Espectroscopia de emisión atómica

La espectroscopia de emisión atómica ( AES ) es un método de análisis químico que utiliza la intensidad de la luz emitida por una llama , plasma , arco o chispa a una longitud de onda específica para determinar la cantidad de un elemento en una muestra. La longitud de onda de la línea espectral atómica en el espectro de emisión identifica el elemento, mientras que la intensidad de la luz emitida es proporcional al número de átomos del elemento. La muestra puede ser excitada mediante diversos métodos.

La espectroscopia de emisión atómica nos permite medir las interacciones entre la radiación electromagnética y los átomos y moléculas. Esta interacción se mide en forma de ondas electromagnéticas que representan los cambios de energía entre los niveles de energía atómica. Cuando los elementos se queman con una llama, emiten radiación electromagnética que puede registrarse en forma de líneas espectrales . Cada elemento tiene su propia línea espectral única debido a que cada uno tiene una disposición atómica diferente, por lo que este método es una herramienta importante para identificar la composición de los materiales. Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff fueron los primeros en establecer la espectroscopia de emisión atómica como una herramienta en química. ^{[ 1 ]}

Cuando un elemento se quema en una llama, sus átomos pasan del estado electrónico fundamental al estado electrónico excitado. A medida que los átomos en estado excitado   regresan al estado fundamental, emiten luz. La expresión de Boltzmann se utiliza para relacionar la temperatura con el número de átomos en estado excitado, donde temperaturas más altas indican una mayor cantidad de átomos excitados. Esta relación se escribe como:

${\displaystyle {\frac {n_{superior}}{n_{inferior}}}={\frac {g_{superior}}{g_{inferior}}}e^{-(\varepsilon _{superior}-\varepsilon _{inferior})}/k_{B}T}$

donde n _superior y n _inferior son el número de átomos en los niveles de energía superior e inferior, g _superior y g _inferior son las degeneraciones en los niveles de energía superior e inferior, y ε _superior y ε _inferior son las energías de los niveles de energía superior e inferior. Las longitudes de onda de esta luz pueden dispersarse y medirse mediante un monocromador , y la intensidad de la luz puede utilizarse para determinar el número de electrones en estado excitado presentes. ^{[ 2 ]} Para la espectroscopia de emisión atómica, la radiación emitida por los átomos en estado excitado se mide específicamente después de que ya han sido excitados.

Se puede obtener mucha información mediante la espectroscopia de emisión atómica interpretando las líneas espectrales producidas al excitar un átomo. El ancho de las líneas espectrales puede proporcionar información sobre la temperatura cinética y la densidad electrónica de un átomo . Observar las diferentes intensidades de las líneas espectrales es útil para determinar la composición química de mezclas y materiales. La espectroscopia de emisión atómica se utiliza principalmente para determinar la composición de mezclas de moléculas, ya que cada elemento tiene su propio espectro único. ^{[ 3 ]}

La muestra de un material ( analito ) se introduce en la llama en forma de gas, solución pulverizada o directamente mediante un pequeño alambre, generalmente de platino. El calor de la llama evapora el disolvente y rompe los enlaces intramoleculares, creando átomos libres. La energía térmica también excita los átomos, llevándolos a estados electrónicos excitados que, al regresar a su estado fundamental, emiten luz. Cada elemento emite luz a una longitud de onda característica, la cual es dispersada por una rejilla o prisma y detectada por el espectrómetro.

Una aplicación frecuente de la medición de emisiones con llama es la regulación de metales alcalinos para análisis farmacéuticos. ^{[ 4 ]}

La espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) utiliza un plasma acoplado inductivamente para producir átomos e iones excitados que emiten radiación electromagnética en longitudes de onda características de un elemento en particular . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Las ventajas de ICP-AES son su excelente límite de detección y rango dinámico lineal, capacidad multielemental, baja interferencia química y una señal estable y reproducible. Las desventajas son las interferencias espectrales (muchas líneas de emisión), el costo y los gastos operativos, y el hecho de que las muestras generalmente deben estar en solución líquida. La fuente de emisión de plasma acoplado inductivamente (ICP) consta de una bobina de inducción y plasma. Una bobina de inducción es una bobina de alambre por la que fluye una corriente alterna. Esta corriente induce un campo magnético dentro de la bobina, acoplando una gran cantidad de energía al plasma contenido en un tubo de cuarzo dentro de la bobina. El plasma es una colección de partículas cargadas (cationes y electrones) capaces, en virtud de su carga, de interactuar con un campo magnético. Los plasmas utilizados en las emisiones atómicas se forman ionizando una corriente de gas argón. La alta temperatura del plasma resulta del calentamiento resistivo a medida que las partículas cargadas se mueven a través del gas. Debido a que los plasmas operan a temperaturas mucho más altas que las llamas, proporcionan una mejor atomización y una mayor población de estados excitados. Actualmente, la matriz de muestra predominante en ICP-AES es líquida: agua acidificada o sólidos disueltos en agua. Las muestras líquidas se bombean al nebulizador y a la cámara de muestras mediante una bomba peristáltica. A continuación, pasan por un nebulizador que genera una fina niebla de partículas líquidas. Las gotas de agua más grandes se condensan en las paredes de la cámara de pulverización y se eliminan por el desagüe, mientras que las más finas se desplazan con el flujo de argón y entran en el plasma. Mediante la emisión de plasma, es posible analizar directamente muestras sólidas. Estos procedimientos incluyen la vaporización electrotérmica, la ablación láser y por chispa, y la vaporización por descarga luminiscente.

La espectroscopia de emisión atómica por chispa o arco se utiliza para el análisis de elementos metálicos en muestras sólidas. Para materiales no conductores, la muestra se muele con polvo de grafito para hacerla conductora . En los métodos tradicionales de espectroscopia de arco, la muestra sólida se molía y destruía durante el análisis. Se hace pasar un arco eléctrico o chispa a través de la muestra, calentándola a alta temperatura para excitar los átomos que contiene. Los átomos del analito excitados emiten luz en longitudes de onda características que se pueden dispersar con un monocromador y detectar. En el pasado, las condiciones de la chispa o el arco no solían estar bien controladas, por lo que el análisis de los elementos en la muestra era cualitativo . Sin embargo, las fuentes de chispa modernas con descargas controladas pueden considerarse cuantitativas. Tanto el análisis de chispa cualitativo como el cuantitativo se utilizan ampliamente para el control de calidad de la producción en fundiciones e instalaciones de fundición de metales.

• Espectroscopia de absorción atómica
• Espectroscopia atómica
• Espectroscopia de emisión óptica por descarga luminiscente
• Espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente
• Espectroscopia de ruptura inducida por láser

• Tutorial de espectroscopia de emisión atómica . Archivado del original el 1 de mayo de 2006.
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