Unidad 1. Espectrometría Óptica Atómica Instrumentación Aplicaciones para análisis de muestras.

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1 Unidad 1. Espectrometría Óptica Atómica Instrumentación Aplicaciones para análisis de muestras

2 A nivel espectrométrico ¿Cómo se identifican y cuantifican los elementos presentes en una muestra? Métodos: Espectrometría óptica Espectrometría de masas Espectrometría de Rayos X Elementos en la muestra Átomos gaseosos o iones elementales Atomización Medida de absorbancia Emisión Fluorescencia

3 Diagramas de niveles de energía (Diagramas de Grotrian) Na Los diagramas de niveles de energía ayudan a describir los procesos que sustentan los distintos métodos de espectroscopia atómica. En ellos se muestran las transiciones electrónicas permitidas entre los niveles de energía de los átomos. E orbital E ionización 5,14 eV A medida que aumenta el número de electrones en la capa externa, los diagramas de nivel de energía se vuelven cada vez más complejos. Las líneas verticales indican algunas de las transiciones electrónicas comunes Longitud de onda de la radiación resultante.

4 Espectros atómicos de emisión y absorción Todos los elementos son capaces de presentar transiciones electrónicas especificas con frecuencias determinadas de emisión. Por tanto, cada elemento presenta un espectro atómico característico. Para recordar: La luz blanca visible puede descomponerse en sus diferentes colores mediante un prisma en un proceso denominado dispersión. Espectro continuo: entre 400 y 700 nm

5 Eo Ej Los espectros de emisión y absorción atómica NO son espectros continuos, son espectros de LINEAS. Espectros de emisión atómica A temperatura ambiente, todos los átomos de una muestra están en su estado basal (i.e 3s para el Na). Mediante la aplicación de una energía externa se logra la excitación del electrón en estado basal. Llama Plasma Arco Chispa electricos El tiempo de vida del átomo excitado es breve y su retorno a Eo produce la EMISIÓN de fotones λ de la radiación resultante

6 3s 3p 4s 4p 3d 4d 568.82 819.48 330.2 330.3 589.59 589.99 Potencial de ionización 5.14 Potencial de excitación. (eV) 3.5 0.0 Un espectro de emisión atómica consta de Líneas de resonancia: que resultan de las transiciones entre un estado electrónico excitado y el estado basal. ¿La transición 4d a 3p es una línea de resonancia?

7 300 nm700800900500400600 330.2 330.3 589.59 589.99 568.82 819.48 Espectro de Líneas de Emisión Lampara de sodio Estas dos líneas (dobletes) son las más intensas y son la razón del color amarillo que se observa tanto en las lámparas de sodio o cuando se quema carbonato de sodio o sales de sodio en una llama.

8 Pepinillo eléctrico Otro ejemplo de emisión….. Se conecta a la red de corriente alterna y debido a que después del proceso de decapado están presentes iones Na + y Cl - la corriente eléctrica excita los iones de sodio, produciendo una luz similar al de una lámpara de sodio. Espectro de emisión (dobletes similares a la lampara)

9 Espectros de absorción atómica Emisión Absorción Si la excitación se da por absorción de radiación electromagnética, los átomos sólo absorberán cantidades definidas de energía (es decir, radiación a determinadas longitudes de onda o frecuencia), Las frecuencias a las que absorbe son precisamente las mismas en las que emite cuando se estimula mediante calor (Ley de Kirchoff). Los espectros de absorción y de emisión resultan ser, pues, el negativo uno del otro.

10 3s 3p 4s 4p 3d 4d 819.48 330.2 330.3 589.6 589.0 Potencial de ionización 5.14 Potencial de excitación. (eV) 3.5 0.0 Un espectro de absorción atómica consta de Líneas de resonancia que resultan de las transiciones entre un estado basal a un estado excitado. Líneas muy nítidas a 589.0, 589.6, 330.2, 330.3. Línea a 819.5 casi no se detecta. ¿Por qué las líneas de transición de 3p a 3d o a 5d son tan débiles?

11 Amplitudes de las líneas atómicas Como se mostró en el diagrama del Na, parece ser que las líneas atómicas contienen únicamente una longitud de onda. Sin embargo, existen distintos fenómenos por los que las líneas atómicas tienen en realidad anchuras finitas. λ “Teoría” Realidad La anchura de línea efectiva Δλ 1/2, de una línea de emisión o absorción atómica se define como la anchura en unidades de longitud de onda medida a la mitad de la señal máxima.

12 Factores que dan origen al ensanchamiento de línea 1)El efecto de incertidumbre, 2)El efecto Doppler, 3)Los efectos de presión debidos a las colisiones entre átomos de la misma clase y con átomos extraños (Ensanchamiento Lorentz) 4)Efectos de campos eléctricos y magnéticos (Stark y Zeeman). 1.Ensanchamiento natural Todos los espectros atómicos lo presentan, es llamado de esta manera porque su origen está intrínsecamente relacionado con las transiciones atómicas y está relacionado con el principio de incertidumbre de Heiseberg ¿Qué dice el principio de incertidumbre de Heisenber?

13 Principio de incertidumbre o indeterminación…. Es imposible medir con exactitud la velocidad y la posición de una partícula a la vez. ¿El motivo? Al medir, se perturba. Eo Ej La anchura natural de una línea está determinada por el TIEMPO DE VIDA de los estados inicial y final que involucran las transiciones Ese tiempo exacto durante el cual permanece en ese estado no es el mismo en cada decaimiento; es ALEATORIO, por lo que no se puede calcular analíticamente. Ancho de banda natural

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