Autores como Brode (Brode, 1952) y Skoog (Skoog, 2000),
entre otros, concuerdan en que, según sea la forma de
energía que interaccione con la materia, los
métodos
instrumentales pueden clasificarse en:
Ópticos: Basados en la
interacción entre la materia y la radiación
electromagnética, desde los rayos X hasta las
microondas. Parte de esta radiación puede ser
absorbida por la materia y desprendida en forma de calor. La
radiación puede ser dispersada o remitida con o sin
cambio de longitud de onda. Puede también haber un
cambio en las propiedades de la radiación. La muestra
puede emitir radiación electromagnética bajo
condiciones determinadas de excitación.Eléctricos: Se basan en la
interacción materia-energía eléctrica.
Métodos potenciométricos (celdas
galvánicas).
Otros grupos:
Magnéticos: Basados en la
medida de alguna propiedad magnética. Ejemplo:
resonancia magnética nuclear.Nucleares: Divididos en dos grupos:
los que utilizan los radioisótopos como fuentes de
radiación y los que los emplean como
trazadores.Térmicos: Se basan en la
medición del calor absorbido o desprendido.
1. Propiedades de la radiación
electromagnética
Resulta de vital importancia enfatizar en algunos
aspectos sobre la radiación
electromagnética, por su repercusión en la
espectroscopía en general y, en particular, en la de
emisión atómica. Autores como Olsen (Olsen, 1990) y
Rouessac (Rouessac, 2006) explican que la radiación
electromagnética es un tipo de energía que se
transmite a enormes velocidades por el espacio y que adopta
muchas formas, aunque las más conocidas son la luz y el calor
radiante. Otras manifestaciones menos conocidas son los rayos X, la
radiación ultravioleta visible, las microondas,
etc., que son también muy utilizadas en la
caracterización de materiales.
Muchas de las propiedades de la radiación
electromagnética se describen con certeza según el
modelo
clásico de los fenómenos ondulatorios. Este modelo
considera la radiación electromagnética como una
serie de ondas
constituidas por un campo
eléctrico perpendicular entre sí y a la
dirección de propagación de dicha
onda (Otting, 1952; Monk, 2001).
También se está de acuerdo en que a
diferencia de otros fenómenos ondulatorios como el
sonido, la
radiación electromagnética no necesita un medio
soporte para su propagación por lo que se transmite
fácilmente en el vacío. Pero este modelo
ondulatorio no es capaz de explicar ciertos fenómenos que
suceden cuando interacciona la radiación
electromagnética con la materia, como la absorción
y emisión de dicha radiación. Para explicar estos
fenómenos es necesario considerar que la radiación
electromagnética es una corriente de paquetes discretos de
energía. Estos paquetes de energía se comportan
como partículas individuales, llamadas fotones. Cada
fotón se caracteriza por una frecuencia. Estas dos formas
de ver la radiación electromagnética como
partícula y como onda no se excluyen sino que se
complementan (Vogel, 1974; Arribas, 2006).
La espectroscopia es la medición e interpretación de la radiación
electromagnética absorbida, dispersada o emitida por
átomos, moléculas u otras especies químicas.
Estos fenómenos están asociados con cambios en los
estados de energía de las diferentes especies. Por
consiguiente, dado que cada especie posee estados
energéticos característicos, la
espectroscopía puede utilizarse para identificarlas
(Bermejo, 1990; Skoog, 2001).
El método
espectroscópico se ha usado durante largos años
para el reconocimiento sensible de muchos elementos. El análisis del espectro con fines
cuantitativos fue introducido por Lockyer y Roberts en 1873, pero
estos tuvieron poca repercusión. Posteriormente la
introducción del principio de
estandarización interna propuesta por Gerlach en 1925
determina un nuevo período en la elaboración de
procedimientos
analíticos cuantitativos y, desde entonces, se ha
desarrollado en sumo grado (Catasús, 1985; Svanberg,
2001).
Las intensidades de las diferentes líneas de un
elemento son diferentes y en general la intensidad de una
línea dada es proporcional a la concentración,
siempre que se mantengan constantes las condiciones de
excitación de la muestra.
Fotografiando el espectro a diversa diluciones de la muestra, es
posible apreciar de un modo aproximado la concentración
del elemento. El método más exacto (método
estándar interno) es en cual se determina la intensidad de
una línea por medio de un método
fotocolorimétrico y se compara con una línea
próxima de otro elemento presente, a una
concentración constante. El patrón interno es un
elemento que puede encontrarse en concentraciones mayores que el
problema, su concentración es entonces
prácticamente independiente de las variaciones de
composición de la muestra (Delahay, 1970; Arribas,
2006).
El método de estándar interno constituye
la clave de las aplicaciones de la espectroscopia al
análisis cuantitativo, está basado en la
comparación de la densidad de la
línea del elemento de concertación desconocida con
la densidad de la línea de un elemento de
concentración conocida (Catasús, 1985).
Autores como Delahay (Delahay, 1970) y Skoog (Skoog,
2005) expresan que el patrón interno debe seguir
determinadas reglas, se puede citar que la velocidad de
volatilización del patrón y del problema no deben
ser muy distintas; la línea del patrón no debe
presentar auto-absorción; las longitudes de onda de la
línea patrón y la línea problema deben ser
aproximadamente las mismas; ambas líneas deben tener
energía de excitación similares etc.
Espectroscopía de emisión
atómica
Los métodos espectroscópicos
atómicos se basan en la interacción entra la radiación
electromagnética y la materia (fenómenos de
absorción, emisión y fluorescencia por parte de
átomos o iones). La espectroscopía de
emisión atómica (E.E.A.), 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 (del orden de 10-6 s.), 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 (Pombo, 1984; Ewing, 1990). Esto ocurre cuando una
muestra es sometida a una descarga eléctrica suministrada
por una fuente de excitación. Según lo expresado
por Catasús (Catasús, 1985) y Burriel (Burriel,
2003) el proceso
descrito puede expresarse de acuerdo a la condición de
frecuencia de Bohr (postulado propuesto por este
científico, como parte de su teoría
sobre el átomo en 1913). Si E1 y E2 son los estados
inicial y final respectivamente, la energía emitida se
expresará como:
(1)
Donde
h : constante de Planck
12:
frecuencia de la radiación emitida
Autores como Willard (Willard, 1967) y Rouessac
(Rouessac, 2006) expresan, que, 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 espectroscopía 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. La espectroscopia no al ser
excitada la muestra, se rompe la estructura e
ioniza el átomo. Como consecuencia de lo señalado
anteriormente se puede concluir que, esta técnica no es
útil para la determinación del estado
químico de combinación.
Catasús (Catasús, 1985) y Skoog (Skoog,
2001) señalan que el análisis cuantitativo por este
método no depende del estado de oxidación, en los
átomos no existen tránsitos rotacionales, ni
vibracionales; por tanto, se obtienen espectros de líneas
(líneas más finas) a una determinada longitud de
onda característica de cada elemento. Debido a esto, el
método es válido para análisis
cualitativo.
En Espectroscopia de Emisión Atómica la
cantidad física
que es usada para caracterizar y medir la concentración
que será determinada, se refiere como
intensidad.
La Intensidad es una de las palabras más usadas
en espectroscopia y también en el análisis
espectroquímico. Se habla de intensidad de la línea
del espectro, del fondo, de la banda de absorción de un
rayo de luz, etc. La intensidad guía en la
dirección de energía o potencial.
El análisis cuantitativo determina la
concentración o cantidad de una sustancia a partir de una
medición, que puede ser la lectura de
un voltímetro, que se refiere a la energía
radiante, en mediciones fotográficas. En la
práctica no es necesario decir que tipo de energía
radiante se está midiendo. Entonces la expresión
intensidad puede ser empleada para expresar la fuerza
relativa de una línea espectral. Luego la intensidad de
una línea espectral o del fondo es una expresión
relativa al referirse a la cantidad medida por el receptor de
dicha señal. La dimensión es pues la unidad.
Generalmente no es necesario referirse a unidades pues queda
explicito en el término intensidad por su valor relativo
respecto a otra línea de referencia interna en el espectro
usado (Gordy, 1953; General Atomic Emission Spectroscopy,
2007).
La base del análisis cuantitativo por
emisión atómica lo constituye la simple
relación empírica entre el contenido de un elemento
en la muestra y la intensidad de la línea espectral de
dicho elemento, característico para una longitud de onda
determinada, en la zona del espectro analizada. Esta
relación se conoce usualmente como la ecuación de
Lomakim-Scheibe (ecuación (2)).
I = a * Cb (2)
I = intensidad de la línea espectral
C = contenido del elemento
a = coeficiente de proporcionalidad
Donde se asume en principio que la intensidad es
proporcional a la concentración. Las desviaciones de esta
proporcionalidad están causadas fundamentalmente por la
autoabsorción, tomada en cuenta a través del
exponente b (Catasús, 1985). Cuando el registro es
fotográfico la ecuación, se representa
gráficamente en coordenadas logarítmicas
(ecuación (3).)
Lg I = b * lg C + lg a (3)
En la espectroscopía de emisión, son los
electrones de valencia de los elementos los que se excitan, para
dar lugar a espectros atómicos formados por picos bien
definidos y estrechos, empleándose como líneas
analíticas las líneas últimas o de
referencia (Willard, 1995, Arribas, 2006).
Se reportan una serie de ventajas para este
método (Delahay, 1970), entre ellas:
Excelente método para el análisis de
trazas (contenidos <1 mg·l-1)Empleado la determinación de metales,
metaloides y otros elementos.Es suficiente para la determinación una
pequeña cantidad de muestra (un nanogramo es
suficiente).Determinación simultáneamente varios
elementos, sin necesidad de separaciones previas.Es un método rápido y
fácilmente automatizado.La exactitud y la precisión suele ser del 2
%
Se reportan además las siguientes
desventajas:
Equipamientos relativamente caros.
Destrucción total de la muestra, cuando es en
polvo.Se realiza solo la determinación en forma de
elementos.
Según Hernández (Hernández, 2002)
las fuentes de
energía para la emisión pueden ser provocada por
energía térmica o eléctrica, se puede
afirmar que la fuente de energía ejerce una gran
influencia en el tipo e intensidades de los picos que constituyen
el espectro de cada uno de los elementos. De acuerdo a lo
anterior se puede decir que la fuente de energía tiene dos
funciones:
Debe proporcionar suficiente energía como
para convertir los compuestos en átomos e iones
gaseosos. En este proceso es importante que la
distribución de los elementos en el vapor se relacione
reproduciblemente con la concentración y la
distribución en la muestra.Debe proporcionar suficiente energía como
para excitar los electrones de los átomos gaseosos de
forma también reproducible.
Al excitar a una sustancia (Ewing, 1990) se obtiene un
espectro de emisión típico, es más o menos
como el de una llama de O2 y H2, donde se observan tres tipos de
radiación o espectros:
De líneas estrechas y bien
definidas.De bandas.
Continuo.
Los espectros de líneas se deben a emisiones
atómicas o iónicas. En relación a ello
Willard (Willard, 1967) expone que sólo existen niveles
electrónicos en los átomos y, por lo tanto, las
emisiones procedentes de ellos serán picos más o
menos estrechos y bien definidos.
Por su parte Skoog (Skoog, 2001) indica que los
espectros de bandas se deben a emisiones de radicales o
moléculas sencillas. Pero en realidad, son espectros de
líneas que se superponen y que el instrumento no es capaz
de resolver (Spectro, 2007). Estos espectros de bandas se
eliminan utilizando fuentes de energía a mayor temperatura,
que romperán los radicales.
Se conoce que a partir de 350 nm aparece un espectro
continuo (fondo), debido a que al calentar los sólidos
hasta incandescencia; ocurre una reacción térmica
que se conoce como la radiación de cuerpo negro, la cual
depende más de la temperatura a que se somete al
sólido, que del material con que esté hecho y se
genera por las múltiples oscilaciones atómicas y
moleculares que produce la energía térmica en el
sólido condensado (Olsen, 1990; Rodríguez, 2007).
Además los espectros de picos y de bandas aparecen
superpuestos a este espectro.
i. Energía de
excitación
Es evidente que para que un elemento en estado de
oxidación cero emita una única línea
espectral, es necesario que previamente haya absorbido una
energía equivalente a su potencial de excitación,
que es la energía necesaria para subir un electrón
del estado fundamental al primer estado excitado (Pombo, 1984;
Ramírez, 2005).
Pero para que un elemento muestre una emisión
completa, debe absorber una energía equivalente a su
potencial de ionización. Como cada fuente de
energía tiene una cantidad de energía fija, los
potenciales de ionización pueden servir como vía
para conocer las sensibilidades relativas de los distintos
elementos en espectroscopía de emisión. Así,
aquellos elementos que tienen bajos potenciales de
ionización (ejemplo: alcalinos) se podrán
determinar con gran sensibilidad, mientras que los elementos no
metálicos con alto potencial de ionización se
determinarán con poca sensibilidad, como puntualiza
(Blanco, 1990; Aga Fano, 2007).
Sin embargo, con una fuente bastante energética,
se puede excitar a todos los elementos. Aparte del problema de la
baja sensibilidad, los elementos con alto potencial de
ionización tendrán también líneas muy
energéticas y emitirán en la zona del ultravioleta.
Por ello, sólo se determinan en espectroscopía unos
70 elementos (metales y
metaloides) como puntualiza (Field, 1995).
Por lo expresado anteriormente se puede concluir que la
complejidad de los espectros de emisión dependerá
de la configuración electrónica del elemento, por lo que los
metales alcalinos presentan espectros muy simples, mientras que
los de transición los presentan muy complejos, como
concuerdan en expresar (Blanco, 1990; Svanberg, 2001).
(Skoog, 2001) indica que la sensibilidad en
espectroscopía de emisión es inversamente
proporcional a la complejidad del espectro. Como se conoce, el
espectro de emisión, al igual que el de absorción,
es diferente si el elemento es neutro o es iónico. Luego,
se puede señalar que el que predomine, el espectro de la
especie neutra o de un ión determinado del analito,
dependerá de la fuente de energía. Se dice (Skoog,
2005) que, si la fuente de energía proporciona
energía en exceso al primer potencial de
ionización, un analito puede dar lugar a un átomo
bivalente, la mayor parte de los átomos van a estar como
átomos monovalentes y, por tanto, el espectro que va a
dominar va a ser el del átomo monovalente. Sin embargo si
la fuente proporciona energía en exceso superior al
segundo potencial de ionización, el que predomine
será el correspondiente al espectro del ión
bivalente.
ii. Fuentes de
excitación
Esencialmente existen varias fuentes de
excitación utilizadas en la espectroscopia de
emisión atómica (Delahay, 1970; Montes de Juan,
2004) entre ellas: la llama, el arco eléctrico de corriente alterna
(c-a), el arco eléctrico de corriente directa (c-d), y la
chispa eléctrica. Cada uno tiene ventajas y aplicaciones
especiales. Sin embargo, la función de
cada unidad de excitación es que la muestra se vaporice y
excitar los electrones en los átomos vaporizados a niveles
de energía superiores.
La llama proporciona una menor temperatura por lo que
solo se excitarán unas cuantas líneas,
principalmente los elementos con baja energía de
ionización, como los metales alcalinos y alcalinos
térreos, pero esto puede constituir una ventaja, ya que
las interferencias que pueden producir otros elementos quedan
eliminadas al estos no emitir energía (Olsen, 1990;
Rodríguez, 2007).
El arco eléctrico con corriente directa (c-d),
producido por un voltaje entre 50 – 300 Voltios, es un
método común para introducir la muestra en la
descarga. La vaporización tiene lugar por el calentamiento
causado por el paso de la corriente. Las temperaturas del arco
está en un rango de 4000 – 8000 ºK Las líneas
de emisión producidas son, principalmente, aquellas
debidas a átomos neutros. Según algunos autores
(Willard, 1967; Kellner, 2004) esta fuente es muy sensible, con
una buena relación línea-fondo. Generalmente se usa
para la determinación e identificación de
sustancias presentes en una muy baja concentración, ya que
puede detectar elementos con bajo límite de
detección.
El arco eléctrico con corriente alterna de alto
voltaje, emplea un potencial de diferencia de 1000 Voltios o
más. Tiene un transformador que está equipado con
dos espirales secundarios para proveer ya sea 5 Amperes a 2750
Voltios o 2,5 Amperes a 5500 Voltios. El arco eléctrico es
establecido a una distancia de 0,5 – 3 mm. Para resultados
reproducibles, deben ser cuidadosamente controlados la
separación de los electrodos, el potencial y la corriente
(Willard, 1967).
La chispa eléctrica con corriente alterna da
energías da excitación mucho más altas que
el arco, con menor efecto de calentamiento. La chispa se produce
conectando un transformador de alto voltaje (10 – 15 kV) a
través de los dos electrodos. Generalmente se conecta un
condensador en paralelo con la abertura de la chispa con el
objetivo de
aumentar la corriente. Según Willard (Willard. 1995), la
chispa es la fuente preferida siempre que se requiera una gran
precisión, más que una sensibilidad. Han sido
propuestos varios tipos de fuentes de chispa, cada uno con usos
especiales. Ellos difieren, principalmente, en el mecanismo
empleado para disparar el rompimiento de la abertura
analítica, de manera que se provean una serie de
rompimientos discretos e idénticos. En la espectroscopia
de emisión por chispa, uno de los electrodos suele ser la
propia muestra. Se volatilizan cantidades muy pequeñas de
muestra, siendo una fuente de excitación muy estable y
reproducible, apta principalmente para el análisis
cuantitativo de muestras metálicas. Con esta fuente se
forman principalmente iones excitados, por lo que se consiguen
espectros iónicos. Esta es más reproducible y
estable que el arco. (Hernández, 2002).
En la actualidad para disociar moléculas en
átomos neutros, se utilizan otras fuentes térmicas
además de llamas, hornos y otros tipos de descargas
eléctricas llamadas plasmas, que han sido usadas como
fuentes de atomización y excitación para la
Espectroscopía de Emisión Atómica. Estas
técnicas incluyen el Plasma Inductivamente Acoplado (ICP)
y el Plasma Acoplado Directamente (DCP) (Rubinson,
2001).
El plasma está constituido por un gas fuertemente
ionizado. En la tierra no
existe, pero sí en la corona solar y espacios
interesterales, donde se permite alcanzar temperaturas de 5 000 a
10 000 ºK. El número de átomos excitados y los
distintos niveles de excitación son muy grandes. Los
plasmas analíticos reciben distintos nombres, haciendo
referencia a como se forman. DCP es el plasma eléctrico de
corriente continua. Generalmente se usa como gas
plasmógeno Argón o Helio. El Helio alcanza mayores
temperaturas pero tiene menor densidad, al producirse la
nebulización la capacidad es menor que la del
argón. El movimiento en
función de que sea un campo eléctrico,
magnético, o ambos dará lugar a los diferentes
tipos de plasma (Ewing, 1990; Harvey, 2002).
Las fuentes de plasma ofrecen varias ventajas comparadas
con los métodos de llama y electrotérmicos. Una de
las ventajas constituye la de ser una técnica para
elementos múltiples y tiene un amplio rango de trabajo. Las
fuentes de plasma actuales (DCP) brindan un método mucho
más fácil para la manipulación de muestras
gaseosas y líquidas. El espectro para docenas de elementos
puede ser registrado al mismo tiempo, algo muy importante cuando
la muestra es pequeña. Las fuentes de plasma
también permiten la determinación de no metales
como cloro, bromo, yodo y azufre (Ramírez, 2005;
Espectroscopia, 2007).
Las altas temperaturas alcanzadas aumentan el
número de elementos que se pueden determinar, tanto
cualitativa como cuantitativamente, ya que la temperatura se
puede estabilizar. Presenta una gran versatilidad, exactitud y
reproducibilidad, permitiendo trabajar con pequeños
volúmenes de muestra, rebajando considerablemente los
límites
de detección. Se emplea en el análisis de metales,
líquidos biológicos, usándose junto a la
cromatografía de gases en la
determinación del plomo en sangre,
arsénico, antimonio, plomo en aire y agua. (Doidge,
2007).
iii. Métodos de la
Espectroscopía de Emisión
Atómica
Varios autores entre los que se encuentran Chritian
(Chistian, 1994) y Rubinson (Rubinson, 2001) señalan que
la espectroscopía de emisión se basa en la
atomización de las sustancias con plasma, arco y chispa,
pues en estas las fuentes son de mayor energía. De acuerdo
a este planteamiento se distinguen cuatro tipos de
métodos:
Plasma acoplado inductivamente
Arco eléctrico
Chispa eléctrica
Al analizar estas fuentes se aprecia que son más
energéticas, que la llama, en las que se alcanzan
temperaturas más elevadas, lo cual permite que se puedan
realizar determinaciones simultáneas de muchos elementos
en una única condición experimental, como indica la
literatura
especializada (Skoog, 2005). Además, estas temperaturas
son capaces de excitar elementos refractarios, que son compuestos
difíciles de descomponer térmicamente, como son el
B, P, W, V, incluso, pueden determinar algunos no metales como el
S, Cl, Br, I, según indica Hernandez (Hernández,
2002). Svanberg (Svanberg, 2001), por su parte, dice que estas
técnicas son complementarias a la de absorción
atómica, ya que esta es difícil de sustituir
completamente, pues constituye un método más
simple, barato y preciso.
Harris (Harris, 2001)) expresa que la fuente de plasma
es más reproducible que la de arco y chispa. Pero, sin
embargo, se conoce que la de arco y chispa presentan otra
ventaja, y es que la muestra puede estar en estado sólido,
aspecto que resulta de mucho interés en
los casos en que se analizan metales o aleaciones de
dichos metales, así como minerales.
En un espectrómetro de plasma la muestra puede
ser una disolución aunque a veces se puede utilizar en
forma sólida (los aparatos han de disponer de hornos para
la volatilización). Mediante una bomba peristáltica
la muestra es arrastrada con un ángulo de 90º al gas
plasmágeno. Se alcanzan altas temperaturas y el espectro
es rico en líneas. Se utiliza un monocromador con gran
poder de
dispersión y como detector tubos multiplicadores (Harvey,
2002).
iv. Equipos empleados en Espectroscopia de
Emisión Atómica (EEA)
En 1859, señala (Kolthoff, 1975; Ramírez
2005) que los científicos alemanes Gustav Robert Kirchhoff
y fueron los primeros en darse cuenta de
que cada elemento emite y absorbe luz de colores
característicos, que componen su espectro. Desarrollaron
el espectroscopio de prisma en su forma moderna y lo aplicaron al
análisis químico. Este instrumento, que es uno de
los dos tipos principales de espectroscopio, está formado
por una rendija, un conjunto de lentes, un prisma y un ocular. La
luz que va a ser analizada pasa por una lente colimador, que
produce un haz de luz estrecho y paralelo, y a
continuación por el prisma. Con el ocular se observa, una
serie de imágenes
de la rendija, conocidas como líneas espectrales, cada una
con un color diferente,
porque el prisma separa la luz en los colores que la
componen.
Un segundo tipo de espectroscopio usado habitualmente es
el espectroscopio de red, empleado por primera
vez a comienzos del siglo XIX por el físico
alemán Joseph Von Fraunhofer, según se describe en
la literatura (Rodríguez, 2007). En estos instrumentos, la
luz se dispersa mediante una red de difracción
en lugar de un prisma.
Una red de difracción es una superficie especular
de metal o vidrio sobre la
que se ha trazado con un diamante un elevado número de
líneas paralelas. Una buena red tiene una gran potencia
dispersiva, por lo que permite mostrar detalles mucho más
finos en los espectros. Las líneas de la red de
difracción también se pueden trazar sobre un espejo
cóncavo, de forma que la red sirva al mismo tiempo para
enfocar la luz y sea innecesario el uso de lentes. En un
espectroscopio de este tipo, la luz no necesita pasar por ninguna
sustancia transparente, por lo que estos instrumentos se emplean
en toda la región ultravioleta y en la región de
rayos X (Delahay, 1970).
Por su parte Robinsón (Rubinsón, 2000)
reporta que en un espectrógrafo, la lente se sustituye por
una cámara fotográfica. No hace falta fotografía
en color para identificar las imágenes de la rendija. Se
pueden calcular sus longitudes de onda, a partir de sus
posiciones en la película fotográfica. Los
espectrógrafos son útiles en las regiones
ultravioleta y visible del espectro, y también en la zona
infrarroja hasta los 1 200 nm. La espectroscopia en las zonas
extremas del ultravioleta y el infrarrojo es similar a la de la
zona visible; sin embargo, el vidrio no transmite esas
radiaciones, por lo que las lentes y prismas tienen que ser de
cuarzo, fluorita,
silvina o sal de roca. Las lentes también pueden
sustituirse por espejos cóncavos. Para esas longitudes de
onda es necesario utilizar emulsiones fotográficas
especiales. Estos métodos permiten investigar el espectro
ultravioleta hasta longitudes de onda inferiores a los
60 nm; los espectros de infrarrojos pueden investigarse con
métodos especiales en zonas más allá de los
0,01 nm.
Los equipos de emisión atómica (Spectro,
2007) son capaces de dar el porcentaje de un número de
elementos directamente en un corto tiempo. Cualitativamente, un
equipo es capaz de detectar 0,001 %, o menos, de la
mayoría de los iones metálicos y de algunos no
metales, como el P, Si y C.
El equipamiento utilizado en este análisis, en su
conjunto, está constituido por la fuente de
excitación, sistema
dispersivo (rendija, lentes o espejos, etc.) y el sistema de
registro.
Dependiendo del sistema registrador empleado, estos
equipos se clasifican en: estiloscopio (registro visual),
espectrógrafo (registro fotográfico) y
espectrómetro (registro fotoeléctrico). (Pombo,
1984, Montes de Juan, 2004).
En la actualidad los espectrógrafos no son muy
comunes, debido al engorroso trabajo que conlleva tanto el
revelado de las placas fotográficas, como la
determinación cuantitativa. Los espectrómetros
permiten obtener directamente resultados, que pueden darse en
forma de registrogramas y en caso de necesidad en forma de
magnitudes proporcionales a la intensidad de la línea
espectral. La dependencia de la corriente fotoeléctrica
del valor del flujo luminoso incidente es lineal dentro de
límites muy amplios, lo que evita una graduación
complicada del sistema de medición. Ofrecen mediciones
más exactas (precisión relativa de hasta un 0,1 %).
Además, los aparatos fotoeléctricos permiten
penetrar algo más lejos en la región infrarroja
cercana, comparado con las fotoemulsiones sensibles.
En la década del 80, del siglo pasado, la firma
SPECTRO entró en el mercado con el
primer analizador estacionario de metales. Esta firma
señala las ventajas analíticas que brindan el
sistema multi-óptico, que permite la determinación
simultánea de varios elementos, la economía de tiempo y el empleo de una
atmósfera inerte (Argón). Con las cuales el
Spectrolab ganó la aceptación en el mercado,
especialmente en la industria
metalúrgica y la de reciclaje.
Por otra parte los espectrógrafos de red plana,
producidos en Alemania en la
década del 80, dejaron de ser producidos, entre otros
aspectos debido al sistema de registro, que empleaba placas
fotográficas, que requerían de reactivos especiales
para su revelado, y encarecían el análisis,
así como por los tiempos requeridos en el análisis.
Estos aspecto que influyeron en el desarrollo del
este trabajo.
La firma SPECTRO, en la actualidad, comercializa varios
equipos de espectrometría por Emisión Óptica
en varios métodos, entre ellos los de arcos
eléctricos (mejor conocidos como equipos de chispa) para
análisis de metales en control de
procesos
(SPECTRO, 2007).
Figura 1: Spectrolab de sobremesa
multibase, para análisis de Laboratorio
(Spectrolab, 2007)
Conclusiones
1. En la espectroscopía de
emisión, son los electrones de valencia de los
elementos los que se excitan, para dar lugar a espectros
atómicos formados por picos bien definidos y
estrechos, empleándose como líneas
analíticas las líneas últimas o de
referencia. Permite la determinación de metales y
algunos metaloides, con una exactitud del orden del 2 %,
mediante el empleo de muestras sólidas en el caso de
los metales y sus aleaciones y muestras en forma de polvo,
ligadas con grafito u otro buffer como las sales de metales
alcalinos.2. Existen varias fuentes de excitación
utilizadas en la espectroscopia de emisión
atómica entre ellas se encuentran: la llama, el arco
eléctrico de corriente alterna (c-a), el arco
eléctrico de corriente directa (c-d), y la chispa
eléctrica. Cada uno tiene ventajas y aplicaciones
especiales. Sin embargo, la función de cada unidad de
excitación es que la muestra se vaporice y excitar los
electrones en los átomos vaporizados a niveles de
energía superiores.3. Las fuentes de plasma ofrecen varias
ventajas comparadas con los métodos de llama y
electrotérmicos. Una de las ventajas constituye la de
ser una técnica para elementos múltiples y
tiene un amplio rango de trabajo. Las fuentes de plasma
actuales (DCP) brindan un método mucho más
fácil para la manipulación de muestras gaseosas
y líquidas. El espectro para docenas de elementos
puede ser registrado al mismo tiempo, algo muy importante
cuando la muestra es pequeña. Las fuentes de plasma
también permiten la determinación de no metales
como cloro, bromo, yodo y azufre.4. En la década del 80, del siglo
pasado, la firma SPECTRO entró en el mercado con el
primer analizador estacionario de metales. Esta firma
señala las ventajas analíticas que brindan el
sistema multi-óptico, que permite la
determinación simultánea de varios elementos,
la economía de tiempo y el empleo de una
atmósfera inerte (Argón). Con las cuales el
Spectrolab ganó la aceptación en el mercado,
especialmente en la industria metalúrgica y la de
reciclaje.
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Traducción de la cuarta edición en
inglés Grupo Editorial Iberoamericana; México;
1995
Autor:
Pino Rivero, L.;
Pino González, C.;
Castellano Hernández,
G.
Universidad Central "Marta Abreu" de Las
Villas
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