del patrón y del problema no deben ser muy distintas; la línea del patrón no debe presentar auto-absorción; las longitudes de onda de la línea patrón y la línea problema deben ser aproximadamente las mismas; ambas líneas deben tener energía de excitación similares etc.

Espectroscopía de emisión atómica

Los métodos espectroscópicos atómicos se basan en la interacción entra la radiación electromagnética y la materia (fenómenos de absorción, emisión y fluorescencia por parte de átomos o iones). La espectroscopía de emisión atómica (E.E.A.), es un método instrumental de análisis químico, que se fundamenta en el estudio de la radiación emitida por átomos en todas las regiones del espectro. Cuando estos absorben energía, se excitan y en dicho estado permanecen un tiempo muy corto (del orden de 10-6 s.), luego el átomo o molécula vuelve a su estado fundamental o no excitado emitiendo el sobrante de energía en forma de luz o cuantos luminosos (Pombo, 1984; Ewing, 1990). Esto ocurre cuando una muestra es sometida a una descarga eléctrica suministrada por una fuente de excitación. Según lo expresado por Catasús (Catasús, 1985) y Burriel (Burriel, 2003) el proceso descrito puede expresarse de acuerdo a la condición de frecuencia de Bohr (postulado propuesto por este científico, como parte de su teoría sobre el átomo en 1913). Si E1 y E2 son los estados inicial y final respectivamente, la energía emitida se expresará como:

(1)

Donde

h : constante de Planck

12: frecuencia de la radiación emitida

Autores como Willard (Willard, 1967) y Rouessac (Rouessac, 2006) expresan, que, los iones o moléculas gaseosas, cuando se excitan térmica o eléctricamente emiten una radiación característica en la zona del ultravioleta visible que puede ser medida y utilizada para el análisis cualitativo y cuantitativo, ya que la intensidad de las líneas es proporcional cantidad de átomos excitados, en dependencia de las condiciones de excitación y a la concentración de la muestra. Mientras que la mayoría de las técnicas espectroscópicas sirven para el análisis de moléculas y de átomos, la espectroscopía de emisión sólo sirve el para análisis de átomos. Esto se debe a la gran energía que se necesita para excitar la mayoría de las especies químicas, de forma que esta energía disocia los compuestos en átomos o iones. La espectroscopia no al ser excitada la muestra, se rompe la estructura e ioniza el átomo. Como consecuencia de lo señalado anteriormente se puede concluir que, esta técnica no es útil para la determinación del estado químico de combinación.

Catasús (Catasús, 1985) y Skoog (Skoog, 2001) señalan que el análisis cuantitativo por este método no depende del estado de oxidación, en los átomos no existen tránsitos rotacionales, ni vibracionales; por tanto, se obtienen espectros de líneas (líneas más finas) a una determinada longitud de onda característica de cada elemento. Debido a esto, el método es válido para análisis cualitativo.

En Espectroscopia de Emisión Atómica la cantidad física que es usada para caracterizar y medir la concentración que será determinada, se refiere como intensidad.

La Intensidad es una de las palabras más usadas en espectroscopia y también en el análisis espectroquímico. Se habla de intensidad de la línea del espectro, del fondo, de la banda de absorción de un rayo de luz, etc. La intensidad guía en la dirección de energía o potencial.

El análisis cuantitativo determina la concentración o cantidad de una sustancia a partir de una medición, que puede ser la lectura de un voltímetro, que se refiere a la energía radiante, en mediciones fotográficas. En la práctica no es necesario decir que tipo de energía radiante se está midiendo. Entonces la expresión intensidad puede ser empleada para expresar la fuerza relativa de una línea espectral. Luego la intensidad de una línea espectral o del fondo es una expresión relativa al referirse a la cantidad medida por el receptor de dicha señal. La dimensión es pues la unidad. Generalmente no es necesario referirse a unidades pues queda explicito en el término intensidad por su valor relativo respecto a otra línea de referencia interna en el espectro usado (Gordy, 1953; General Atomic Emission Spectroscopy, 2007).

La base del análisis cuantitativo por emisión atómica lo constituye la simple relación empírica entre el contenido de un elemento en la muestra y la intensidad de la línea espectral de dicho elemento, característico para una longitud de onda determinada, en la zona del espectro analizada. Esta relación se conoce usualmente como la ecuación de Lomakim-Scheibe (ecuación (2)).

I = a * Cb (2)

I = intensidad de la línea espectral

C = contenido del elemento

a = coeficiente de proporcionalidad

Donde se asume en principio que la intensidad es proporcional a la concentración. Las desviaciones de esta proporcionalidad están causadas fundamentalmente por la autoabsorción, tomada en cuenta a través del exponente b (Catasús, 1985). Cuando el registro es fotográfico la ecuación, se representa gráficamente en coordenadas logarítmicas (ecuación (3).)

Lg I = b * lg C + lg a (3)

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 como líneas analíticas las líneas últimas o de referencia (Willard, 1995, Arribas, 2006).

Se reportan una serie de ventajas para este método (Delahay, 1970), entre ellas:

• Excelente método para el análisis de trazas (contenidos <1 mg·l-1)

• Empleado la determinación de metales, metaloides y otros elementos.

• Es suficiente para la determinación una pequeña cantidad de muestra (un nanogramo es suficiente).

• Determinación simultáneamente varios elementos, sin necesidad de separaciones previas.

• Es un método rápido y fácilmente automatizado.

• La exactitud y la precisión suele ser del 2 %

Se reportan además las siguientes desventajas:

• Equipamientos relativamente caros.

• Destrucción total de la muestra, cuando es en polvo.

• Se realiza solo la determinación en forma de elementos.

Según Hernández (Hernández, 2002) las fuentes de energía para la emisión pueden ser provocada por energía térmica o eléctrica, se puede afirmar que la fuente de energía ejerce una gran influencia en el tipo e intensidades de los picos que constituyen el espectro de cada uno de los elementos. De acuerdo a lo anterior se puede decir que la fuente de energía tiene dos funciones:

• Debe proporcionar suficiente energía como para convertir los compuestos en átomos e iones gaseosos. En este proceso es importante que la distribución de los elementos en el vapor se relacione reproduciblemente con la concentración y la distribución en la muestra.

• Debe proporcionar suficiente energía como para excitar los electrones de los átomos gaseosos de forma también reproducible.

Al excitar a una sustancia (Ewing, 1990) se obtiene un espectro de emisión típico, es más o menos como el de una llama de O2 y H2, donde se observan tres tipos de radiación o espectros:

• De líneas estrechas y bien definidas.

• De bandas.

• Continuo.

Los espectros de líneas se deben a emisiones atómicas o iónicas. En relación a ello Willard (Willard, 1967) expone que sólo existen niveles electrónicos en los átomos y, por lo tanto, las emisiones procedentes de ellos serán picos más o menos estrechos y bien definidos.

Por su parte Skoog (Skoog, 2001) indica que los espectros de bandas se deben a emisiones de radicales o moléculas sencillas. Pero en realidad, son espectros de líneas que se superponen y que el instrumento no es capaz de resolver (Spectro, 2007). Estos espectros de bandas se eliminan utilizando fuentes de energía a mayor temperatura, que romperán los radicales.

Se conoce que a partir de 350 nm aparece un espectro continuo (fondo), debido a que al calentar los sólidos hasta incandescencia; ocurre una reacción térmica que se conoce como la radiación de cuerpo negro, la cual depende más de la temperatura a que se somete al sólido, que del material con que esté hecho y se genera por las múltiples oscilaciones atómicas y moleculares que produce la energía térmica en el sólido condensado (Olsen, 1990; Rodríguez, 2007). Además los espectros de picos y de bandas aparecen superpuestos a este espectro.

• i. Energía de excitación

Es evidente que 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, que es la energía necesaria para subir un electrón del estado fundamental al primer estado excitado (Pombo, 1984; Ramírez, 2005).

Pero para que un elemento muestre una emisión completa, debe absorber una energía equivalente a su potencial de ionización. Como cada fuente de energía tiene una cantidad de energía fija, los potenciales de ionización pueden servir como vía para conocer las sensibilidades relativas de los distintos elementos en espectroscopía de emisión. Así, aquellos elementos que tienen bajos potenciales de ionización (ejemplo: alcalinos) se podrán determinar con gran sensibilidad, mientras que los elementos no metálicos con alto potencial de ionización se determinarán con poca sensibilidad, como puntualiza (Blanco, 1990; Aga Fano, 2007).

Sin embargo, con una fuente bastante energética, se puede excitar a todos los elementos. Aparte del problema de la baja sensibilidad, los elementos con alto potencial de ionización tendrán también líneas muy energéticas y emitirán en la zona del ultravioleta. Por ello, sólo se determinan en espectroscopía unos 70 elementos (metales y metaloides) como puntualiza (Field, 1995).

Por lo expresado anteriormente se puede concluir que la complejidad de los espectros de emisión dependerá de la configuración electrónica del elemento, por lo que los metales alcalinos presentan espectros muy simples, mientras que los de transición los presentan muy complejos, como concuerdan en expresar (Blanco, 1990; Svanberg, 2001).

(Skoog, 2001) indica que la sensibilidad en espectroscopía de emisión es inversamente proporcional a la complejidad del espectro. Como se conoce, el espectro de emisión, al igual que el de absorción, es diferente si el elemento es neutro o es iónico. Luego, se puede señalar que el que predomine, el espectro de la especie neutra o de un ión determinado del analito, dependerá de la fuente de energía. Se dice (Skoog, 2005) que, si la fuente de energía proporciona energía en exceso al primer potencial de ionización, un analito puede dar lugar a un átomo bivalente, la mayor parte de los átomos van a estar como átomos monovalentes y, por tanto, el espectro que va a dominar va a ser el del átomo monovalente. Sin embargo si la fuente proporciona energía en exceso superior al segundo potencial de ionización, el que predomine será el correspondiente al espectro del ión bivalente.

• ii. Fuentes de excitación

Esencialmente existen varias fuentes de excitación utilizadas en la espectroscopia de emisión atómica (Delahay, 1970; Montes de Juan, 2004) entre ellas: la llama, el arco eléctrico de corriente alterna (c-a), el arco eléctrico de corriente directa (c-d), y la chispa eléctrica. Cada uno tiene ventajas y aplicaciones especiales. Sin embargo, 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.

La llama proporciona una menor temperatura por lo que solo se excitarán unas cuantas líneas, principalmente los elementos con baja energía de ionización, como los metales alcalinos y alcalinos térreos, pero esto puede constituir una ventaja, ya que las interferencias que pueden producir otros elementos quedan eliminadas al estos no emitir energía (Olsen, 1990; Rodríguez, 2007).

El arco eléctrico con corriente directa (c-d), producido por un voltaje entre 50 – 300 Voltios, es un método común para introducir la muestra en la descarga. La vaporización tiene lugar por el calentamiento causado por el paso de la corriente. Las temperaturas del arco está en un rango de 4000 – 8000 ºK Las líneas de emisión producidas son, principalmente, aquellas debidas a átomos neutros. Según algunos autores (Willard, 1967; Kellner, 2004) esta fuente es muy sensible, con una buena relación línea-fondo. Generalmente se usa para la determinación e identificación de sustancias presentes en una muy baja concentración, ya que puede detectar elementos con bajo límite de detección.

El arco eléctrico con corriente alterna de alto voltaje, emplea un potencial de diferencia de 1000 Voltios o más. Tiene un transformador que está equipado con dos espirales secundarios para proveer ya sea 5 Amperes a 2750 Voltios o 2,5 Amperes a 5500 Voltios. El arco eléctrico es establecido a una distancia de 0,5 – 3 mm. Para resultados reproducibles, deben ser cuidadosamente controlados la separación de los electrodos, el potencial y la corriente (Willard, 1967).

La chispa eléctrica con corriente alterna da energías da excitación mucho más altas que el arco, con menor efecto de calentamiento. La chispa se produce conectando un transformador de alto voltaje (10 – 15 kV) a través de los dos electrodos. Generalmente se conecta un condensador en paralelo con la abertura de la chispa con el objetivo de aumentar la corriente. Según Willard (Willard. 1995), la chispa es la fuente preferida siempre que se requiera una gran precisión, más que una sensibilidad. Han sido propuestos varios tipos de fuentes de chispa, cada uno con usos especiales. Ellos difieren, principalmente, en el mecanismo empleado para disparar el rompimiento de la abertura analítica, de manera que se provean una serie de rompimientos discretos e idénticos. En la espectroscopia de emisión por chispa, uno de los electrodos suele ser la propia muestra. Se volatilizan cantidades muy pequeñas de muestra, siendo una fuente de excitación muy estable y reproducible, apta principalmente para el análisis cuantitativo de muestras metálicas. Con esta fuente se forman principalmente iones excitados, por lo que se consiguen espectros iónicos. Esta es más reproducible y estable que el arco. (Hernández, 2002).

En la actualidad para disociar moléculas en átomos neutros, se utilizan otras fuentes térmicas además de llamas, hornos y otros tipos de descargas eléctricas llamadas plasmas, que han sido usadas como fuentes de atomización y excitación para la Espectroscopía de Emisión Atómica. Estas técnicas incluyen el Plasma Inductivamente Acoplado (ICP) y el Plasma Acoplado Directamente (DCP) (Rubinson, 2001).

El plasma está constituido por un gas fuertemente ionizado. En la tierra no existe, pero sí en la corona solar y espacios interesterales, donde se permite alcanzar temperaturas de 5 000 a 10 000 ºK. El número de átomos excitados y los distintos niveles de excitación son muy grandes. Los plasmas analíticos reciben distintos nombres, haciendo referencia a como se forman. DCP es el plasma eléctrico de corriente continua. Generalmente se usa como gas plasmógeno Argón o Helio. El Helio alcanza mayores temperaturas pero tiene menor densidad, al producirse la nebulización la capacidad es menor que la del argón. El movimiento en función de que sea un campo eléctrico, magnético, o ambos dará lugar a los diferentes tipos de plasma (Ewing, 1990; Harvey, 2002).

Las fuentes de plasma ofrecen varias ventajas comparadas con los métodos de llama y electrotérmicos. Una de las ventajas constituye la de ser una técnica para elementos múltiples y tiene un amplio rango de trabajo. Las fuentes de plasma actuales (DCP) brindan un método mucho más fácil para la manipulación de muestras gaseosas y líquidas. El espectro para docenas de elementos puede ser registrado al mismo tiempo, algo muy importante cuando la muestra es pequeña. Las fuentes de plasma también permiten la determinación de no metales como cloro, bromo, yodo y azufre (Ramírez, 2005; Espectroscopia, 2007).

Las altas temperaturas alcanzadas aumentan el número de elementos que se pueden determinar, tanto cualitativa como cuantitativamente, ya que la temperatura se puede estabilizar. Presenta una gran versatilidad, exactitud y reproducibilidad, permitiendo trabajar con pequeños volúmenes de muestra, rebajando considerablemente los límites de detección. Se emplea en el análisis de metales, líquidos biológicos, usándose junto a la cromatografía de gases en la determinación del plomo en sangre, arsénico, antimonio, plomo en aire y agua. (Doidge, 2007).

• iii. Métodos de la Espectroscopía de Emisión Atómica

Varios autores entre los que se encuentran Chritian (Chistian, 1994) y Rubinson (Rubinson, 2001) señalan que la espectroscopía de emisión se basa en la atomización de las sustancias con plasma, arco y chispa, pues en estas las fuentes son de mayor energía. De acuerdo a este planteamiento se distinguen cuatro tipos de métodos:

• Plasma acoplado inductivamente

• Arco eléctrico

• Chispa eléctrica

Al analizar estas fuentes se aprecia que son más energéticas, que la llama, en las que se alcanzan temperaturas más elevadas, lo cual permite que se puedan realizar determinaciones simultáneas de muchos elementos en una única condición experimental, como indica la literatura especializada (Skoog, 2005). Además, estas temperaturas son capaces de excitar elementos refractarios, que son compuestos difíciles de descomponer térmicamente, como son el B, P, W, V, incluso, pueden determinar algunos no metales como el S, Cl, Br, I, según indica Hernandez (Hernández, 2002). Svanberg (Svanberg, 2001), por su parte, dice que estas técnicas son complementarias a la de absorción atómica, ya que esta es difícil de sustituir completamente, pues constituye un método más simple, barato y preciso.

Harris (Harris, 2001)) expresa que la fuente de plasma es más reproducible que la de arco y chispa. Pero, sin embargo, se conoce que la de arco y chispa presentan otra ventaja, y es que la muestra puede estar en estado sólido, aspecto que resulta de mucho interés en los casos en que se analizan metales o aleaciones de dichos metales, así como minerales.

En un espectrómetro de plasma la muestra puede ser una disolución aunque a veces se puede utilizar en forma sólida (los aparatos han de disponer de hornos para la volatilización). Mediante una bomba peristáltica la muestra es arrastrada con un ángulo de 90º al gas plasmágeno. Se alcanzan altas temperaturas y el espectro es rico en líneas. Se utiliza un monocromador con gran poder de dispersión y como detector tubos multiplicadores (Harvey, 2002).

• iv. Equipos empleados en Espectroscopia de Emisión Atómica (EEA)

En 1859, señala (Kolthoff, 1975; Ramírez 2005) que los científicos alemanes Gustav Robert Kirchhoff y fueron los primeros en darse cuenta de que cada elemento emite y absorbe luz de colores característicos, que componen su espectro. Desarrollaron el espectroscopio de prisma en su forma moderna y lo aplicaron al análisis químico. Este instrumento, que es uno de los dos tipos principales de espectroscopio, está formado por una rendija, un conjunto de lentes, un prisma y un ocular. La luz que va a ser analizada pasa por una lente colimador, que produce un haz de luz estrecho y paralelo, y a continuación por el prisma. Con el ocular se observa, una serie de imágenes de la rendija, conocidas como líneas espectrales, cada una con un color diferente, porque el prisma separa la luz en los colores que la componen.

Un segundo tipo de espectroscopio usado habitualmente es el espectroscopio de red, empleado por primera vez a comienzos del siglo XIX por el físico alemán Joseph Von Fraunhofer, según se describe en la literatura (Rodríguez, 2007). En estos instrumentos, la luz se dispersa mediante una red de difracción en lugar de un prisma.

Una red de difracción es una superficie especular de metal o vidrio sobre la que se ha trazado con un diamante un elevado número de líneas paralelas. Una buena red tiene una gran potencia dispersiva, por lo que permite mostrar detalles mucho más finos en los espectros. Las líneas de la red de difracción también se pueden trazar sobre un espejo cóncavo, de forma que la red sirva al mismo tiempo para enfocar la luz y sea innecesario el uso de lentes. En un espectroscopio de este tipo, la luz no necesita pasar por ninguna sustancia transparente, por lo que estos instrumentos se emplean en toda la región ultravioleta y en la región de rayos X (Delahay, 1970).

Por su parte Robinsón (Rubinsón, 2000) reporta que en un espectrógrafo, la lente se sustituye por una cámara fotográfica. No hace falta fotografía en color para identificar las imágenes de la rendija. Se pueden calcular sus longitudes de onda, a partir de sus posiciones en la película fotográfica. Los espectrógrafos son útiles en las regiones ultravioleta y visible del espectro, y también en la zona infrarroja hasta los 1 200 nm. La espectroscopia en las zonas extremas del ultravioleta y el infrarrojo es similar a la de la zona visible; sin embargo, el vidrio no transmite esas radiaciones, por lo que las lentes y prismas tienen que ser de cuarzo, fluorita, silvina o sal de roca. Las lentes también pueden sustituirse por espejos cóncavos. Para esas longitudes de onda es necesario utilizar emulsiones fotográficas especiales. Estos métodos permiten investigar el espectro ultravioleta hasta longitudes de onda inferiores a los 60 nm; los espectros de infrarrojos pueden investigarse con métodos especiales en zonas más allá de los 0,01 nm.

Los equipos de emisión atómica (Spectro, 2007) son capaces de dar el porcentaje de un número de elementos directamente en un corto tiempo. Cualitativamente, un equipo es capaz de detectar 0,001 %, o menos, de la mayoría de los iones metálicos y de algunos no metales, como el P, Si y C.

El equipamiento utilizado en este análisis, en su conjunto, está constituido por la fuente de excitación, sistema dispersivo (rendija, lentes o espejos, etc.) y el sistema de registro.

Dependiendo del sistema registrador empleado, estos equipos se clasifican en: estiloscopio (registro visual), espectrógrafo (registro fotográfico) y espectrómetro (registro fotoeléctrico). (Pombo, 1984, Montes de Juan, 2004).

En la actualidad los espectrógrafos no son muy comunes, debido al engorroso trabajo que conlleva tanto el revelado de las placas fotográficas, como la determinación cuantitativa. Los espectrómetros permiten obtener directamente resultados, que pueden darse en forma de registrogramas y en caso de necesidad en forma de magnitudes proporcionales a la intensidad de la línea espectral. La dependencia de la corriente fotoeléctrica del valor del flujo luminoso incidente es lineal dentro de límites muy amplios, lo que evita una graduación complicada del sistema de medición. Ofrecen mediciones más exactas (precisión relativa de hasta un 0,1 %). Además, los aparatos fotoeléctricos permiten penetrar algo más lejos en la región infrarroja cercana, comparado con las fotoemulsiones sensibles.

En la década del 80, del siglo pasado, la firma SPECTRO entró en el mercado con el primer analizador estacionario de metales. Esta firma señala las ventajas analíticas que brindan el sistema multi-óptico, que permite la determinación simultánea de varios elementos, la economía de tiempo y el empleo de una atmósfera inerte (Argón). Con las cuales el Spectrolab ganó la aceptación en el mercado, especialmente en la industria metalúrgica y la de reciclaje.

Por otra parte los espectrógrafos de red plana, producidos en Alemania en la década del 80, dejaron de ser producidos, entre otros aspectos debido al sistema de registro, que empleaba placas fotográficas, que requerían de reactivos especiales para su revelado, y encarecían el análisis, así como por los tiempos requeridos en el análisis. Estos aspecto que influyeron en el desarrollo del este trabajo.

La firma SPECTRO, en la actualidad, comercializa varios equipos de espectrometría por Emisión Óptica en varios métodos, entre ellos los de arcos eléctricos (mejor conocidos como equipos de chispa) para análisis de metales en control de procesos (SPECTRO, 2007).

Figura 1: Spectrolab de sobremesa multibase, para análisis de Laboratorio

(Spectrolab, 2007)

Conclusiones

• 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 como líneas analíticas las líneas últimas o de referencia. 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 u otro buffer como las sales de metales alcalinos.

• 2. Existen varias fuentes de excitación utilizadas en la espectroscopia de emisión atómica entre ellas se encuentran: la llama, el arco eléctrico de corriente alterna (c-a), el arco eléctrico de corriente directa (c-d), y la chispa eléctrica. Cada uno tiene ventajas y aplicaciones especiales. Sin embargo, 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 ofrecen varias ventajas comparadas con los métodos de llama y electrotérmicos. Una de las ventajas constituye la de ser una técnica para elementos múltiples y tiene un amplio rango de trabajo. Las fuentes de plasma actuales (DCP) brindan un método mucho más fácil para la manipulación de muestras gaseosas y líquidas. El espectro para docenas de elementos puede ser registrado al mismo tiempo, algo muy importante cuando la muestra es pequeña. Las fuentes de plasma también permiten la determinación de no metales como cloro, bromo, yodo y azufre.

• 4. En la década del 80, del siglo pasado, la firma SPECTRO entró en el mercado con el primer analizador estacionario de metales. Esta firma señala las ventajas analíticas que brindan el sistema multi-óptico, que permite la determinación simultánea de varios elementos, la economía de tiempo y el empleo de una atmósfera inerte (Argón). Con las cuales el Spectrolab ganó la aceptación en el mercado, especialmente en la industria metalúrgica y la de reciclaje.

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Autor:

Pino Rivero, L.;

Pino González, C.;

Castellano Hernández, G.

Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas