La espectrometría atómica engloba diversas técnicas que permiten la determinación cualitativa y cuantitativa de elementos mediante la emisión y absorción de luz por átomos excitados. Se destacan la espectrometría por emisión atómica (EAA) y la espectroscopia de fluorescencia atómica (EFA), que son utilizadas para medir trazas de elementos en diferentes matrices. La atomización, crucial en estos métodos, permite la creación de espectros de emisión únicos que facilitan la identificación de elementos.

1. Sin embargo, con flamas como las de oxiacetileno y óxido
nitrosoacetileno, se pueden determinar más de 60 elementos
a pesar de que se cuenta con una pequeña fracción de
átomos excitados para la emisión.
En consecuencia, son pocos los elementos que se
pueden determinar. Sólo los metales alcalinos, son
relativamente fáciles de excitar, se determinan en forma
rutinaria por espectrometría de emisión de flama.
Espectrometría por emisión atómica (EEA)
Técnica basada en la emisión de luz por átomos (vapor
atómico) excitados térmicamente, con lo cual ascienden a
un nivel mayor de energía electrónica; luego, regresan a
su estado fundamental emitiendo fotones y creando
espectros de emisión. En este método, comúnmente la
fuente de energía de excitación es una flama, donde la
muestra se introduce en forma de solución. La intensidad
de la emisión es directamente proporcional a la
concentración del analito en la solución aspirada.
Espectrometría por fluorescencia atómica (EFA)
En una técnica en la cual las transiciones electrónicas de los átomos formados en una llama, horno o plasma son excitadas
por medio de la irradiación con un láser y al volver al estado fundamental, puede emitir fluorescencia y ser observada en
ángulo recto respecto al haz incidente. Un átomo excitado puede emitir la misma longitud de onda que absorbe, o puede
bajar a un estado inferior y emitir una longitud de onda mayor. Esta técnica es potencialmente más sensible que la EAA.
Ambas variables son difíciles de
determinar, pero manteniendo
constante la longitud de trayectoria,
la concentración del vapor atómico
será directamente proporcional a la
concentración del analito.
Es posible utilizar una curva de
calibración de concentración en
función de la absorbancia. La
desventaja de hacer mediciones por
EAA, es que para cada analito se
requiere una fuente diferente.
La EAA sigue la ley de Beer. Es decir,
la absorbancia es directamente
proporcional a la longitud de
trayectoria en la flama y a la
concentración del vapor atómico en
la muestra.
Espectrofotometría de absorción atómica (EAA)
Es una técnica basada en la absorción de luz por átomos gaseosos libres (vapor atómico) en una llama o en un horno;
algunos átomos son excitados térmicamente, pero casi todos permanecen en estado fundamental. En este estado
fundamental pueden absorber radiación de determinada longitud de onda producida en una fuente que contenga a ese
mismo elemento (lámpara de cátodo hueco). Es importante destacar que las longitudes de onda de la radiación emitida por
la fuente son las mismas que absorben los átomos en la flama.
El disolvente se evapora y deja el analito deshidratado, la cual se disocia en átomos gaseosos libres en estado fundamental.
Una fracción de ellos puede absorber energía de la flama y acceder a un estado electrónico excitado. Los niveles excitados
tienen corta duración y regresan al estado fundamental emitiendo fotones de longitudes de onda característica cuya energía
es igual a hυ y que se pueden detectar con un dispositivo convencional de monocromador-detector. Reacciones secundarias
en la flama pueden hacer disminuir la población de átomos libres, por tanto, la señal de emisión.
Tabla 1. Clasificación de los métodos espectroscópicos atómicos.
Orígenes de los espectros atómicos
La determinación espectroscópica de especies atómicas solo puede realizarse en medio gaseoso. Con átomos o iones en
fase gaseosa en que solo ocurren transiciones electrónicas, sus espectros de emisión no muestran una distribución continua
de longitudes de onda; más bien, producen líneas brillantes en distintas partes del espectro visible.
Es posible observar un espectro de emisión de
una sustancia al “energizar” una muestra de
material mediante energía térmica, o bien con
alguna otra forma de energía (como una
descarga eléctrica de alto voltaje).
Tipos de espectroscopia atómica:
Ciudad Bolívar, Venezuela Código: AnaIns-UV-C1 / Revisión: 00
Espectroscopia Atómica
#MicroClasesDeCastro / Agosto, 2021 / Por: José Luis Castro Soto
Referencias Bibliográficas
Chang, R., & Goldsby, K. (2017). Química (Duodécima ed.). México, D. F., México: McGraw-Hill Interamericana Editores.
Christian, G. (2009). Química Analítica (Sexta ed.). México: McGraw-Hill/Interamericana editores, S. A. de C. V.
Harris, D. (2016). Análisis Químico Cuantitativo (Tercera ed.). Barcelona, España: REVERTÉ.
Skoog, D., James, F., & Nieman, T. (2001). Principios de Análisis Instrumental (Quinta ed.). Madrid, España: McGraw Hill.
Skoog, D., West, D., Holler, F., & Crouch, S. (2015). Fundamentos de química analítica (Novena ed.). México D.F., México:
Cengage Learning Editores, S.A. de C.V.
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José Luis Castro Soto @MicroClasesDeCastro
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La espectrometría atómica se usa cuando se requieren
determinaciones de trazas de elementos. La contaminación
por metales pesados puede analizarse a partir de muestras
tomadas del medio ambiente, y es posible determinar
impurezas metálicas de muestras farmacéuticas.
En la industria del acero es necesario determinar
componentes secundarios y primarios. La técnica especial
que se use dependerá de la sensibilidad requerida, de la
cantidad de muestras por analizar y de si es necesario
medir uno o varios elementos.
Puede detectar o medir cantidades
de analito entre partes por millón
(ppm) y partes por billón (ppb). Para
concentraciones mayores ésta se
debe diluir para reducir las
concentraciones a ppm.
Alta eficiencia y reproductibilidad del
paso de atomización puede tener una
gran influencia sobre la sensibilidad,
precisión y exactitud del método. En
resumen, la atomización es un paso
crítico en la espectroscopia atómica.
Posee una gran sensibilidad,
capacidad de distinguir un elemento
de otro en muestras y de realizar
análisis multielemental simultáneo,
así como la facilidad de analizar
automáticamente muchas muestras.
Figura 1. AAnalyst 800. PerkinElmer®.
Introducción
En esta unidad estudiaremos la espectroscopia de átomos.
Estos métodos de espectroscopia son utilizados para la
determinación cualitativa y cuantitativa de más de 70 elementos
químicos. Como los átomos son la forma más sencilla y pura de
la materia y no pueden girar ni vibrar como lo hace una
molécula, sólo pueden efectuarse transiciones electrónicas
dentro de ellos cuando absorbe energía. Debido a que las
transiciones son discretas (están cuantizadas), lo que se
obtiene es un espectro de líneas o rayas.
Figura 2. Espectros de la luz blanca y espectros de emisión de
diversos elementos.
Espectros de emisión
Desde el siglo XVII, Newton demostró que la luz solar está formada de diversos componentes de color que al volver a
combinarlos producen la luz blanca, los científicos han estudiado las características de los espectros de emisión, es decir, los
espectros continuos o de líneas de radiación emitida por las sustancias.
En este sentido, el primer paso en la espectroscopia
atómica es la atomización, un proceso en el cual una
muestra es volatilizada y descompuesta de tal forma que
se producen átomos individuales y/o iones elementales en
fase gaseosa, se encuentran bien separados uno de otro.
Estos espectros de líneas corresponden a la emisión de luz
a ciertas longitudes de onda. Cada elemento tiene un
espectro de emisión único que pueden emplearse para
identificar átomos, de la misma forma en que las huellas
dactilares identifican a una persona.
En los primeros años sólo se usaban flamas
relativamente frías. Las flamas sólo excitan una pequeña
fracción de átomos. Sin embargo, esa fracción excitada
aumenta al elevarse la temperatura.
Figura 4. Tipos de espectroscopia atómica.
Fuente: Skoog, West, Holler, & Crouch, (2015).
Figura 3. Procesos que se efectúan en una flama.
Fuente: Christian, (2009).
Fuente;
Harris,
(2016).
Fuente: Skoog, West, Holler, & Crouch, (2015).