Espectroscopía de Emisión Atómica. Absorción/Emisión/Fluorescencia Emisión: M o + E. Térmica  M *  M o + h M o + E. Térmica  M *  M o + h Absorción:

Presentación del tema: "Espectroscopía de Emisión Atómica. Absorción/Emisión/Fluorescencia Emisión: M o + E. Térmica  M *  M o + h M o + E. Térmica  M *  M o + h Absorción:"— Transcripción de la presentación:

1 Espectroscopía de Emisión Atómica

2 Absorción/Emisión/Fluorescencia Emisión: M o + E. Térmica  M *  M o + h M o + E. Térmica  M *  M o + h Absorción: M o + h   M * Fluorescencia: M o + h ´  M *  M o + h ´´

3 Emisión Atómica.

4 ► FAES  Instrumento/mantenimiento no costoso  Bajas interferencias espectrales  Altas interferencias de matriz  Análisis de un solo elemento ► FAAS  Instrumento/mantenimiento no costoso  Bajas interferencias espectrales  Altas interferencias de matriz  Análisis de un solo elemento

5 ► EAAS  Instrumento/mantenimiento no costoso  Bajas interferencias espectrales  Capacidad para muestras pequeñas  Moderadas interferencias de matriz  Análisis de un solo elemento  Baja precisión ► DCPS  Instrumento/mantenimiento costoso  Altas interferencias espectrales  Bajas interferencias de matriz  Análisis multielemental

6 ► ICPS  Instrumento/mantenimiento costoso  Bajas interferencias espectrales  Bajas interferencias de matriz  Análisis multielemental ► Arco  Instrumento/mantenimiento no costoso  Altas interferencias espectrales  Análisis multielemental  Baja precision

7 ► Chispa  Instrumento/mantenimiento no costoso  Altas interferencias espectrales  Análisis multielemental

8 Emisión atómica ► Emisión de flama ► Descargas eléctricas  Arco de corriente directa  Arco de corriente alterna  Chispa de corriente alterna ► Microsonda LASER y Ableación LASER ► Fuentes de plasma no combustivos  Plasma acoplado inductivamente ► Secuenciales ► Multicanales  Plasma de argón de CD

9 Efecto de la Temperatura Sobre la Emisión (Mezcla de Elementos) 200300400500600700800Long. Onda Ultravioleta Visible K K K Li Na Cs Zr Cu MgPbHgAs Hg 2000 K 3000 K 5000 K

10 Generalidades ► Los fuentes atomizan, ionizan y excitan ► La relajación produce espectros UV-VIS útiles ► Poca restricción sobre la muestra. ► Análisis multielemental. ► Fuentes de atomización muy calientes > 4000ºC.

11 Generalidades ► Menor interferencias entre elementos ► Grandes intervalos lineales de conc. ► Rango de trabajo muy amplio. ► Límites de detección similares a A.A. ► Compuestos refractarios como óxidos

12 Generalidades ► Costo de análisis elevado. ► Espectros muy complejos: cientos o miles de líneas espectrales. ► Sistema óptico de mayor resolución

13 Sistema de Emisión ► Dispositivo de muestreo y fuente de atomización. ► Espectrómetro. ► Detector y dispositivo de salida.

14 Dispositivos de muestreo y fuentes. ► No hay una sola fuente general. ► Factores para seleccionar la fuente:  Las concentraciones de los elementos.  Las presiones de vapor o volatilidad.  Los potenciales de excitación.  Condiciones físicas de la muestra.

15 Dispositivos de muestreo y fuentes. ► Muestras sólidas:  Descargas eléctricas. ► Arco: más sensible. ► Chispa: más estable, mas preciso.  LASER ► Ablación ► Microsonda ► Muestras gaseosas y en solución:  Plasmas no combustivos: más sensible.

16 Descargas eléctricas. ► Los átomos en el vapor se excitan por colisiones en el plasma de descarga ► Líneas de emisión de espectros moleculares ► Espectros mas complicados ► Formación de CN: 360 – 420 nm ► Análisis cualitativo de aprox. 70 elementos ► Desventaja: Concentraciones > 0.01%

17 Descargas eléctricas. ► Características de un electrodo  Se usa el grafito  Se puede conseguir de alta pureza  Es refractario  Resiste el ataque de ácidos y reactivos redox fuertes  Sus espectro de emisión tiene pocas líneas

18 Descargas Eléctricas

19 Arco de corriente directa. ► Dos electrodos:  Uno contiene la muestra (ánodo o cátodo) ► Descarga alta corriente: 5-30 A - 10-25 V (en aire). ► Temperatura: 4000ºC a 6000ºC. ► Líneas espectrales intensas (las más excitables)

20 Arco de corriente directa. ► Poco reproducible. ► Se dispersa el arco por la superficie de la muestra  Variación de parámetros de excitación en posición y tiempo ► Líneas de emisión y espectros moleculares. ► Espectros más complicados. ► Formación de cianógeno: emisión entre 360-420nm.

21 Arco de corriente directa. ► Análisis cualitativo y semicuantitativo. ► Muy sensible: reconocimiento cualitativo ► Aprox. 70 elementos principalmente metales ► Estándar interno:  Reduce efectos de inestabilidad del arco  Y la matriz de la muestra.

22 Arco de corriente directa. ► Grafito de alta pureza:  Se tiene de alta pureza.  Refractario: Altos puntos de ebullición.  Resiste el ataque químico de ácidos y redox.  Espectro de emisión tiene pocas lineas.

23 Arco de corriente alterna. ► Aumenta reproducibilidad ► Aumenta precisión ► Se recupera la forma del arco ► Sensibilidad menor

24 Comparación Arco de CD/CA. ► Arco de CD.  Temperatura más alta.  Mayor sensibilidad. ► Arco CA.  Mayor reproducibilidad y precisión.

25 Chispas de CA de alto voltaje. ► Menos sensible que arco de CD. ► Mayor estabilidad y precisión de todas las fuentes de descarga eléctrica. ► Análisis cualitativo más tedioso.  Iones con una y dos cargas.  Espectros con más líneas. ► Concentraciones mayores a 0.01%

26 Microsonda y Ableación LASER ► Muestras muy pequeñas. ► Zonas muy localizadas en muestras grandes. ► 10 - 50  m de diámetro en la superficie

27 Microsonda de laser.

28 Fuentes de plasma no combustivos. ► Mejor exactitud, sensibilidad y precisión. ► Análisis de muestras líquidas y gaseosas. ► Temperaturas elevadas.  Ambientes químicos más limpios.  Espectros de átomos y iones. ► Reducción de la auto absorción  Rango lineal dinámico cuatro veces mayor. ► Se requiere de mayor poder de resolución.

29 Plasma Acoplado Inductivamente (ICP) Plasma es un gas altamente ionizado con alta temperatura (6000-10000 ºK). El cuarto estado de la materia.

30 Plasma Acoplado Inductivamente (ICP). ► Plasma de argón. ► Inducción con campo magnético de alta frecuencia. ► Temperatura: 6000 a 10 000 K. ► Línea de emisión iónica más intensa que del átomo. ► Bandas de emisión de ruido débiles:  OH, NO, NH, CN.

31 Antorcha

32 ICP ► Gas argón de alta pureza alimenta el plasma. ► Una chispa procedente de la bobina Tesla ioniza el Ar ► Los electrones libres formados son acelerados por el poderoso campo oscilante de 27 MHz. ► Los electrones acelerados colisionan con los átomos ► Una vez que el proceso comienza, se genera suficiente energía como para mantener la llama entre 10,000 y 6,000 K. ► El sistema se calienta tanto que es necesario enfriar el quemador de cuarzo con un flujo de gas argón.

33 Plasma Acoplado Inductivamente (ICP).

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35 Temperaturas de las Regiones del ICP.

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38 Plasma de Ar de CD

39 Instrumentos de Emisión de Plasma. ► Secuenciales l Ebert-Fastie. l Czerny-Turner. ► Simultáneos l Paschen-Runge. l Echelle.

40 Instrumentos de Emisión de Plasma. ► Secuenciales.  Miden las intensidades de línea una por una. ► Multicanal.  Miden simultáneamente las intensidades de las líneas de emisión de varios elementos > 50

41 Secuencial (Ebert-Fastie)

42 Secuencial (Czerny-Turner)

43 Secuenciales.

44 Simultáneo (Paschen-Runge)

45 Rejilla de escalera/Prisma.

46 Espectro.

47 Sistema óptico/espectro.

48 Detectores. ► Detectores Fotoeléctricos l Tubos fotoemisores. l Tubos fotomultiplicadores. l Fotodiodos.

49 Detector fotoeléctrico. ► Ventajas: ä Respuesta lineal a la energía radiante sobre un intérvalo dinámico de concentraciones de analito de 5 a 7 órdenes de magnitud. ä Obtención de datos de energía rápidamente con precisión y sensibilidad excelentes.

50 Detector fotoeléctricos. ► Desventajas: ä Elevado costo inicial. ä Capacidad de medir sólo una línea espectral a la vez.

51 Detector fotomultiplicador.

52 DETECTOR DES ► 224 Regiones Espectrales ► 6336 Pixeles fotosensibles ► Velocidad de lectura: 1 mseg

53 Detector.