El documento describe distintos métodos de generación de plasma y su aplicación en la atomización de muestras para análisis químico. Se discuten características y fases del proceso de atomización, así como la importancia de la temperatura y la velocidad de combustión en la estabilidad de la llama. También se menciona el uso del plasma de acoplamiento inductivo como un atomizador eficaz en espectroscopia de emisión.

1. Existen otras formas de generar un plasma mediante la
aplicación de: corriente continua de alto voltaje (plasma
DCP, de arco o chispa), corriente alterna (plasma ACP),
radiación de microondas (MIP) y descargas luminiscentes
en las superficies metálicas.
Los plasmas se utilizan tanto para la excitación de
muestras liquidas como sólidas, existen antorchas con
diseños especiales que permiten la introducción de
suspensiones o disoluciones con alto contenido de solidos
sin que se produzcan bloqueo de las mismas.
@jlcastros78 Micro Clases de Castro
José Luis Castro Soto @MicroClasesDeCastro
@MClasesDeCastro
6) Indudablemente se producen otras especies (moléculas y
átomos) en la llama como resultado de las interacciones del
gas combustible con el gas oxidante y con las distintas
especies de la muestra.
7) Una fracción de las moléculas, átomos e iones
también se excitan por el calor de la llama,
produciéndose así espectros de emisión
moleculares, atómicos e iónicos.
Ciudad Bolívar, Venezuela Código: AnaIns-UV-C4 / Revisión: 00
Métodos de Atomización (Parte 1)
#MicroClasesDeCastro / Septiembre, 2021 / Por: José Luis Castro Soto
Tabla 4. Propiedades de las llama.
Acetileno
Acetileno
Hidrógeno
Hidrógeno
Gas natural
Gas natural
Combustible
Acetileno
Fuente: Skoog, James, & Nieman, (2001).
158 - 266
900 - 1400
300 - 440
370 - 390
39 - 43
Velocidad de combustión (cm·S-1)
1100 - 2480
285
2600 - 2800
2100 - 2400
2550 - 2700
2000 - 2100
2700 - 2800
1700 - 1900
Temperatura (ºC)
3050 - 3150
Óxido nitroso
Aire
Oxígeno
Aire
Oxígeno
Aire
Oxidante
Oxígeno
Ejemplo, al utilizar aire como oxidante se obtienen temperaturas de 1700 a 2400ºC con varios combustibles. A estas
temperaturas sólo muestras de fácil descomposición atomizan. En la mayoría de las muestras refractarias, se utiliza oxigeno
u óxido nitroso, estos oxidantes producen temperaturas de 2500 a 3100ºC con los combustibles habituales. Sin embargo,
todas las fuentes de llama se mantienen a temperaturas relativamente bajas comparadas con plasma de argón o de helio.
Introducción
Los dispositivos de atomización debe efectuar la compleja tarea de convertir la especie del analito en átomos libres, iones
elementales o ambos, en fase gaseosa. Estos dispositivos son clasificados en: Atomizadores Continuos y Atomizadores
Discretos. En los primeros, las muestras se introducen de manera continua, como llamas y los plasmas, mientras que en los
segundos, con un dispositivo como una jeringa o un automuestreador.
Tipos de llama
Pueden utilizarse una amplia variedad de gases combustibles y oxidantes para generar una llama, y estas pueden variar
dependiendo de sus mezclas. En consecuencia, dependiendo de la temperatura que se desea alcanzar así como de los
elementos que quieran determinar, se puede elegir la mezcla más apropiada (ver tabla 4).
a)Si el caudal no sobrepasa la
velocidad de combustión, la
llama se propaga hacia el interior
del mechero, dando un fogonazo.
c)A un caudal más elevado, la
llama sube y al final alcanza un
punto donde se aparta del
mechero y se apaga.
b)Al aumentar el caudal la llama sube
hasta un punto por encima del quemador
donde caudal y velocidad de combustión
se igualan, dando una llama estable.
Velocidad de combustión
La velocidad de combustión, es un considerado un factor de gran importancia porque las llamas sólo pueden ser estables en
ciertos intervalos de caudal (ver tabla 4).
Mechero de flujo laminar
El mechero de flujo laminar o de ranura se emplean en
espectroscopia de emisión, absorción y fluorescencia atómica.
Proporcionan una llama estable y larga, generalmente entre 5 y
10 cm de longitud (ver figura 11). Estas propiedades tiende a
aumentar la sensibilidad y la reproducibilidad.
Figura 11. Mechero de flujo laminar o de ranura.
Fuente: Skoog, D., James, F., & Nieman, T. (2001).
Atomización con llama
Las llamas, como sistema de atomización poseen un alto
grado de fiabilidad. Sin embargo, como los gases de la llama
diluyen la muestra, se necesitan una llama con trayectoria
larga para obtener altas sensibilidades; la absorción aumenta a
medida que se incrementa la longitud de paso óptico. Para ello
se utiliza un mechero de flujo laminar.
1. Nebulización. La muestra en disolución es nebulizada
comúnmente mediante un nebulizador de tubo concéntrico
y se transporta por la cámara de mezcla.
2. La niebla formada por un flujo de gas oxidante, se mezcla
con el combustible y pasa a través de una serie de
deflectores que eliminan las gotas de disolución más
grandes. En consecuencia, la mayor parte de la muestra se
recoge en el fondo de la cámara de mezcla, donde se
drena hacia un contenedor de desechos.
3) Desolvatación, etapa en el que evapora el disolvente hasta
producir un aerosol molecular sólido finamente dividido. El
aerosol es transportado al quemador por la mezcla de gas
oxidante - combustible se queman en el mechero.
4) Disociación, de las mayoría de estas moléculas producen
un vapor atómico.
5) La mayoría de los átomos así formados se ionizan
originando cationes y electrones. Fuente: Skoog, D., James, F., & Nieman, T. (2001).
Figura 12. Diagrama de las etapas de atomización.
Proceso de atomización
Referencias Bibliográficas
Christian, G. (2009). Química Analítica (Sexta ed.). México: McGraw-Hill/Interamericana editores, S. A. de C. V.
Rubinson, K., & Rubinson, J. (2001). Análisis Instrumental. Madrid, España: PEARSON Educación.
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.
Una vez formados los iones de argón en un plasma, son
capaces de absorber la suficiente energía de una fuente
externa como para mantener la temperatura a un nivel tal
que la posterior ionización sustente el plasma
indefinidamente: la temperatura puede llegar a 10000 K.
La energía para ionizar el argón procede de la aplicación
del campo electromagnético de radiofrecuencias. Los
electrones se aceleran por el campo electromagnético y
chocan con los átomos contiguos, produciendo calor y una
ionización adicional que conserva el plasma.
Atomización por plasma
Un plasma es una mezcla gaseosa conductora de la electricidad que contiene una concentración significativa de cationes y
electrones. Los plasmas operan como atomizares de altas temperaturas. El tipo más comúnmente utilizado para emisiones
atómicas es la antorcha de Plasmas de Acoplamiento Inductivo (ICP), ver figura 13. El plasma de argón empleado en análisis
de emisión, los iones de argón y los electrones son las principales especies conductoras.
Figura 13. Diagrama de la antorcha de plasma ICP.
1. El argón se excita e ioniza por medio de la energía de
radiofrecuencia que se emite desde la bobina de
inducción situada en la base del plasma.
2. El plasma que se forma es hueco, y el analito pasa a
través de la región hueca mediante una corriente de
gas.
3. Los gases que transportan la muestra nebulizada fluyen
de abajo arriba junto con otra corriente de gas
refrigerante para enfriar la antorcha de cuarzo.
4. El plasma se suspende alejado de las paredes de cristal
a través de una combinación de la ruta helicoidal del
flujo de gas enfriador y la forma de la radiofrecuencia
del campo electromagnético.
5. La separación evita que los 3000 K de temperatura
funda la sílice.
6. Tanto el flujo helicoidal del gas como la forma del
plasma ayudan a mantener la antorcha con los gases
más calientes. Fuente: Rubinson & Rubinson, (2001).