Tutoria_4abril - Contenido educativo
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Bueno, pues vamos a empezar ahora un tema que habla también de la espectroscopía, pero en este caso se basa en la espectroscopía atómica.
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Si recordamos los diferentes saltos a las diferentes transiciones que se podían dar, vemos que la parte de espectroscopía ultravioleta o espectroscopía visible, el salto era a nivel electrónico.
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Veíamos una transición electrónica, pasábamos de un estado fundamental a un estado excitado.
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En la espectroscopía infrarroja, en cambio, no teníamos una energía suficiente como para dar esta transición electrónica y se daba una transición vibracional.
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Y en la espectroscopía microondas pasaba lo mismo.
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La cantidad de energía que está relacionada con las ondas microondas es muy pequeña, por eso solamente pueden darse transiciones vibracionales.
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Volvemos ahora a la espectroscopía de absorción o espectroscopía de emisión atómica.
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En este caso, como veis, aquí en el amarillo y en el rosa, vemos que son saltos grandes, son transiciones electrónicas de nuevo.
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Por lo tanto, para todo esto necesitamos mucha energía.
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Pasa lo mismo que en espectroscopía ultravioleta visible.
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por lo tanto podríamos decir que las técnicas de absorción y emisión atómica
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se basan en la absorción de la radiación o en la generación de la misma
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depende de cual sea, por parte de los átomos que están presentes en un material
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que es sometido a una serie de procesos consecutivos de disolución, nebulización, ruptura de enlaces
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y con esto se van a obtener átomos que están en un estado fundamental
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y la excitación de estos átomos
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Para ello se utilizan rayos X, en este caso la excitación es de los electrones más cercanos al núcleo, los que no participan en los enlaces,
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y el espectro ultravioleta o el espectro visible, en la que hay una conversión del analito a partículas monatómicas en fase gaseosa.
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Volvemos al espectro electromagnético, este ya lo tenéis que conocer casi de memoria.
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Y vamos a ver dónde están ubicados los rayos X y la radiación ultravioleta o la radiación visible.
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Como hemos dicho necesitamos una gran cantidad de energía, una gran cantidad de energía suele estar hacia la derecha del espectro electromagnético y una gran cantidad de energía va con una longitud de onda pequeña, volvemos a estar hacia la derecha del espectro electromagnético y nos vamos a centrar ya en los dos rangos del espectro que hemos dicho que serían los rayos X y la radiación ultravioleta.
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La visilio también está incluida en la parte de absorción o emisión atómica, aunque un poco menos. Normalmente es rayos X o radiación ultravioleta.
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Una de las fases fundamentales de la espectroscopía atómica o una de las características fundamentales es la atomización.
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Es decir, nosotros necesitamos que la muestra con la que estamos trabajando esté en forma de átomos.
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Si no la tenemos, tendremos que pasarla. Por eso hay una fase de atomización que es fundamental en la parte de espectroscopía atómica.
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Desde la atomización es la conversión de los componentes de una molécula en átomos gaseosos libres.
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Estos átomos van a absorber aquellas radiaciones cuyas energías coinciden exactamente con las de sus transiciones electrónicas.
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Acordaros que ahí donde tenemos la parte del análisis cualitativo,
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que la energía que nosotros hacemos incidir va a coincidir con la necesaria para dar la transición.
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Y las transiciones que más se van a producir y a detectar son las que corresponden a la excitación del átomo
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desde un estado fundamental a uno de sus estados excitados.
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En un espectro estas transiciones dan lugar a las denominadas líneas de resonancia.
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Lo que antes veníamos en el barrido como una banda ancha o en la parte de espectroscopía infrarroja,
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pues veíamos los picos que bajaban y suelen ser anchos, aquí se ven líneas de resonancia.
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Estas líneas espectrales corresponden a las transiciones de un estado fundamental a un estado excitado.
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Es cierto que también se pueden dar de un estado excitado a otro excitado,
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pero generalmente son tan débiles que no se detectan.
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Entonces el espectro que nosotros obtenemos, tanto en absorción como en emisión atómica,
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se caracteriza por ser líneas discretas que aparecen a una longitud de onda determinada para cada elemento.
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pudiendo realizar análisis cualitativo y análisis cuantitativo.
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En la imagen que veis aquí, aunque se trata de un espectro de un análisis de espectroscopía atómica,
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sí es verdad que son bastante anchas las bandas.
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Normalmente se ven líneas más finas, se ve una línea, no se ve la anchura del pico.
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Aunque si lo comparamos con la espectroscopía visible, con la espectroscopía ultravioleta,
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pues sí vemos que son mucho más estrechas.
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Una vez que ya sabemos cómo va encaminada la espectroscopía de absorción o emisión atómica,
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pues vamos a ver qué es lo que necesitamos, cuál es la instrumentación que necesitamos en los equipos.
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Si nosotros estamos aplicando una radiación ultravioleta o una radiación visible,
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podríamos decir que utilizamos el mismo equipo que en espectroscopía ultravioleta o espectroscopía visible,
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ya que la bombilla que utilizamos es la misma.
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Y hay algunas cosas que por aquí podéis reconocer.
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la fuente de radiación, aquí digo la bombilla, o la fuente de luz que tenemos, el atomizador
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sí que es nuevo, pero el monocromador ya lo hemos visto en otras técnicas, el detector
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también, y luego el registrador o el que transforma los datos también lo hemos visto,
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entonces ahí nuevo tendríamos el atomizador. Entonces podríamos decir, utilizo un equipo
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de espectroscopía ultravioleta y le incluyo un atomizador o pongo la muestra ya en forma
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de átomos y me sirve lo mismo, pero vamos a ver algunas cosillas que son diferentes
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que nos hacen que el equipo sea un poco más especial.
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Lo primero sería la fuente de radiación.
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Los medios clásicos disponibles para generar estas radiaciones
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son lámparas donde la energía es suministrada por una corriente eléctrica de radiofrecuencia.
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Después surgieron las lámparas multielementales.
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La calidad de la fuente es uno de los elementos más importantes
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para obtener la mejor linealidad, sensibilidad y precisión en espectroscopía de absorción
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atómica. Las lámparas de cátodo hueco son el medio más utilizado como fuente de radiación
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en espectroscopía de absorción atómica debido a su estabilidad, al rápido calentamiento,
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a la sencilla fabricación, a su vida útil y a su precio. Estas lámparas están constituidas
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por un anodo, que generalmente es un hilo de Wolframio, y un cátodo que está situado
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en el eje óptico del sistema. Tiene forma de cilindro hueco y está fabricado del elemento
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a analizar. Es decir, si yo quiero analizar cobre, necesito que este elemento sea de cobre.
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Si necesito analizar calcio, tiene que ser de calcio. Tanto el ánodo como el cátodo
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se sitúan en el interior de un vidrio en el que hay un gas noble a una presión inferior
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a unos 10 milímetros de mercurio. Hay otro tipo de lámparas que son las lámparas de
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descargarse en el estrógeno. En este caso sería también un tubo de cuarzo que está
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cerrado herméticamente y está recubierto por una carcasa metálica. Esta tiene en su
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interior un gas inerte, normalmente suele ser el argón, a unos pocos torr de presión.
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También hay sílice y una pequeña cantidad de lananito, bien en su forma metálica o
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como una sal. Entonces la energía la obtiene a través de un campo intenso de radiofrecuencias
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o de microondas. De este modo el gas inerte se ioniza y los iones se aceleran por el componente
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de alta frecuencia hasta adquirir suficiente energía como para excitar los átomos del
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analito, que al relajarse emitirán la radiación electromagnética a las longitudes de onda
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características del elemento en cuestión. Estas lámparas se utilizan normalmente para
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aquellos elementos que por ser muy volátiles no permiten disponer de una lámpara de cátodo
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hueco. Lo bueno que tienen las lámparas de descarga sin electrodo, las ventajas, la sensibilidad
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que ofrecen, que es mejor que las lámparas de cátodo hueco, siempre comparando para
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el mismo elemento y también la vida útil, que suele ser mayor. Ahora, lo malo, pues
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la estabilidad. El calentamiento es lento, las líneas de emisión que se obtienen son
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más anchas y también necesitamos una fuente de radiofrecuencia, lo que aumenta el presupuesto
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de mantenimiento. El siguiente punto sería el sistema de atomización, que esto es lo
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nuevo. Las fuentes de radiación habéis visto que no son exactamente iguales, pero sigue
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siendo una fuente de radiación. Y aquí tendríamos ahora la forma en la que nosotros vamos a
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atomizar. ¿Cómo vamos a llegar a que la muestra se convierta en un átomo? El sistema
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de atomización normalmente se compone de una cámara de nebulización y de un quemador.
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¿Y qué va a pasar aquí? Bueno, pues nosotros normalmente vamos a partir de muestras en
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disolución. Esta muestra va a ser aspirada a través de un capilar y va a ser conducida
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al nebulizador. La aspiración se va a conseguir haciendo pasar un chorro de alta presión
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formado por uno o varios gases de combustión por el extremo del tubo capilar que está
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dentro de la muestra. Para ello es necesario trabajar en las mismas condiciones de velocidad
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y de aspiración tanto en los patrones como en la muestra como en el blanco para no incluir
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ningún tipo de fluctuación o ningún tipo de interferencia. Una vez que está en el
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nebulizador la muestra impacta sobre un cuerpo sólido de geometría y diseño adecuados
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que se llama esfera de impacto.
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Así, la muestra se convierte en una fina niebla formada por pequeñas gotitas de disolución.
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El nebulizador tiene además un conducto adicional donde llegan el resto de gases de combustión que sean necesarios,
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mezclándose con la niebla formada.
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También hay una línea conectada a la cámara de nebulización, que sería la vía de drenaje,
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cuya finalidad es desechar las gotas que por su mayor tamaño condensan en la esfera de impacto.
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Estas gotas pequeñitas formadas son arrastradas por el flujo de gases de combustión
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y pasan al quemador o al mechero donde tienen lugar una serie de etapas.
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La primera sería la desolvatación.
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Aquí el disolvente es vaporizado produciéndose un aerosol molecular sólido finamente dividido.
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Luego tendríamos la vaporización.
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Aquí las moléculas pasan a estado líquido y luego al gaseoso.
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Después de la vaporización, la disociación, donde las moléculas se disocian formando un gas atómico.
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Y si nos pasamos de temperatura o pasamos a la siguiente fase sería la ionización.
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Aquí en vez de conseguir átomos estamos consiguiendo iones, donde la energía que necesitamos para pasar al átomo o al ión es diferente.
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Por lo tanto tenemos que evitar esta ionización.
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Lo que se debe conseguir es pasar de la disociación a la llama.
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El mechero de flujo laminar es donde se va a formar la llama y su diseño proporciona una llama estable, homogénea, simétrica y vertical,
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que es muy importante para obtener las medidas reproducibles, es decir, para evitar las fluctuaciones del equipo, todo eso que veíamos en el patrón interno.
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A continuación pasaría al quemador.
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Aunque estamos intentando que sea reproducible, tenemos que tener en cuenta que la temperatura de la llama no es constante en todos sus puntos
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Y que la altura óptima de la llama también tenemos que tenerla en cuenta para la parte esta de la temperatura.
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Ese sería un tipo de sistema de atomización.
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Aquí veis más o menos cuál sería el flujo que sigue tanto la muestra como la llama y todo el proceso.
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Aquí se ve mejor la parte que veíamos de que tenemos la muestra en disolución.
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Aquí pasaría el nebulizador por el tubo o por la aspiración.
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Y aquí veis las pequeñas gotitas, las minigotitas estas que decimos.
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No se ve la parte de la esfera de impacto, pero estaría por aquí.
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Aquí tenemos la parte del drenaje que hemos dicho para las gotas que sean más grandes
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y aquí tendríamos los gases que se incluyen.
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Una vez que pasa por el nebulizador, ya pasaría al quemador, al mechero de flujo laminar, al quemador.
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Aquí más o menos veis, un poquito más grande, aunque sea esquemático, veis cómo pasaría.
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una vez que pasa por el quemador
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¿vale? que tendríamos por aquí
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la muestra pasaría por una ranura que hay en el quemador
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y quedaría aquí en suspensión
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¿vale? y con la llama pues es la parte esa
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que pasamos a los átomos
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que tenemos que evitar que pase a la ionización
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y la fuente de luz
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pasaría por aquí, atravesaría
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esta niebla de átomos que tenemos
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y pasaría luego al detector
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¿vale? esta parte de esquema la tendríamos aquí
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¿vale? o aquí, bueno también
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la tenéis de forma esquemática
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la muestra llega por aquí, entonces la muestra estaría, la forma atómica estaría por aquí
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y la luz atraviesa, pasa por el monocromador y todo eso y luego llega al detector.
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El otro tipo de sistema de atomización se llama atomización electrotérmica.
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Generalmente los atomizadores son tubos cilíndricos de grafito
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conectados con una fuente de alimentación eléctrica.
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Normalmente se les llama cámaras de grafito
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porque están formados por un pequeño tubo hueco de grafito
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como un orificio por el que se introduce la muestra en disolución o en suspensión
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mediante una micropipeta o un inyector automático.
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La radiación que procede de la lámpara lo atraviesa a lo largo de su eje longitudinal,
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es decir, se hace pasar una corriente eléctrica elevada a bajo voltaje.
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Como el grafito es mal conductor, al aplicar la corriente se calienta el tubo
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hasta alcanzar una temperatura suficiente para tonizar la muestra.
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Se mantiene un flujo de gas inerte por el exterior del tubo de grafito
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que evita su oxidación a alta temperatura y por el interior del tubo, también para
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eliminar los componentes de la muestra volatilizados y que pueden interferir en la medida.
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También va a pasar por una serie de etapas, igual que la lámpara de cátodo huevo.
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Primero tendríamos un secado. En esta fase se mantiene una temperatura de 100 o 150 grados,
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100 grados más o menos, para conseguir la evaporación del disolvente, igual que la
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de salvatación en el caso anterior. El calentamiento es progresivo para evitar las proyecciones
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de la muestra dentro del tubo y aquí la muestra queda en forma de residuo sólido. La siguiente
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fase sería la mineralización. Lo que se pretende con la mineralización es eliminar
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la mayor cantidad posible de interferentes de la matriz, pero sin perder el analito o
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sin tener ningún tipo de pérdida. La muestra, que ya estaba seca, se va a calentar gradualmente
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a una temperatura o hasta alcanzar una temperatura de unos 400 o 1000 grados centígrados. Esto
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lo hace en unos 30 o 45 segundos para eliminar toda la materia orgánica y descomponer la
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matriz inorgánica hasta transformarla en un compuesto simple. La temperatura de esta
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etapa no puede superar la temperatura de volatilización del compuesto. Y la última
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fase sería la atomización. Aquí alcanzamos temperaturas muy elevadas, de unos 2000 o
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3.000 grados centígrados y también en muy poquito tiempo. Aquí mucho menos que en el caso anterior,
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aquí tenemos que llevar a esta temperatura en unos 5 ó 8 segundos para poder atomizar la muestra.
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Este calentamiento tiene que ser lo más rápido posible para poder asegurar la formación eficiente
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y concentrada del vapor atómico, susceptible de absorber o emitir radiación característica
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originando señales que requieren un sistema electrónico de respuesta rápida, ya que debe
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ser capaz de seguir el proceso transitorio de atomización. He dicho última etapa, que
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sería la última etapa que está relacionada con la muestra, con la fase de atomización
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de la muestra, aunque nos queda una parte de limpieza. Aquí la cámara de grafito,
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pues también para poder limpiarla vamos a someter a altas temperaturas superiores a
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las de la etapa de atomización con el fin de arrastrar todos los residuos formados y
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así evitar la contaminación cruzada o el efecto de memoria. Las ventajas e inconvenientes
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que tiene la cámara de grafito respecto a la fotometría de llama o a la espectroscopía
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de llama? Bueno, pues lo primero es que en la cámara de grafito podemos controlar las
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etapas. También conseguimos que la atomización de la muestra sea completa. Evitamos la dilución
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del vapor atómico, también tenemos un tiempo de residencia alto, una elevada sensibilidad,
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unos límites de detección más bajos, el consumo de la muestra es mucho menor, pero
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el inconveniente sería la reproducibilidad. Una vez que la fuente de radiación ha atravesado
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la muestra, pasaría al monocromador. El monocromador va a estar formado por los componentes habituales.
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Tenemos una rendija de entrada de radiación policromática, el sistema óptico que va
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a eliminar la radiación no paralela y canaliza la radiación de interés, un elemento dispersor
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de la radiación que separa la radiación incidente según sus longitudes de onda, puede
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ser un prisma o un dispersor de red, un sistema óptico de enfoque y la rendija de salida
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de la radiación monocromática. El principal objetivo del monocromador es proporcionar
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una anchura de banda lo suficientemente estrecha como para permitir separar la línea escogida
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para la medición de otras líneas capaces de interferir o disminuir la sensibilidad
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del análisis. La anchura de la rendija, pues con lo que se intenta, o la anchura de las
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rendijas van a determinar la fracción del espectro que incide en el detector. Entonces
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la rendija deberá ser lo más estrecha posible para poder reducir la cantidad de radiación
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emitida por la llama que llega al detector. El monocromador, como siempre, en filtro,
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va a intentar pasar de luz policromática a luz monocromática. Y luego ya iría al
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detector. Los detectores van a medir la intensidad de la radiación antes y después de la absorción
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por la muestra. A partir de los valores obtenidos se calcula la radiación absorbida. Normalmente
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el detector que más se utiliza en espectroscopía de absorción atómica
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es el fototubo multiplicador, ya que no hay otro sistema que ofrezca
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la misma sensibilidad y que el trabajar con un margen de longitud
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de onda es determinado.
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Ahora, una vez que ya sabemos cómo funciona el equipo, vamos a ver
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qué podemos analizar o qué tipo de información podemos obtener.
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Si nosotros vemos la muestra con la que tenemos que trabajar,
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es importante que trabajemos con una muestra que sea líquida.
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Si tenemos muestras que sean sólidas, tenemos que hacer una disolución.
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La información que vamos a obtener va a ser tanto información cualitativa como información cuantitativa.
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Es decir, podemos determinar presencia de un determinado analito en la muestra y podemos cuantificar su concentración.
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Además también la sensibilidad y la exactitud que obtenemos son muy elevadas.
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Pero tenemos que tener en cuenta que las señales observadas en espectroscopía de la absorción atómica suelen verse afectadas con frecuencia.
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pero no pasa nada porque ya hemos visto varias metodologías de calibración que nos ayudan a eliminar estos interferentes.
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La espectroscopía de absorción va a permitir el análisis cualitativo, aunque no es su principal objetivo.
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Ya hemos dicho que sí podemos obtener información cualitativa.
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¿Qué puede pasar? Nosotros podemos tener una muestra en el laboratorio que no sabemos qué es.
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podemos caracterizarla
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a simple vista, pues aquí
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podemos ver que es un sólido blanco
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que está en peles, en escamas
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tenemos que ir diciendo cuáles son las características
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de la muestra, por eso es importante
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que siempre que hagáis un análisis
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que identifiquéis todo lo que os llame
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la atención a la muestra, todo lo que creáis
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que pueda influir en el resultado final
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o que algo que os llame la atención
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tenéis que anotarlo, porque al día de hoy hay que trabajar con muchas
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muestras y es muy complicado
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acordarse de todas ellas, todas sus características
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y pequeños detalles que puedan tener.
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Toda la información que podamos tener de la muestra la vamos anotando.
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Aquí, un sonido blanco, así como está en la foto,
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no podemos ver si está compactado, si es hidroscópico o si no.
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Parece que son pequeñas láminas y ya está.
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Si nosotros cogemos parte de esta muestra y la ponemos en el mechero,
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podemos ver con el asa de siembra, con un hilo,
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podemos ver cómo cambia la llama del mechero.
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Aquí, por ejemplo, si vemos un color que es naranjilla,
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los bordes están un poco más oscuros, más rojizos.
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Así, a simple vista, ahora mismo no nos dice nada.
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Pero si nosotros tenemos una tabla o tenemos una base de datos
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en la que sabemos cuál es el color que tiene cada uno,
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pues podríamos identificar cuál es.
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Pues el litio es muy rojo para ser litio, pues no podría ser litio.
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El potasio, pues el potasio es más blanco, lila, todo eso no tiene nada que ver.
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El cobre es verdoso, no tiene nada que ver, pues nos tendríamos que quedar, pues mira, puede ser sodio, puede ser calcio,
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por la pinta que tiene, pues el sodio parece que es más rojizo.
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Entonces podemos hacer un análisis cualitativo y determinar qué tipo de muestra es.
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Para la cuantificación del elemento, en cambio, pues tendríamos que hacer una recta de calibrado,
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Tendríamos que hacer una disolución y mediante una elaboración previa de patrones conseguiríamos la recta de calibrado.
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La espectroscopía de absorción atómica es una técnica que solo necesita poner la muestra en una disolución
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y realizar las medidas en las condiciones estándar de trabajo.
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Pero para disoluciones orgánicas es importante evaluar el importante disolvente en la llama,
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por lo menos en la parte de espectroscopía de absorción atómica.
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Respecto a la calidad, hay que garantizar cierta precisión y exactitud mediante la verificación de la recta de calibrado, bien por duplicados o por el material de referencia.
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La disolución madre y todo eso tenemos que hacerla con un material que sepamos cuáles son las condiciones. Un patrón primario, un material que esté certificado, un material que esté valorado.
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en algunos casos debido a las condiciones de los elementos a determinar
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es necesario utilizar algún procedimiento especial de trabajo
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para obtener un correcto análisis.
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Es lo que decíamos, que las muestras pueden llegar al laboratorio
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en cualquiera de sus estados, sólido, líquido o gaseoso
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y poco a poco debido al avance de las técnicas instrumentales
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y a los diferentes sistemas que tenemos de toma y tratamiento de datos
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pues la etapa final del análisis es relativamente sencilla
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en la mayor parte de los casos, ya que se realiza una disolución
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en la que se han estudiado las diferentes interferencias.
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Entonces parece que es un análisis sencillo, que no tiene mucho,
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como cualquiera de laboratorio que vimos en la espectroscopía visible
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en las que estáis viendo las prácticas.
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Ahora, si podemos encontrar algún tipo de dificultad,
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y esto puede ser por la complejidad o las diferencias en su composición,
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o la precisión requerida, el tiempo necesario o disponible,
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el número de muestras, siendo el mayor tiempo destinado a la preparación de las muestras.
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Luego, lo que es la parte del análisis tarda muy poco, lo que pasa es que la preparación
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de los patrones o la preparación de las muestras sí nos puede llevar a que se alargue el tiempo
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del análisis. Normalmente, si se requieren una serie de operaciones o de tratamientos
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previos, que es la parte que va a ser más problemática respecto a otras muestras que
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hemos analizado? Pues bien, porque necesitamos una filtración, una trituración, tamizado,
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homogenizado, secado. No son fases o no son operaciones que sean muy complicadas, pero
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sí nos van a alargar el tiempo de determinación, el tiempo del análisis. Como he dicho anteriormente,
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en la mayor parte de los casos vamos a necesitar que la muestra sea una disolución, que la
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muestra sea líquida. Entonces, si tenemos una muestra sólida, hacemos una disolución,
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pero la forma de hacer esta disolución es diferente
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si estamos con una muestra que es orgánica o una muestra que es inorgánica
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y hay que tener en cuenta los reactivos que hemos utilizado para disolver la muestra
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que en muchas ocasiones pueden originar algún tipo de interferencia
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o incluso tener el contener al propio analito
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una de las impurezas de los disolventes con los que estamos trabajando
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puede ser el analito
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entonces tenemos que tenerlo en cuenta y tenemos que tener cuidado
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cuando se trata de sustancias orgánicas
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puede llevarse a cabo una mineralización con la posterior disolución del residuo en ácidos minerales
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o la disolución en disolventes orgánicos.
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También hemos hablado de las condiciones de trabajo, hemos dicho si condiciones estándar o que si se dificulta más o menos.
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Entonces para el análisis de una muestra tendremos que fijar unas condiciones específicas del elemento que vamos a analizar.
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En muchos casos van a venir determinadas por el propio fabricante.
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Pero un ejemplo para un análisis de espectroscopía de absorción atómica, pues podría ser, lo primero es seleccionar el tipo de llama.
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Tenemos que seleccionar el oxidante y el combustible que se va a emplear, así como el porcentaje de cada uno de ellos, para obtener una llama diferente, en función de lo que queramos hacer.
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También tenemos que ver cuál es la región de observación en la llama, es decir, vamos a regular la altura del quemador.
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La velocidad de aspiración de la disolución, pues en el flujo suele ser entre 1 y 4 mililitros al minuto
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El paso de banda espectral del monocromador, de la rendija que hemos estado hablando antes
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La intensidad de corriente de la lámpara del cátodo hueco, si utilizamos esa lámpara
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O los parámetros del sistema de detección y de lectura
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Y también tenemos que tener en cuenta las condiciones de seguridad
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Estamos en el laboratorio y aparte de todo lo anterior que hemos visto en otras ocasiones
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pues la técnica de espectroscopía de absorción atómica en llama es necesario tener en cuenta
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la seguridad ya que por el calor o los vapores y los humos generados por la llama
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van a ser peligrosos para nosotros, para los analistas.
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Por lo que estos humos tienen que ser extraídos del instrumento por un sistema adecuado de extracción de gases.
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Es decir, necesitamos una campana de extracción.
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No como la campana que tenemos en el laboratorio sino que encima del equipo
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Aquí tenéis en el dibujo una campana de extracción.
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Los gases con los que vamos a trabajar, los gases comprimidos que se utilizan en la técnica, también es otra fuente de riesgo.
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Los gases deben ser almacenados y manipulados de una estricta conformidad con las regulaciones y los códigos de seguridad.
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Y respecto al quemador de premezcla hay que considerar la posibilidad de un flashback.
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Eso es respecto a la espectroscopía de absorción atómica.
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Ahora vamos a ver la espectroscopía de emisión atómica.
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Aquí se trata de una técnica espectroscópica que analiza las longitudes de onda de los fotones emitidos por los átomos o moléculas
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durante su transición desde un estado excitado a un estado de inferior energía.
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¿Qué tenemos que tener en cuenta?
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Pues que cada elemento elimite un conjunto característico de longitudes de onda discretas en función de su estructura electrónica.
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Mediante la observación de esas longitudes de onda puede determinarse la composición elemental de la muestra.
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En espectroscopía de emisión atómica se van a utilizar el espectro visible, el espectro ultravioleta y los rayos X, como pasaba en la sorción atómica.
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Hay muchas formas en las que los átomos pueden ser llevados a un estado excitado.
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El método más simple es calentar la muestra a una temperatura alta, produjiéndose las excitaciones debido a las colisiones que hay entre los átomos de la muestra.
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Cuando la fuente de excitación cesa, el átomo se relaja emitiendo el correspondiente fotón.
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Cada elemento químico tiene su propia distribución de niveles energéticos específicos.
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Por ejemplo, el litio y el hidrógeno tienen diferentes niveles energéticos, además de
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diferente separación, por lo que emitirán fotones de diferente energía.
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Esta especificidad es utilizada por la espectroscopía atómica y por la fluorescencia, que ya la
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hemos visto, para identificar los elementos químicos.
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Cuando tenemos un conjunto de átomos de un elemento químico y lo irradiamos con radiación policromática,
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cada átomo puede absorber un fotón de energía concreta y excitarse hasta otro nivel.
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Es decir, unos átomos se excitarán hasta un nivel y otros hasta otros niveles.
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Cuando los átomos se relajen, emitirán los fotones que absorbieron,
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por lo que habrá fotones emitidos de varias energías.
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Algunos de ellos serán visibles, vemos colores, como el olor de la llama que hemos visto antes.
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Los fotones emitidos se pueden imprimir en una película fotográfica o medir la intensidad y obtener el espectro gráfico, lo que hacemos en el laboratorio.
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La espectroscopía de emisión es una técnica espectroscópica que en este caso investiga la longitud de onda del fotón cuando es emitido por átomos durante la transición del estado excitado a un estado de menor energía.
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Todas las técnicas espectroscópicas al final tienen algo en común,
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que quieren analizar una radiación electromagnética en una muestra y observar cómo responde a tal estímulo.
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¿Qué información podemos obtener de la espectroscopía de emisión atómica?
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Pues el nivel de luz emitida va a ser proporcional al número de átomos de este componente
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y la longitud de onda de la línea espectral en el espectro de emisión va a dar la identidad de este componente.
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es decir, obtenemos información cualitativa e información cuantitativa.
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Los espectros atómicos son bastante fáciles de interpretar,
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ya que en teoría cada elemento existente da una o varias líneas o picos,
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seguimos con las líneas de resonancia.
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Hasta aquí parece muy fácil, pero lógicamente luego se complica un poco en el laboratorio
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y no es tan sencillo, ya que surgen una serie de complicaciones,
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como la aparición de un fondo continuo o bandas debidas a una atomización insuficiente.
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Vamos a centrarnos primero en la parte de procedimiento y luego ya veremos las interferencias que puede haber en la parte de instrumentación.
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En espectroscopía de emisión atómica necesitamos una muestra que esté excitada.
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¿Y cómo podemos excitar la muestra?
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Pues hay varios procedimientos que pueden excitarla.
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Para obtener un espectro atómico, como en el caso anterior, lo primero que hay que hacer es atomizar la muestra.
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es decir, disociar sus moléculas en sus átomos y después se excita.
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Primero se disuelve la muestra, si no la tenemos en estado líquido,
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y la disolución se convierte en una niebla de diminutas gotas cuyas moléculas son atomizadas
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y los átomos que se forman van a ser excitados.
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Instrumentación.
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Vamos a ver qué podemos reconocer parecido a otras técnicas espectroscópicas o incluso parecido a lo de antes.
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Tenemos un sistema de atomización y excitación.
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Esto ya lo teníamos antes, ¿vale?
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La parte de atomización.
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Lo que nos falta es la fuente de radiación, que nosotros no lo tenemos.
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Sistema de atomización más excitación, se desprende radiación electromagnética,
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pasa por un selector de longitud de onda, es decir, el monocromador,
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llega a un detector y bueno, si es necesario, se amplifica la señal,
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se registra, se trata, toda esta parte del registro de datos en función del equipo que
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tengamos puede variar un poco. Pero lo que llama la atención es que no tenemos fuente
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de radiación, es decir, es el primer equipo en el que no tenemos fuente de radiación,
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el primer equipo de la parte de espectroscopía. ¿Por qué? Bueno, como vemos aquí, nosotros
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para conseguir tener el átomo excetado no vamos a utilizar la radiación electromagnética.
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Generalmente la atomización se hace calentando la muestra mediante una llama, un plasma, una corriente eléctrica, un arco eléctrico o por otros procedimientos
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Si la muestra es gaseosa, se introduce directamente en el atomizador
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Si está en disolución, se convierte en un aerosol mediante un nebulizador
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Los sólidos se disuelven previamente, aunque algunos pueden vaporizarse directamente mediante electricidad o láser
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Es verdad que ciertos metales en disolución se pueden volatilizar, obteniendo químicamente sus hidruros volátiles.
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Al relajarse, los átomos emiten radiación en muchas direcciones, de muchas longitudes de onda, que llegan a un monocromador,
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donde se seleccionan los fotones de una longitud de onda determinada que llegan al detector para poder obtener el espectro.
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La atomización se hace generalmente calentando la muestra mediante una llama, un plasma, una corriente eléctrica o un arco eléctrico,
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o por otros procedimientos.
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Si la muestra es gaseosa, se introduce directamente en el atomizador.
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Si está en disolución, ésta se convierte en un aerosol mediante un
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ebolizador.
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Los sólidos
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se disuelen previamente.
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Algunos pueden vaporizarse directamente mediante electricidad o láser.
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Y ciertos metales en disolución se pueden volatilizar obteniendo químicamente
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sus hidruros volátiles.
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Al relajarse, los átomos emiten radiación
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en muchas direcciones
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y de muchas longitudes de onda,
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que llegan a un monocromador, donde se seleccionan fotones de una longitud de onda determinada
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que llegan al detector para obtener finalmente el espectro.
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Este sería más o menos un esquema de lo que ha ocurrido, que sería lo que tenéis aquí.
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Ahora vamos a ver los diferentes tipos de excitación que hay y lo que conseguimos con cada uno de ellos.
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La fotometría de llama, en este caso, se mezcla o se lleva una muestra de la sustancia a la llama de gas
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o directamente a la llama o al fuego.
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La llama evapora la muestra del disolvente por el calor existente producido
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y rompe los enlaces intramoleculares para producir átomos libres.
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Esta energía va a incitar al átomo, especialmente a los electrones.
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Cada elemento emite luz o fotón en una longitud de onda característica predefinida
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que se dispersa mediante un prisma o aparato de rejilla y finalmente se observa en el espectrofotómetro.
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De forma simplificada, la espectroscopía de emisión por llama se puede observar utilizando solo un mechero Gunsen y muestras de metales.
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Por ejemplo, el metal sodio colocado a la llama se iluminará de amarillo, el metal calcio de rojo, el cobre una llama verde, que es lo que hemos visto antes en la parte de absorción atómica.
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Cuanto más concentrada sea la muestra, mejor se va a ver el color de la llama.
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También va a pasar por una serie de fases.
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La primera sería la evaporación. La muestra que contiene partículas metálicas se deshidrata por el calor de la llama y el disolvente se evapora.
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A continuación vendría la atomización. En esa etapa los iones metálicos que se encontraban en el disolvente se reducen a átomos de metal.
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Por ejemplo, si tenemos magnesio 2+, en forma acuosa, más dos electrones, daría igual a magnesio 0 en forma gaseosa.
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Los electrones en los átomos de metal absorben la energía del calor de la llama y pasan a niveles más altos de energía
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El tercer paso sería la excitación
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Los electrones en estado basal de los átomos de metal son ahora capaces de absorber la energía del calor de la llama
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La cantidad de energía absorbida depende de las fuerzas electrostáticas de atracción entre los electrones con carga negativa y el núcleo de carga positiva
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Esto, a su vez, depende del número de protones en el núcleo.
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Como los electrones absorben energía, se desplazan a niveles más altos de la energía y pasan al estado excitado.
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Y, a continuación, se daría la emisión de la radiación.
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Los electrones en estado excitado son muy inestables y se mueven hacia un estado basal con bastante rapidez.
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Cuando lo hacen, emiten la energía que absorbieron.
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Para algunos metales, esta radiación corresponde a longitudes de onda en la región visible del espectro electromagnético
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y se observan como un color característico del metal
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Como los electrones de diferentes niveles de energía son capaces de absorber luz
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el color de la llama será una mezcla de todas las diferentes longitudes de onda emitidas por los distintos electrones en el átomo de metal que se investiga
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En espectroscopía de emisión atómica se trabaja en unas condiciones en las que la misma fuente energética de atomización excita a los átomos
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pero en espectroscopía de absorción atómica y en la de fluorescencia
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primero se atomiza la muestra y después esos átomos se excitan
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sometiéndolos a una radiación electromagnética.
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Esto se puede hacer mediante las lámparas de cátodo hueco,
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la radiación continua, láseres, lámparas de descargas en electrodos.
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La fotometría de llama es una técnica de emisión
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que utiliza una llama como fuente de excitación
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y un fotodetector electrónico como dispositivo de medida.
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El principal objetivo de la espectroscopía de emisión
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es obtener información cuantitativa, y aunque no lo parezca, es uno de los métodos más sencillos
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y procesos para el análisis de metales alcalinos, la mayor parte de los alcalinotérreos
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y algún que otro elemento metálico.
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También es posible realizar un análisis cualitativo, examinando todas las longitudes de onda del espectro de emisión.
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La llama va a tener tres funciones.
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Primero, permite pasar la muestra a analizar del estado líquido al estado gaseoso.
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Segundo, descompone los compuestos moleculares del elemento de interés en átomos individuales,
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o en moléculas sencillas. Y por último excita estos átomos o moléculas. Pero no todas
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las llamas sirven. Para que una llama sea satisfactoria, que la podamos utilizar, pues
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tenemos que conseguir que tenga la temperatura adecuada y que en ella se forme un ambiente
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gaseoso que permita las funciones que he dicho antes. Además, el ruido del fondo de la llama
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no puede actuar como interferente en las observaciones o en los análisis que vamos a realizar.
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Hay otro tipo de espectroscopía de emisión atómica que no la he incluido, que sería la de chispa o arco, que es otra técnica de análisis químico.
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En este caso, la excitación se consigue mediante un arco eléctrico o una chispa de llama.
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El procedimiento es un poco diferente. En este tipo de espectroscopía, la muestra se pulveriza y destruye.
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¿Por qué? Bueno, porque se ataca con una chispa eléctrica para llevarla a temperaturas muy elevadas y esto volatiliza y excita los átomos de su superficie.
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La espectroscopía con arco puede trabajar con una fuente continua y discontinua.
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Con la corriente continua tenemos una peor reproducibilidad pero una temperatura más elevada.
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Tampoco es que se utilice mucho la parte del arco, por eso tampoco la he incluido en la diapositiva.
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Con la chispa se consiguen energías de excitación mucho más altas que con el arco
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y además se ha comprobado que proporciona mayor precisión que otros métodos que hemos visto anteriormente.
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generalmente el arco chispa se utiliza para la determinación e identificación de sustancias
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presentes en una concentración muy baja ya que tenemos un bajo límite de detección las ventajas
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del arco chispa es la poca interferencia que hay entre los elementos pero como inconveniente es
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el tiempo de aplicación o el tiempo de duración del análisis y el coste de los equipos el más
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utilizado es el ICP, que es la espectroscopía con plasma de acoplamiento inductivo. Es una
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técnica de análisis multielemental capaz de identificar y cuantificar la mayoría de
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los elementos de la tabla periódica, a excepción del carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno,
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flúor, gases nobles, algunas tierras raras y elementos poco frecuentes. Y además en
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concentraciones que van desde el portendaje hasta las partes por billón. En este caso,
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las muestras son introducidas en forma líquida, transformadas mediante un nebulizador en un
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aerosol y excitadas mediante un plasma de argón. Esta técnica de ICP utiliza un plasma
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acoplado inductivamente para producir átomos excitados y los iones emitirán radiación
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electromagnética en diferentes longitudes de onda, características de un componente
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específico. Entre los beneficios de ICP encontramos la baja interferencia química, la señal
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estable y reproducible. En esa técnica tiene que haber un flujo constante de una muestra
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líquida y un sistema de nebulización que forman un aerosol. Este aerosol es transportado
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por el argón a la antorcha del plasma, que está acoplado inductivamente por radiofrecuencia.
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En el plasma, debido a las altas temperaturas generadas, los analitos son atomizados e ionizados
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generándose los espectros de emisión atómico de líneas características.
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Los espectros son dispersados por la red de difracción
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y el detector sensible a la luz se encarga de medir las intensidades de las líneas.
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La información es procesada por el sistema informático.
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Para realizar el análisis de una muestra mediante espectroscopía de emisión atómica
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tenemos que tener en cuenta que al preparar los patrones
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debemos hacerlo lo más semejante posible a la composición de la muestra
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para eliminar posibles interferencias.
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Si hay algún tipo de interferencia debido a la composición de la muestra,
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podemos utilizar el método de la adición estándar,
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que nos permite trabajar en presencia de una interferencia sin eliminarla
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y obtener resultados fiables.
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Si tuviéramos otro tipo de interferencia, como interferencia física o interferencia química,
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en vez de la adición estándar, podemos utilizar el método del patrón interno.
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En el patrón interno se añadía una sustancia a todos los patrones,
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de manera que la interferencia afecte por igual a todas las disoluciones, tanto a los patrones como a la muestra.
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Cuando estamos hablando de interferencias físicas o químicas es porque se ha comprobado que sí se pueden dar y pueden ser de diversos tipos.
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Las interferencias físicas están relacionadas con la efectividad con que la disolución es transportada a la llama
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y son causadas por diferencias en las propiedades físicas de las disoluciones,
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como la viscosidad, la tensión superficial, la presión de vapor...
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Por ejemplo, un ejemplo de este tipo de interferencias lo podemos ver cuando determinamos magnesio y cobre en presencia de ácido fosfórico.
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Al aumentar la cantidad de ácido fosfórico, la viscosidad de la disolución va a aumentar, disminuyendo la velocidad de aspiración.
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Al reducirse la velocidad de aspiración, va a llegar una cantidad menor de muestra a la llama y, por tanto, se va a producir una absorbancia menor de la muestra.
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También la presencia de disolventes orgánicos produce ese tipo de interferencias,
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debido a un aumento en la eficiencia de la nebulización, lo que produce un aumento de la absorbancia.
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Una forma de compensar ese tipo de interferencias es preparar las disoluciones PATROL con los mismos componentes que la matriz de la disolución problema.
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Las interferencias químicas serían cualquier tipo de alteración en el número total de átomos libres formados por unidad de volumen,
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es decir, cambios en la concentración.
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Esto es debido a la formación de compuestos químicos termoestables.
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Las causas más comunes de este tipo de interferencias serían la disociación incompleta de la molécula formada
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o la formación de una sal difícil de fundir.
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O la reacción espontánea de los átomos libres con otros átomos o con radicales presentes en el medioambiente.
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Hemos hablado antes de que no podíamos pasar a la ionización.
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Vamos a ver aquí cuáles serían los tipos de inconvenientes o las interferencias debidas a la ionización.
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Un átomo neutro, en su estado fundamental, puede ser ionizado a temperaturas elevadas.
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Estos iones tienen unas propiedades espectroscópicas que son diferentes a las de un átomo neutro
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y no pueden ser determinados por espectroscopía de absorción atómica.
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De forma que el número total de átomos disponibles para la absorción de la radiación electromagnética
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por unidad de volumen disminuye, lo que produce una pérdida de la sensibilidad.
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Esta interferencia depende tanto de la temperatura de la llama
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como del potencial de ionización del elemento de estudio.
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Y el otro tipo de interferencias que se pueden dar serían las interferencias espectrales.
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Aquí podemos diferenciar interferencias de línea o interferencias de banda.
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Este sería un ejemplo, por ejemplo, del espectro o de las líneas de resonancia que hemos hablado antes,
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que son líneas que no tienen forma de pico.
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Las interferencias espectrales de línea ocurren cuando hay una superposición de dos líneas atómicas
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o cuando éstas no son resueltas por el monocromador.
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Las interferencias espectrales de banda, en cambio, se producen debido a la absorción de la radiación por moléculas o radicales
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y por la dispersión de la radiación por sólidos.
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Para ambos efectos, que en principio son distintos, se emplea el término de absorción de fondo.
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Para realizar un análisis cuantitativo vamos a realizar una recta de calibrado
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en la que vamos a representar la concentración de los patrones respecto a la absorción.
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en la linealidad se suele mantener a unas concentraciones de los patrones bajos
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de forma que nos va a permitir hacer una interpolación de la muestra
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para poder calcular su concentración
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de todas formas, si queréis aquí tenéis un vídeo
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que es de una universidad, creo que era
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en el que explica un poco cuál es el procedimiento
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veis un poco el equipo, veis las lámparas
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por si queréis echarle un vistacillo
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ya que aquí en el instituto no tenemos ese equipo
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- Autor/es:
- Mª José Luna Medina
- Subido por:
- María Jose De L.
- Licencia:
- Todos los derechos reservados
- Visualizaciones:
- 113
- Fecha:
- 10 de abril de 2024 - 16:37
- Visibilidad:
- Clave
- Centro:
- IES LOPE DE VEGA
- Duración:
- 44′ 11″
- Relación de aspecto:
- 1.78:1
- Resolución:
- 1920x1080 píxeles
- Tamaño:
- 141.11 MBytes