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Espectroscopia de Absorción Atómica: Principios y Aplicaciones, Resúmenes de Química

Se intenta resumir el fundamento de la absorción atómica

Tipo: Resúmenes

2022/2023

Subido el 28/09/2023

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REINALDO_ALMIRON 🇵🇪

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1.1 Fundamentos teóricos de la técnica
1.1.1. El átomo
Consiste de un núcleo y de un número determinado de electrones que llenan
ciertos niveles cuánticos. La configuración electrónica más estable de un átomo
corresponde a la de menor contenido energético conocido como “estado
fundamental”.
Si un átomo que se encuentra en un estado fundamental absorbe una determinada
energía, éste experimenta una transición hacia un estado particular de mayor
energía. Como este estado es inestable, el átomo regresa a su configuración
inicial, emitiendo una radiación de una determinada frecuencia.
La frecuencia de la energía radiante emitida corresponde a la diferencia de energía
entre el estado excitado (E1) y el estado fundamental (Eo) como se encuentra
descrito en la ecuación de Planck:
h = constante de Planck
υ = frecuencia
c = velocidad de luz
λ = longitud de onda
1.1.2. Teoría Atómica
El átomo puede alcanzar diferentes estados (E1, E2, E3, …) y de cada uno de ellos
emitir una radiación 1, λ2, λ3, …) característica, obteniéndose así un espectro
atómico, caracterizado por presentar un gran número de líneas discretas. En
absorción atómica es relevante solamente aquella longitud de onda
correspondiente a una transición entre el estado fundamental de un átomo y el
primer estado excitado y se conoce como longitud de onda de resonancia.
1.1.3. Ecuación de Planck
Se tiene que un átomo podrá absorber solamente radiación de una longitud de
onda (frecuencia) específica. En absorción atómica interesa medir la absorción de
esta radiación de resonancia al hacerla pasar a través de una población de átomos
libres en estado fundamental. Estos absorberán parte de la radiación en forma
proporcional a su concentración atómica.
La relación entre absorción y concentración se encuentra definida en la Ley de
Lambert-Beer.
Como la trayectoria de la radiación permanece constante y el coeficiente de
absorción es característico para cada elemento, la absorbancia es directamente
proporcional a la concentración de las especies absorbentes.
1.1.4. Absorción atómica
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1.1 Fundamentos teóricos de la técnica 1.1.1. El átomo Consiste de un núcleo y de un número determinado de electrones que llenan ciertos niveles cuánticos. La configuración electrónica más estable de un átomo corresponde a la de menor contenido energético conocido como “estado fundamental”. Si un átomo que se encuentra en un estado fundamental absorbe una determinada energía, éste experimenta una transición hacia un estado particular de mayor energía. Como este estado es inestable, el átomo regresa a su configuración inicial, emitiendo una radiación de una determinada frecuencia. La frecuencia de la energía radiante emitida corresponde a la diferencia de energía entre el estado excitado (E 1 ) y el estado fundamental (Eo) como se encuentra descrito en la ecuación de Planck: h = constante de Planck υ = frecuencia c = velocidad de luz λ = longitud de onda 1.1.2. Teoría Atómica El átomo puede alcanzar diferentes estados (E 1 , E 2 , E 3 , …) y de cada uno de ellos emitir una radiación (λ 1 , λ 2 , λ 3 , …) característica, obteniéndose así un espectro atómico, caracterizado por presentar un gran número de líneas discretas. En absorción atómica es relevante solamente aquella longitud de onda correspondiente a una transición entre el estado fundamental de un átomo y el primer estado excitado y se conoce como longitud de onda de resonancia. 1.1.3. Ecuación de Planck Se tiene que un átomo podrá absorber solamente radiación de una longitud de onda (frecuencia) específica. En absorción atómica interesa medir la absorción de esta radiación de resonancia al hacerla pasar a través de una población de átomos libres en estado fundamental. Estos absorberán parte de la radiación en forma proporcional a su concentración atómica. La relación entre absorción y concentración se encuentra definida en la Ley de Lambert-Beer. Como la trayectoria de la radiación permanece constante y el coeficiente de absorción es característico para cada elemento, la absorbancia es directamente proporcional a la concentración de las especies absorbentes. 1.1.4. Absorción atómica

Es una transición desde un estado energético inferior a otro superior tomándose la energía necesaria para esta transición de cuantos de luz como energía = hv’ (siendo h la constante de Planck y v’ la frecuencia). 1.1.5. Espectroscopia Atómica Es un método instrumental de la química analítica que permite medir las concentraciones específicas de un material en una mezcla y determinar una gran variedad de elementos. Esta técnica se utiliza para determinar la concentración de un elemento particular (el analito) en una muestra y puede determinar más de 70 elementos diferentes en solución o directamente en muestras sólidas utilizadas en farmacología, biofísica o investigación toxicológica. La espectroscopia de absorción atómica (AAS) se basa en el principio que los átomos libres en estado fundamental pueden absorber la luz a una cierta longitud de onda. La absorción es específica, por lo que cada elemento absorbe a longitudes de onda únicas. AAS es una técnica analítica aplicable al análisis de trazas de elementos metálicos en minerales, muestras metalúrgicas, aguas, biológicas, farmacéuticas, alimentos y medio ambiente. (Méndez, J., Gordillo, G., Burgos G. ,2008). 1.1.6. Descripción De La Técnica De La Absorción Atómica La técnica de absorción atómica en flama, consta de lo siguiente: la muestra en forma líquida es aspirada a través de un tubo capilar y conducido a un nebulizador donde esta se desintegra y forma un rocío o 23 pequeñas gotas de líquido. Las gotas formadas son conducidas a una flama, donde se produce una serie de eventos que originan la formación de átomos. Estos átomos absorben cualitativamente una radiación específica emitida por la lámpara y la cantidad de radiación absorbida está en función a la concentración. La señal de la lámpara una vez que pasa por la flama llega a un monocromador, que tiene como finalidad el discriminar todas las señales que acompañan la línea de interés. Esta señal de radiación electromagnética llega a un detector o transductor y pasa a un amplificador y por último a un sistema de lectura. (Méndez A., J., Gordillo, G., Burgos G. ,2008). 1.2 Componentes de un espectrofotómetro de absorción atómica: En esencia el equipo de absorción atómica consta de tres partes:  Una fuente de radiación.  Un medio para la obtención de átomos libres.  Un sistema para medir el grado de absorción de la radiación. 1.

Los componentes necesarios para obtener los átomos en estado fundamental son:

  • Nebulizador: cuya misión en convertir la muestra aspirada en una nube de tamaño de gota muy pequeño.
  • Cámara de premezcla: donde penetra la muestra una vez se ha nebulizado. En ella se separan las pequeñas gotitas que forman la niebla mezclándose la muestra nebulizada con el oxidante y el combustible íntimamente.
  • Mechero. Se sitúa sobre la cámara de premezcla, y por él sale la llama con temperatura suficiente para poder comunicar a la muestra la energía suficiente para llevar los átomos a su estado fundamental.
  • La llama es el medio de aporte de energía a la muestra. Entre las llamas se diferencia entre la de aire-acetileno y la de óxido nitroso-acetileno. En la llama se pueden distinguir tres zonas:
    • La zona interna: es la más próxima al mechero, de color azul y con temperatura relativamente baja.
    • La zona de reacción: donde se produce la atomización. -La zona externa: Es la parte más fría de la llama. 1.2.3. Monocromadores Tienen como función seleccionar la línea de absorción, separándola de las otras líneas de emisión emitidas por el cátodo hueco. Los aparatos comerciales suelen venir equipados con monocromadores del tipo de prima o red de difracción. 1.2.4. Detectores

Miden la intensidad de la radiación antes y después de la absorción por la muestra. A partir de los valores obtenidos se podrá calcular la radiación absorbida. En los aparatos comerciales se emplean tubos fotomultiplicadores. 1.2.5. Modulación La llama emite energía continuamente a longitudes de onda no deseadas, produciendo interferencia y una gran inestabilidad en las lecturas. Los detectores que se utilizan son sensibles a determinadas frecuencias, ignorando las señales continúas ocasionadas por la llama. Por ello, se modula el sistema de alimentación de las lámparas a la misma frecuencia que el tubo fotomultiplicador. 1.2.6. Sistema óptico Su función es conducir las radiaciones emitidas por la lámpara a través del sistema de obtención de átomos en estado fundamental y el monocromador hasta llegar al detector. El sistema óptico está formado por:

  • Espejos y lentes, que focalizan sobre la llama la mayor cantidad de energía emitida por la lámpara y la sitúan a la entrada del monocromador.
  • Láminas plano paralelas, que se utilizan para aislar los demás elementos del exterior.
  • Rendijas que, se sitúan una a la entrada para obtener un haz paralelo y estrecho procedente de la lámpara y otra a la salida para seleccionar la longitud de onda adecuada eliminando el resto de las emisiones. De acuerdo con el sistema óptico, los aparatos de absorción atómica pueden ser de doble haz y de haz simple. En los aparatos de doble haz parte de la radiación pasa a través de la muestra y otra parte va directamente al detector. Estos equipos presentan la ventaja de que las variaciones de la intensidad de la fuente de radiación son compensadas automáticamente. Sin embargo, estos aparatos son más caros que los de haz simple. B. Generador de hidruros Utilizando otros reductores y una cámara de cuarzo calentada a una temperatura de unos 1000ºC, se pueden analizar los elementos capaces de formar hidruros volátiles como el As, Se y Sb, llegando a detectarse niveles de unos pocos ppb. 1.3 Funcionamiento general del espectrofotómetro o instrumentación