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• martha castro

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Nombre del tema: EMISIÓN Y ABSORCIÓN ATÓMICA Objetivos: -

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Integra las partes estructurales de un espectrofotómetro de absorción atómica y de un espectrofotómetro de flama así como diferenciar la propiedad medida por comparación. Habilidad de identificar las interferencias en absorción y emisión de radiación espectral, utilizar la información analítica obtenida para la cuantificación y para el cálculo de sensibilidad, límite de detección y de cuantificación.

Resumen de la investigación teórica: 1. A) ¿Cuál es el fundamento de la espectrofotometría de absorción atómica como método analítico? La espectroscopia de absorción atómica se basa en la absorción por átomos elementales. Si la luz de una determinada longitud de onda incide sobre un átomo libre en estado fundamental, el átomo puede absorber energía y pasa al estado excitado, a esto se le llama absorción atómica. Hay dos regiones del espectro que dan información analítica atómica, la ultravioleta y la visible. Los espectros atómicos ultravioleta y visible se obtienen mediante un adecuado tratamiento térmico que convierte los componentes en átomos elementales gaseosos. La absorción gaseosa resultante sirve a continuación para la determinación cualitativa y cuantitativa de uno o varios de los elementos presentes en la muestra mediante un espectrofotómetro de absorción atómica. B) ¿Cuál es el fundamento de la espectrofotometría de emisión atómica como método analítico? En la emisión atómica el método es basado en la atomización con llama, la propiedad que se mide es la luz emitida por los átomos cuando regresan al estado basal. 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, 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. 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 espectroscopia 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.

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C) Menciona los pasos que se llevan a cabo en el proceso de una determinación por espectrofometria de absorción atómica y explica dos de ellos. Neutralización: formación de un spray o neblina. Desolvatación: evaporación del disolvente. Sublimación: a la temperatura de la flama, el sólido sublima Disociación o atomización: se rompe el enlace, teniendo al analito en estado basal. Pueden ocurrir 3 fenómenos: a) excitación por absorción de la radiación procedente de la lámpara de cátodo hueco. b) excitación por el calor de la flama. c) Ionización. La energía de la flama es la necesaria para ionizar al analito (energía de Ionización). Generalmente ocurre con los metales alcalinos o alcalinotérreos, que tienen energías de ionización bajas (b y c son indeseables).

2. Explica dos diferencias entre: a) Absorción atómica y emisión atómica. La transición se produce desde el estado fundamental hasta un estado excitado del átomo mediante la absorción de radiación de una determinada frecuencia (absorción atómica). En el caso en que los átomos se lleven previamente a un estado excitado y se mide la intensidad de la radiación emitida a la frecuencia característica correspondiente a la transición desde el estado excitado al estado fundamental se habla de una emisión atómica. b) Absorción atómica y absorción molecular. Absorción molecular: Permite el estudio cualitativo y cuantitativo de moléculas orgánicas e inorgánicas -en estado sólido, líquido o gaseoso– en la franja del ultravioleta, visible e infrarrojo. Cuando la especie absorbente es una molécula el espectro que se obtiene es un espectro de bandas (continuo). Además de las transiciones

electrónicas hay que considerar transiciones vibracionales y transiciones rotacionales. Absorción atómica: Cuando el haz de radiación policromática atraviesa un medio que contiene átomos gaseosos, sólo se atenúan unas pocas frecuencias por absorción y el espectro resultante consta de un número de rayas o líneas de absorción

3. A) ¿Qué tipo de fuentes de radiación espectral deben usar en espectrofotometría de absorción atómica? Lámpara de cátodo hueco (Na), lámparas de descarga sin electrodos B) Explica su funcionamiento. Lámpara de cátodo hueco: 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. Si el voltaje es suficientemente grande, los cationes gaseosos adquieren suficiente energía cinética para disolver algunos de los átomos metálicos de la superficie del cátodo y producir una nube atómica en un proceso llamado chisporroteo. Una parte de los átomos metálicos desprendidos están en estados excitados y, por tanto, emiten su radiación característica cuando vuelven al estado basal. Para finalizar, los átomos metálicos se difunden de nuevo a la superficie del cátodo o a las paredes de vidrio del tubo y son redepositados. Lámparas de descarga sin electrodos: 14Una lámpara típica se construye 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) cuyo espectro es de interés. 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.

c) ¿Por qué no se deben usar fuentes de radiación de tipo continuo? Una fuente de radiación continúa con un monocromador, solo una fracción de la radiación que emerge es de una longitud de onda que se absorbe y el cambio en la intensidad de la banda emergente es pequeño si se compara con el cambio que produce en la radiación correspondiente al pico de absorción. En estas condiciones se reduce la sensibilidad del método.

4. A) ¿Qué es optimización instrumental? Es la selección de las variables experimentales adecuadas para lograr la mayor sensibilidad. B) Explica cómo se procede en una determinación por espectrofometria de absorción atómica para lograr la optimización instrumental de las siguientes condiciones: temperatura de flama, amplitud de banda y la intensidad de radiación analítica. Temperatura de la flama: depende de las propiedades estequiométricas de la combinación del oxidante y el combustible. La flama es oxidante cuando tiene mayor cantidad de oxidante y reductora cuando hay más cantidad de combustible. Será estequiométrica cuando estén en la misma proporción. Una flama de temperatura baja está sujeta a problemas de interferencia, mientras que una flama con temperaturas altas provoca ionización. Se recomienda usar flamas a temperaturas entre 1800-2700ºC, la cual es satisfactoria para la mayoría de los elementos a determinar por absorción atómica. Amplitud de banda: debe ser lo más estrecha posible para poder eliminar las interferencias al máximo. Intensidad de radiación analítica: una intensidad de radiación alta provoca un aumento de átomos excitados, que a su vez son capaces de absorber la radiación que se emite por los átomos excitados. La mayor parte de la radiación que se emite se puede eliminar colocando un monocromador entre la llama y el detector para dispersar las distintas longitudes de onda de la luz que es emitida de la fuente, y separar la longitud de onda que se emplea para un determinado estudio. 5. Define los siguientes términos y establece como se calcula: a) Sensibilidad: la sensibilidad de un método o instrumento es una medida de su amplitud para discriminar entre pequeñas diferencias de concentración del analito. Hay dos factores que limitan la sensibilidad: la pendiente de la curva de calibración y la reproductibilidad o precisión de medición. 𝑚 𝛾= 𝑆𝑦/𝑥 b) Límite de detección: Mínima de concentración de analito que produce una señal distinguible, o bien, mínima concentración de analito que puede detectarse con 95% de certeza. El LOD puede variar dependiendo del tipo de instrumento, matriz, muestra y solvente, incluso para su mismo analito.

𝑥=

𝑆𝑦 𝑚 𝑥

c) Límite de cuantificación: Es el límite de concentración más bajo para mediciones cuantitativamente precisas. 𝑆𝑦 10 𝑥 𝑥=( ) 𝑚 g) Da cuatro tipos de interferencias que se puedan presentar en absorción atómica y su probable solución. Interferencias espectrales: cuando la señal del analito se solapa con señales debidas a otros elementos o moléculas que hay en la muestra o flama u horno. Soluciones: escoger otra longitud de onda para realizar el análisis o emplear un monocromador con alta resolución: 0.005 a 0.01 nm. Interferencias químicas: Provocadas por cualquier componente de la muestra que puede disminuir el grado de atomización del analito. Soluciones:  

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Empleo de llamas con mayores temperaturas, con frecuencia en interferencias causadas por la formación de especies de baja volatilidad. Se pueden usar agentes liberadores, que son cationes que reaccionan de preferencia con el interferente y evitan su interacción con el analito. Ion estroncio o ion lantano. Usar agentes protectores: evitan la interferencia formando especies volátiles pero más estables con el analito. EDTA

Interferencias de ionización: los metales alcalinos tienen energías de ionización más bajas, por lo que son los que se ionizan a la flama. Solución: usar un supresor de ionización: elemento que se añade a la muestra para disminuir el grado de ionización del analito.

h) 1. Diagrama de un espectrofotómetro de absorción atómica.

2. Explica la función de cada una de sus partes. 1) Una fuente de radiación que emita una línea específica correspondiente a la necesaria para efectuar una transición en los átomos del elemento analizado. 2) Un nebulizador, que por aspiración de la muestra líquida, forme pequeñas gotas para una atomización más eficiente. 3) Un Quemador, en el cual por efecto de la temperatura alcanzada en la combustión y por la reacción de combustión misma, se favorezca la formación de átomos a partir de los componentes en solución. 4) Un sistema óptico que separe la radiación de longitud de onda de interés, de todas las demás radiaciones que entran ha dicho sistema.

5) Un detector, que sea capaz de transformar, en relación proporcional, las señales de intensidad de radiación electromagnética, en señales eléctricas o de intensidad de corriente. 

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6) Un amplificador o sistema electrónico, que como su nombre lo indica amplifica la señal eléctrica producida, para que en el siguiente paso pueda ser procesada con circuitos y sistemas electrónicos comunes. 7) Por último, se requiere de un sistema de lectura en el cual la señal de intensidad de corriente, sea convertida a una señal que el operario pueda interpretar (ejemplo: transmitancia o absorbancia). Este sistema de lectura, puede ser una escala de aguja, una escala de dígitos, un graficador, una serie de datos que pueden ser procesados a su vez por una computadora, etc.