Nebulizador analítico

El término general nebulizador se refiere a un aparato que convierte líquidos en una fina niebla. Las boquillas también convierten líquidos en una fina niebla, pero lo hacen mediante presión a través de pequeños orificios. Los nebulizadores generalmente utilizan flujos de gas para generar la niebla. Los nebulizadores más comunes son los dispositivos médicos, como los inhaladores para el asma o los aerosoles de pintura. Los nebulizadores analíticos constituyen una categoría especial, ya que su propósito es suministrar una fina niebla a instrumentos espectrométricos para el análisis elemental . Son componentes esenciales de la espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente ( ICP-AES ), la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) y la espectroscopia de absorción atómica (AAS).

Los nebulizadores analíticos se utilizan en el análisis de oligoelementos . Este tipo de trabajo desempeña un papel importante en áreas como la investigación farmacéutica y clínica, la evaluación biológica, ambiental y agrícola, y el análisis de petróleo. También tienen aplicaciones nucleares.

La mayoría de los nebulizadores neumáticos analíticos utilizan el mismo principio fundamental ( inducción ) para atomizar el líquido: cuando un gas a mayor presión sale por un pequeño orificio hacia un gas a menor presión, forma un chorro de gas en la zona de menor presión y lo empuja lejos del orificio. Esto crea una corriente en la zona de menor presión y atrae parte de este gas hacia el chorro de mayor presión. En el orificio, la atracción del gas a menor presión crea una succión considerable, cuya magnitud depende de las presiones diferenciales, el tamaño del orificio y la forma del orificio y del aparato circundante. En todos los nebulizadores de inducción neumática, la succión cerca del orificio se utiliza para atraer el líquido hacia el chorro de gas. El líquido se fragmenta en pequeñas gotas durante el proceso.

Los diseños actuales de nebulizadores neumáticos de inducción se ajustan a 5 categorías: 1. Concéntrico: Flujo de líquido rodeado por un flujo de gas o flujo de gas rodeado por un flujo de líquido; 2. Flujo cruzado: Flujo de gas en ángulo recto con respecto al flujo de líquido; 3. Arrastrado: Gas y líquido mezclados en el sistema y emitidos como un flujo combinado. 4. Babington y ranura en V: El líquido se extiende sobre una superficie para disminuir la tensión superficial y pasa sobre un orificio de gas; 5. Trayectoria paralela: El líquido se suministra junto a un orificio de gas y la inducción lo arrastra hacia la corriente de gas.

Los nebulizadores no inductivos más recientes incluyen 3 categorías más: 6. Trayectoria paralela mejorada: el líquido se suministra junto a un orificio de gas y es arrastrado a la corriente de gas por la tensión superficial a lo largo de una boquilla; 7: Desenfoque de flujo: el líquido se inyecta por presión en una corriente de gas; 8. Malla vibratoria: el líquido es empujado a través de pequeños orificios por una placa ultrasónica vibratoria.

Nebulizadores de inducción

Nebulizadores concéntricos

Los nebulizadores concéntricos tienen un capilar central con el líquido y un capilar externo con el gas. El gas atrae el líquido hacia la corriente de gas por inducción, y el líquido se convierte en una fina niebla al moverse hacia la corriente de gas. En teoría, el gas y el líquido pueden intercambiarse, con el gas en el centro y el líquido en el capilar externo, pero generalmente funcionan mejor con el gas fuera y el líquido dentro. ^{[ 1 ]} La primera patente canadiense de nebulizador concéntrico fue la Patente Canadiense n.° 2405 del 18 de abril de 1873. Fue diseñada para proporcionar una mejor pulverización de aceite en un quemador. El diseño es más grande, pero esencialmente el mismo que el de los nebulizadores analíticos modernos. El primero desarrollado para espectrómetros fue un diseño de vidrio desarrollado por el Dr. Meinhard de California en 1973. ^{[ 2 ]} Su diseño permitió a los primeros usuarios de ICP tener un nebulizador de introducción de muestra consistente, pero se obstruía fácilmente. Hoy en día, muchas empresas producen nebulizadores concéntricos de vidrio, y desde 1997, los nebulizadores concéntricos de teflón están disponibles.

Nebulizadores de flujo cruzado

Los nebulizadores de flujo cruzado tienen un capilar de gas perpendicular al capilar de líquido. El gas se sopla a través del capilar de líquido, lo que produce una baja presión que atrae el líquido hacia la corriente de gas. Generalmente, la succión es similar a la que se produce en un nebulizador concéntrico. La ventaja del flujo cruzado es que el capilar de líquido tiene un diámetro interno mayor, lo que permite el paso de más partículas sin obstruir el nebulizador. La desventaja es que la niebla no suele ser tan fina ni tan uniforme. ^{[ 3 ]}

Nebulizadores con arrastre

Actualmente no existen nebulizadores analíticos que utilicen esta técnica, aunque algunos quemadores de aceite sí. Se emplea principalmente en diseños mucho más antiguos, ya que los nebulizadores concéntricos y de flujo cruzado más modernos son mucho mejores y más fáciles de fabricar.

Nebulizadores con ranura en V

Los nebulizadores de ranura en V son similares a los de flujo cruzado, ya que el líquido se suministra a través de un capilar perpendicular al capilar de gas, pero se vierte por una ranura vertical que pasa por un orificio de gas. El gas arrastra el líquido hacia el flujo, formando una fina niebla. Estos permiten capilares de líquido con un diámetro interno muy grande, pero carecen de succión y requieren una bomba para alimentar el dispositivo. Deben estar correctamente orientados para que el líquido fluya correctamente a través del flujo de gas. Además, su niebla suele producir gotas más grandes que la de los nebulizadores concéntricos o de flujo cruzado.

Nebulizadores de trayectoria paralela

Este diseño fue desarrollado por John Burgener de Burgener Research Inc. En él, la corriente de gas y la muestra fluyen a través del nebulizador por capilares paralelos. En la punta del nebulizador, el líquido es aspirado por la corriente de gas y luego se dispersa en la cámara en forma de niebla.

La historia temprana de los nebulizadores médicos se puede leer aquí . El desarrollo de los nebulizadores analíticos desde la introducción del ICP/ICP-MS se muestra a continuación: ^{[ 6 ]}

Flujo cruzado ajustable de la década de 1970 (patente estadounidense n.° 4,344,574) ^{[ 7 ]}

1974 Meinhard Concentric

Ranura en V de 1978 (por Suddendorf y Boyer) (Patente estadounidense n.° 4,206,160) ^{[ 8 ]}

1980 Pilar y Poste (de Garbarino y Taylor)

Nebulizador GMK de 1983: Vaso Babington de cristal con ranura en V

Nebulizador Meinhard tipo C de 1983

1983. Soplado de vidrio de precisión (similar al tipo A de Minehard).

1983 Jarrell Ash (Thermo) Zafiro con ranura en V

1983 Meddings' MAK: flujo cruzado fijo de vidrio

1984 Meinhard tipo K: capilar interno empotrado

En 1984, Glass Expansion comienza a fabricar cristalería para ICP.

1985 Burgener-Legere – primer nebulizador comercial de teflón – ranura en V – sin piezas ajustables

1986 Micronebulizador de inyección directa de Fassel, Rice & Lawrence (patente estadounidense n.° 4,575,609) ^{[ 9 ]}

Nebulizador de rejilla Hildebrand de 1986

Perkin Elmer Gem Tip de finales de la década de 1980, flujo cruzado

Nebulizadores ultrasónicos CETAC de 1988

Cámaras ciclónicas de la década de 1980

1987. La primera nebulizadora de Glass Expansion: la VeeSpray (ranura en V de cerámica).

1989 Expansión del vidrio: primer modelo concéntrico: el Conikal (mecanizado en lugar de soplado de vidrio).

1989 Noordermeer Glass V Groove (patente estadounidense n.º 4.880.164) ^{[ 10 ]}

Expansión de vidrio de 1992 – sin salinización Sea Spray

1993 Lichte Glass V-Groove modificado

1993 Burgener BTF – primer Neb de trayectoria paralela (patente estadounidense n.° 5,411,208) ^{[ 11 ]}

1994–1995 Nebulosas de la ruta paralela principal de Burgener – BTS 50, BTN y T2002

Perkin Elmer GemCone de mediados de la década de 1990: ranura en V en miniatura

Con la introducción del ICP-MS en el laboratorio, la creación de micronebulizadores se convirtió en una prioridad para poder suministrar cantidades más pequeñas de muestra a caudales más bajos.

En 1993 se fabricó el nebulizador Meinhard HEN (nebulizador de alta eficiencia), que manejaba caudales muy bajos, pero que, como consecuencia, se salaba y obstruía con facilidad. (Requería 25 veces menos muestra que un Meinhard estándar).

Nebulizador microconcéntrico Cetac de 1997: el primer nebulizador concéntrico de teflón de 50, 100, 200 o 400 μL/min.

1997 Meinhard Inyección Directa HEN – (DIHEN) (Patente de EE. UU. n.° 6,166,379) ^{[ 12 ]}

1999 Elemental Scientific – Nebulizadores concéntricos de PFA de 20, 50, 100 o 400 μL/min

1999 Burgener Micro 1: Trayectoria paralela

2000 Burgener Micro 3: Trayectoria paralela

2001 Burgener Mira Mist: Primer nebulizador de trayectoria paralela mejorado (patente estadounidense n.° 6,634,572) ^{[ 13 ]}

Tifón Epond 2004: Vidrio concéntrico

2005 Ingeniatrics OneNeb: Tecnología de desenfoque de flujo

2010 Epond Lucida: Microconcéntrico de teflón

2012 Burgener PFA 250: Nebulizador de trayectoria paralela mejorada con microflujo PFA

2010 – 2013 Meinhard y Expansión del Vidrio: Mejoras significativas en los sistemas de fijación y en el diseño de los concéntricos de vidrio.

• https://web.archive.org/web/20131002010344/http://www.icpnebulizers.com/selection.html