Espectroscopia de Absorción Atómica (AAS)

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Idealmente, un monocromador UV-VIS-NIR debería poder producir un haz de luz de radiación casi monocromática en las ranuras de salida o enfocar radiación casi monocromática en píxeles individuales de un detector de matriz para cualquier longitud de onda en el rango de 190 a 2500 nm. La sensibilidad en cualquier parte de la región depende de la fuente de luz, la composición de los componentes ópticos y la respuesta del detector. La sensibilidad debe ser tal que se puedan realizar mediciones precisas de la transmisión desde casi el 100% hasta tan solo un 0,01%, lo que corresponde a entre 0 y 4 unidades de absorbancia (AU).

Los límites de detección están determinados por la relación señal-ruido (S/N). A absorbancias bajas (o transmisión alta), los valores de 𝑃 y 𝑃_𝑜 son casi iguales a que su relación puede perderse en el ruido del instrumento. El ruido en ese nivel se debe principalmente al ruido de Johnson (térmico) en las resistencias de entrada y al ruido de disparo de los detectores, especialmente, fotomultiplicadores y conexiones de componentes eléctricos. A altas absorbancias (bajos niveles de transmisión), la principal fuente de ruido es la luz lateral. En monocromadores simples con rejillas de difracción convencionales, la luz lateral es típicamente alrededor del 0,1% de la energía radiante total en el detector. Esto se puede reducir a aproximadamente el 0,001% pasando la luz dos veces a través de la rejilla modulando el haz óptico o utilizando un monocromador doble. La luz lateral se puede reducir aún más mediante el uso de rejillas holográficas hasta aproximadamente el 0,0005%.

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muestra. Luego, un procesador de señales integra los cambios en la longitud de onda absorbida, que aparecen en la lectura como picos de absorción de energía en longitudes de onda discretas. La energía requerida para que un electrón salga de un átomo se conoce como energía de ionización y es específica de cada elemento químico. Cuando un electrón se mueve de un nivel de energía a otro dentro del átomo, se emite un fotón con energía E. Los átomos de un elemento emiten una línea espectral característica. Cada átomo tiene su propio patrón distintivo de longitudes de onda en las que absorberá energía, debido a la configuración única de electrones en su capa exterior. Esto permite el análisis cualitativo de una muestra. La concentración se calcula según la ley de Beer- Lambert. La absorbancia es directamente proporcional a la concentración del analito absorbido para el conjunto de condiciones existentes. La concentración generalmente se determina a partir de una curva de calibración, obtenida utilizando estándares de concentración conocida. Sin embargo, aplicar la ley de Beer-Lambert directamente en AAS es difícil debido a: variaciones en la eficiencia de atomización de la matriz de la muestra, falta de uniformidad de concentración y longitud de trayectoria de los átomos del analito (en el horno de grafito AA).

Los métodos químicos utilizados se basan en interacciones de la materia, es decir, reacciones químicas. Durante un largo período de tiempo, estos métodos fueron esencialmente empíricos y, en la mayoría de los casos, implicaron grandes habilidades experimentales. En química analítica, AAS es una técnica que se utiliza principalmente para determinar la concentración de un elemento metálico en particular dentro de una muestra. AAS se puede utilizar para analizar la concentración de más de 62 metales diferentes en una solución.

Aunque AAS data del siglo XIX, la forma moderna de esta técnica fue desarrollada en gran parte durante la década de 1950 por Alan Walsh y un equipo de químicos australianos que trabajaban en la División de Física Química de CSIRO (Commonwealth Science and Industry Research Organization) en Melbourne, Australia. Normalmente, la técnica utiliza una llama para atomizar la muestra, pero también se utilizan otros atomizadores, como un horno de grafito.

Se requieren tres pasos para convertir una muestra líquida en un gas atómico:

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1. Desolvatación: el disolvente líquido se evapora y la muestra seca permanece;

2. Vaporización: la muestra sólida se vaporiza a gas; y

3. Volatilización: los componen de la muestra se descomponen en átomos libres.

Para medir cuánto de un elemento dado está presente en una muestra, primero se debe establecer una base para la comparación utilizando cantidades conocidas de ese elemento para producir una curva de calibración. Para generar esta curva, se selecciona una longitud de onda específica y el detector se configura para medir solo la energía transmitida a esa longitud de onda. A medida que aumenta la concentración del átomo objetivo en la muestra, la absorción también aumentará proporcionalmente. Se analiza una serie de muestras que contienen concentraciones conocidas del compuesto de interés y se registra la absorbancia correspondiente, que es el porcentaje inverso de luz transmitida. A continuación, se traza la absorción medida en cada concentración, de modo que se pueda trazar una línea recta entre los puntos resultantes. A partir de esta línea, la concentración de la sustancia bajo investigación se extrapola de la absorbancia de la sustancia. El uso de fuentes de luz especiales y la selección de longitudes de onda específicas permiten la determinación cuantitativa de componentes individuales en una mezcla de múltiples elementos.

La selectividad en AAS es muy importante, ya que cada elemento tiene un conjunto diferente de niveles de energía y da lugar a líneas de absorción muy estrechas. Por tanto, la selección del monocromador es vital para obtener una curva de calibración lineal (Ley de Beers), el ancho de banda de la especie absorbente debe ser mayor que el de la fuente de luz; lo cual es difícil de lograr con monocromadores ordinarios. El monocromador es una parte muy importante de un espectrómetro AA porque se utiliza para separar las líneas generadas por todos los elementos de una muestra. Los espectrómetros de absorción atómica permiten a los operadores ajustar las temperaturas de las muestras. Algunos espectrómetros se auto calibran. Los instrumentos intrínsecamente seguros no liberan suficiente energía eléctrica

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o térmica para encender mezclas atmosféricas peligrosas. En llama AAS, la absorbancia medida depende de la absortividad del elemento en cuestión, la concentración de ese elemento en la llama (y por lo tanto de su concentración de solución) y la longitud del camino óptico a través de la llama. En determinadas circunstancias, es deseable reducir la longitud del camino óptico. Con este fin, el cabezal del quemador también se puede girar alrededor de su eje vertical. Se utilizan diferentes cabezales de quemador (con diferentes tamaños de ranura) para las llamas de acetileno/aire y acetileno/óxido nitroso, ya que esta última es una llama mucho más caliente.

Los controles de flujo también permiten variar tanto el caudal total de gas como la relación combustible-oxidante. En la Figura 13 se muestra como el elemento del espectrómetro se oxida rápidamente en función de la distancia del quemador.

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