ANTECEDENTES DE LA ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCION ATÓMICA

El término espectroscopia significa la observación y el estudio del espectro, o registro que se tiene de una especie tal como una molécula, un ion o un átomo, cuando estas especies son excitadas por alguna fuente de energía que sea apropiada para el caso.

Uno de los pioneros en la espectroscopia fue Isaac Newton, quien a principios de 1600 observó y estudió el comportamiento de la luz solar cuando esta atraviesa por un prisma.

En 1831, J.F. Herschel demostró, que las sales de diferentes metales producen distintas coloraciones a la flama cuando las sales disueltas o en forma directa son puestas en contacto con ésta. Así por ejemplo la sales de calcio dan a la flama un color naranja, las de sodio un color amarillo, las de potasio un color violeta, las de cobre un verde azulado, las de estroncio un color verde amarillo, etc. Estas observaciones fueron corroboradas posteriormente por otros investigadores sugiriendo que de esta forma podría identificarse el metal formador de la sal en un compuesto químico específico.

Kirschoff y Bunsen en 1859 ampliaron el conocimiento de la naturaleza de este fenómeno, cuando la luz colorida producida por el metal en la flama la hicieron incidir en un depósito óptico que separa la radiación emitida por el metal, de la luz solar. En éste instrumento que fue llamado espectroscopio (espectroscopio= observación del espectro).

Se observa que cada metal que emite radiación de diferente color, presenta líneas que aparecen en diferentes posiciones en la pantalla o campo de observación, y esto es independientemente de las condiciones en que se realiza el experimento así como de la naturaleza de la sal metálica y únicamente depende del metal. Adicionalmente, la intensidad de la línea está directamente relacionada a la concentración del elemento en solución.

De esta manera se tiene una forma inequívoca de identificar el elemento ( Por la posición de sus líneas ),así como una manera de identificar éste (por la intensidad de las líneas producidas).

A principios del siglo XX no se conocían todos los elementos de la tabla periódica y frecuentemente se incurría en errores, al dar por descubiertos elementos nuevos cuando en realidad eran elementos ya conocidos.

Gracias al desarrollo de la espectroscopia cuando se daba la noticia de haber encontrado algún elemento nuevo, se observaba su espectro. Si este ya coincidía con los elementos ya conocidos se descartaba la novedad del elemento, si por el contrario no coincidía con ninguno de los espectros de elementos ya conocidos la prueba era inobjetable y se consideraba uno más de la lista de elementos químicos.

Aunque las aplicaciones de la espectroscopia en el análisis cualitativo fueron casi inmediatas, su utilidad en el aspecto cuantitativo tuvo que esperar muchos años, ya que el desarrollo científico y tecnológico de ese momento era insuficiente.

A pesar de que como se ha mencionado antes, el potencial de la espectroscopia en el análisis cuantitativo era conocido desde fines del siglo pasado, su desarrollo y amplia aplicación en el análisis químico es tan reciente que apenas en 1952 tuvo desarrollo el

primer equipo comercial de espectroscopia de absorción atómica para la cuantificación de metales.

Esta lentitud en la adaptación de técnicas espectroscópicas al análisis químico cuantitativo ha sido compensada por el alto grado de desarrollo que ha alcanzado en los últimos años.

Bibliografía:
SKOOG, D.A. James; Holler F. James; PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
INSTRUMENTAL, 5° ed.; Ed. McGraw-Hill (1998), págs. 219-239.

LÁMPARAS DE CÁTODO HUECO Y DE DESCARGA SIN ELECTRODOS PARA ABSORCIÓN ATÓMICA

INTRODUCCIÓN

Es el uso de una fuente de luz especial y la cuidadosa selección de longitud de onda que permite la determinación especifica de un elemento en presencia de otros. La calidad de la fuente de luz es de primordial importancia en la obtención de linearidad, sensitividad, y precisión en absorción atómica. Sin embargo, para elementos volátiles (como arsénico y selenio), la línea de lámparas de descarga sin electrodos (EDL) es recomendada. Estas proporcionan mayor brillantez para mejorar los limites de detección y precisión, incrementando la sensitividad y linearidad de la curva de trabajo.

LÁMPARA DE CÁTODO HUECO

Cuerpo de vidrio Pyrex con ventana de cuarzo.

Contiene un alambre como ánodo y un cátodo cilíndrico hueco, hecho de un elemento determinado o recubierto de una capa de dicho metal.

Esta relleno de gas inerte, usualmente neón o argón a una presión reducida de 1 a 5 torr.

Cuando se aplica un potencial del orden de 300V y corriente de 2 a 30 mA, entre los electrodos se produce la ionización del gas.

Las colisiones entre los iones positivos y el cátodo negativo, los cationes gaseosos adquieren la suficiente energía cinética como para arrancar algunos de los átomos metálicos de la superficie del cátodo y producir una nube atómica o “chisporroteo”.

Los átomos arrancados se encuentran en estados excitados y de este modo al volver al estado fundamental emiten sus radiaciones características.

Al final, los átomos metálicos se vuelven a depositar difundiendo de nuevo hacia la superficie del cátodo o hacia las paredes del vidrio.

EVENTOS QUE TIENEN LUGAR EN UNA LAMPARA DE CATODO HUECO

1. Por efecto del voltaje aplicado entre los dos electrodos ocurre una descarga eléctrica.

Si el cátodo consiste de dos electrodos paralelos o de un cilindro hueco, bajo circunstancias adecuadas la mayor parte de la descarga ocurre dentro del cátodo.

2. Estas descargas eléctricas aumentan la energía cinética y favorecen la ionización de las moléculas de gas inerte. Estas especies ionizadas requieren carga positiva, por lo cual son atraídas hacia el cátodo

3. Al chocar los iones(+) de gas inerte con las paredes del cátodo, son desprendidos átomos del metal de que está el cátodo o depositado sobre la superficie del mismo.

4. Después de desprenderse del cátodo, los átomos producidos son excitados por choques moleculares con los iones y átomos de argón.

5. Los átomos excitados no pueden permanecer indefinidamente en un estado de energía superior y procede el paso de emisión electromagnética.

LÁMPARA DE DESCARGA SIN ELECTRODOS

Mientras que las lámparas de cátodo hueco son una fuente ideal para determinar muchos elementos por absorción atómica, para elementos volátiles, es recomendable el uso de lámparas de descarga sin electrodos (EDL). Las lámparas EDL proporcionan mayor salida de luz y mayor tiempo de vida que las correspondientes lámparas de cátodo hueco. Para ciertos elementos (As, Se y P), las lámparas EDL proporcionan mejor sensibilidad y más bajos limites de detección.

El sistema de lámparas EDL requiere una fuente de poder por separado.

Las lámparas de descarga producen intensidades de radiación que son uno o dos ordenes de magnitud superiores que las correspondientes de cátodo hueco.

Es un tubo de cuarzo herméticamente cerrado que contiene una pequeña cantidad de metal o de sal deseado.  Unos pocos torr de un gas inerte como el argón. La lámpara no contiene electrodos

Para su activación se utiliza un campo intenso de radiofrecuencia o radiación de microondas

De esta forma se produce la ionización del argón originándose los iones que son acelerados por la componente de radiofrecuencia del campo hasta adquirir la energía suficiente para excitar a los átomos del metal.