Fluorescencia atómica

Fluorescencia atómica

Milton Alfredo Gómez García 1813426Caracterización de materiales

• Se utiliza una fuente externa para excitar el elemento de interés.

• La espectrometría de fluorescencia es el más nuevo de los métodos ópticos de espectroscopia atómica.

• Esta técnica proporciona un medio útil para la identificación cuantitativa de un numero razonablemente grande de elementos.

• En los últimos años, fabricantes han introducido espectrómetros de fluorescencia atómica útiles para determinar elementos que forman vapores e hidruros, como Pb, Hg, Cd, Zn, As, Sb, Bi, Ge y Se.

Descripción de la técnica

Fundamento teórico

La fluorescencia es un proceso de fotoluminiscencia en el que los átomos o moléculas son excitados por absorción de radiación electromagnética. Las especies excitadas se relajan posteriormente hacia el estado basal, cediendo el exceso de energía en forma de fotones.

El primer paso es la atomización, un proceso en el cual una muestra es volatilizada y descompuesta de tal forma que se producen átomos y iones en fase gaseosa.

Una fuente externa de radiación incide sobre el analito en forma de vapor. Si la fuente de radiación es de la frecuencia (longitud de onda) adecuada, puede ser absorbida por los átomos del analito y promoverlos hacia los estados excitados.

Atomización

De llama

• Una solución de la muestra se nebuliza mediante un flujo de oxidante gaseoso mezclado con un combustible también gaseoso y se lleva hacia una llama donde ocurre la atomización..

• El primer proceso es la desolvatación (se evapora el disolvente), después de esto se volatiliza (formación de moléculas de gas), y por ultimo la disociación (producción de un gas atómico). Este paso limita la precisión del método.

Electrotérmico

• Son por lo general más sensibles, debido a que la muestra completa se atomiza en un corto periodo.

• Unos cuantos mililitros de la muestra se evaporan primero a una temperatura baja y luego se convierten en cenizas a una temperatura un poco más alta en un tubo de grafito que se calienta eléctricamente, después de convertir la muestra en cenizas, hay un incremento en la corriente a cientos de amperes lo cual ocasiona que la temperatura aumente entre 2000 y 3000°C.

Los instrumentos para espectrometría de absorción atómica constan de:

• Fuente de radiación
• Selector de longitud de onda

• Un detector
• Procesador de señal y lectura

Instrumentación y sus partes

En este caso se necesitan dos selectores de longitud de onda para escoger las longitudes de la excitación y la emisión. La radiación de la fuente seleccionada incide en la muestra y se mide la radiación emitida, por lo regular en ángulos rectos para evitar la dispersión.

Lampara de cátodo hueco

• Fuente más común para la medición de absorción atómica, consta de un ánodo de tungsteno y un cátodo cilíndrico sellado en un tubo de vidrio lleno con gas neón a una presión de 1 a 5 torr.
• El cátodo está construido del metal cuyo espectro se desea obtener, o sirve para soportar una capa de ese metal.
• La ionización del gas inerte ocurre cuando una diferencia de potencial del orden de 300 V se aplica en los electrodos, lo cual genera una corriente de unos 5 a 15 mA cuando los iones y electrones migran a los electrodos

Fuente de radiación

Lámpara de descarga sin electrodo

• Esta construida de un tubo de cuarzo sellado que contiene unos cuantos torr de gas inerte como el argón y una pequeña cantidad del metal (o su sal).
• La lámpara no contiene electrodo, pero en cambio es energizada por un campo intenso de radiación de radiofrecuencia o microondas.
• La ionización del argón produce iones que son acelerados por el componente de alta frecuencia del campo hasta que ganan energía suficiente para excitar a los átomos del metal cuyo espectro se busca.
• Las lámparas de descarga sin electrodos están disponibles comercialmente para quince o más elementos.

Dispersivos

Un sistema dispersivo para medidas de fluorescencia atómica consta de:

• Una fuente modulada
• Un atomizador (con llama o sin ella)
• Un monocromador o un sistema de filtro de interferencia
• Un detector, procesador de señal, y un dispositivo de lectura

Instrumentos

No dispersivos

Un sistema no dispersivo podría estar constituido de:

• Solo una fuente
• Un atomizador (con llama o sin ella)
• Un detector

Limitaciones

• A pesar de su potencial ventaja de alta sensibilidad y selectividad, la espectrometría de fluorescencia atómica nunca ha sido exitosa comercialmente. Las dificultades pueden ser atribuidas parcialmente a la falta de reproducibilidad de las fuentes de alta intensidad que son requeridas.
• Para la mayoría de los elementos, la fluorescencia atómica con fuentes convencionales de cátodo hueco o de descarga sin electrodos no tiene ventajas significativas sobre la absorción o la emisión atómica.

Límite de detección : Los límites de detección menores al 10-7%

Aplicaciones

La métodos de fluorescencia atómica se han aplicado a la determinación de metales en:

Aceites lubricantes

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Aguas de mar

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Metalúrgicas

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Ambientales

Tipos de muestra

Líquida

Sólida

Para la preparación de la muestra se hace un tratamiento con ácidos minerales, oxidación con reactivos líquidos, ácido sulfúrico, nítrico o perclórico (digestión), digestión a una temperatura alta.

• En cuanto a la atomización electrotérmica, algunos materiales se pueden atomizar directamente, evitando así el paso de disolución.

Medicion y resultados

Cualitativo

Cuantitativo

• Curvas de calibración.

Bibliografía:

• Skoog, D., Holler, F., & Crouch, S. (2008). Principios de análisis instrumental (6ta edición). Cengage Learning.

• Skoog, D., West, D., Holler, F., & Crouch, S. (2015).Fundamentos de Química Analítica (9na ed.).Cengage Learning.
• Butcher, D. J. (2005). ATOMIC FLUORESCENCE SPECTROMETRY. Encyclopedia of Analytical Science, 221–228. doi:10.1016/b0-12-369397-7/00034-0