Concepto de Espectrofotometría de Absorción Atómica
La espectrofotometría de absorción atómica es una técnica utilizada para analizar los elementos de una muestra a través de su espectro electromagnético o de masa. Esta técnica se basa en la absorción de radiación por átomos libres. Inicialmente, los átomos se encuentran en el estado fundamental, presentando, por ello, una configuración electrónica específica. Sin embargo, la absorción de energía permite que ocurran transiciones electrónicas y los átomos pasan a estar en un estado excitado. Así, los electrones de los átomos pasan para niveles superiores de energía, regresando posteriormente al estado fundamental. Estas transiciones presentan longitudes de onda específicos formando espectros de absorción y emisión que van a identificar y cuantificar los elementos presentes en la muestra en análisis.
Los métodos analíticos más comunes utilizados en este tipo de análisis son:
- Espectrofotometría de absorción atómica con atomización en llama;
- Espectrofotometría de absorción atómica en horno de grafito;
- Espectrometría por emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES);
- Espectrometría de masa con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS).
Espectrofotometría de absorción atómica con atomización en llama
En la espectrofotometría de absorción atómica con atomización en llama, es necesario: una fuente de luz, una fuente de átomos o atomizador, un monocromador que define la longitud de onda en la medición a realizar, un detector, equipamiento electrónico que consiga procesar la señal recibida y tenga el software adecuado para el tratamiento de los datos.
La fuente de luz generalmente utilizada es la bombilla de cátodo hueco (HCL) o la bombilla de descarga (EDL). Estas bombillas contienen una atmósfera de argón a presión reducida y una pequeña cantidad del elemento que se pretende determinar. Las EDL se distinguen de las HCL porque producen una mayor intensidad de radiación, siendo más adecuadas para mediciones en la zona del ultravioleta más longínquo ( λ<200 nm). También puede ser utilizada una bombilla de multielementos que permite analizar más de un elemento con la misma bombilla.
El atomizador va a ser responsable por la producción de átomos libres a partir de la muestra. Este fenómeno es conseguido a través del calor proveniente de una llama compuesta por un oxidante y un combustible, por ejemplo, aire y acetileno u óxido nitroso y acetileno. A través de una cámara de spray y de un nebulizador, la muestra es sometida a la llama bajo la forma de un aerosol. La velocidad de funcionamiento del nebulizador y su alineamiento en el sistema pueden ser ajustados de modo a que la radiación pase eficazmente por la llama, obteniendo una señal máxima.
Como detectores, pueden ser usados tubos fotomultiplicadores o, más recientemente, detectores de estado sólido puesto que consiguen eliminar más eficientemente el ruido de fondo, como por ejemplo, la señal proveniente de moléculas no convertidas en átomos libres y/o de los gases de la llama.
Espectrofotometría de absorción atómica en horno de grafito
La espectrofotometría de absorción atómica en horno de grafito funciona de forma semejante a lo que fue descrito para la espectrofotometría de absorción atómica con atomización en llama, difiriendo apenas en el sistema atomizador. La muestra es colocada en un tubo de grafito, donde es sujeta a varios pasos programados de calentamiento. Esta fase permite la eliminación del solvente y de otros componentes de muestra y la formación de átomos. Una de las desventajas de la atomización en llama es que apenas una pequeña cantidad de muestra llega a la llama y pasa muy rápidamente por la trayectoria de la radiación. Con el tubo de grafito, la muestra es totalmente atomizada y expuesta a la radiación por un periodo de tiempo más largo, proporcionando mayor sensibilidad y límites de detección más bajos.
Espectrometría por emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES)
La técnica de espectrometría por emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) permite medir la radiación que es emitida por los elementos de una muestra colocada en un plasma acoplado inductivamente (ICP). Se trata de un plasma de argón que es producido a través de la interacción entre un campo de radiofrecuencia y gas argón ionizado, consiguiendo alcanzar temperaturas en torno a los 9700ºC. Las altas temperaturas permiten la atomización completa de los elementos presentes en la muestra, lo que reduce la señal proveniente de interferentes en el análisis. Tras la atomización, los átomos emiten una radiación que se puede propagar en dos orientaciones diferentes: radialmente, lo que permite una mayor linealidad para concentraciones más elevadas para el elemento en estudio; o axialmente, lo que disminuye la señal generada por interferentes del plasma, concentrando más eficazmente la radiación proveniente de la muestra. A pesar de que la orientación axial permite obtener límites de detección más bajos comparativamente al ICP radial, existen sistemas que utilizan estos dos tipos de orientación, mejorando así la detección del elemento en diferentes gamas de concentraciones. La radiación emitida pasa después para un espectrofotómetro que tiene la capacidad de separar y seleccionar las longitudes de onda deseadas, que serán posteriormente transmitidas al detector. La señal, es decir, la intensidad de la radiación emitida, es después comparada con patrones de concentración conocida de los elementos en análisis.
Espectrometría de Masa con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS)
En la espectrometría de masa con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), el plasma de argón produce iones cargados generados a partir de los elementos de la muestra. Los iones atraviesan los conos de interfaz, que unen el ICP a la presión atmosférica al espectómetro de masa que se encuentra al vacío, y pasan por lentes iónicas, que retiran los fotones y las especies neutras del eje iónico. A continuación, los iones son conducidos para un espectómetro de masa, donde son separados de acuerdo con su relación masa/carga. Generalmente, el espectrofotómetro es cuádruplo, es decir, es constituido por 4 tubos que separa los iones con base en su estabilidad bajo la acción de un campo eléctrico. Los iones formados con la relación masa/carga pretendida son encaminados para el detector que a través de la señal recibida determina la cantidad de iones presente. El plasma ICP-MS genera iones al contrario de lo que ocurre en el ICP-OES, que apenas genera la radiación emitida por los átomos.
El ICP-MS presenta numerosas ventajas comparativamente a las otras técnicas de espectofotometría de absorción atómica, entre las cuales, la capacidad de analizar varios elementos con límites de detección en el orden de partes por trillón (PPT), de cuantificar concentraciones isotópicas así como su porcentaje en la muestra y de unirse al HPLC y GC, que permiten comprender mejor la forma en que el elemento se encuentra en la muestra.
Sin embargo, se trata de una técnica con algunas limitaciones, siendo de ello ejemplo la utilización de concentraciones bajas de muestra (por debajo del 0.2% del total de sólidos disueltos) y la limpieza regular de los conos de interfaz y de las lentes iónicas. Recientemente, surgió otro componente designado célula de reacción o colisión, que queda situado entre las lentes iónicas y el espectómetro de masa y permite eliminar interfaces resultantes del plasma o de elementos con un único isótopo responsables por la degradación de los límites de detección.
References:
- PerkinElmer, Inc, 2011. The 30-Minute Guide to ICP-MS. URL: http://www.perkinelmer.com/ PDFs/Downloads/ tch_icpmsthirtyminuteguide.pdf
- PerkinElmer, Inc, 2013. World leader in AA, ICP-OES and ICP-MS. URL: http://www.perkinelmer.com/ pdfs/downloads/ bro_worldleaderaaicpmsicpms.pdf
