Química

Espectrómetro de absorción atómica: configuración y dispositivo de medición virtual


Unidad de atomización

La espectrometría de absorción atómica (AAS) se basa en la medición de la absorción de radiación de átomos aislados en fase gaseosa. Por lo tanto, los métodos de evaporación y atomización de la muestra juegan un papel crucial en AAS.

Se establecen cuatro métodos diferentes que se presentarán a continuación. El método más antiguo es el AAS de llama (FAAS), en el que la solución de muestra es aspirada por un quemador, atomizada y evaporada en la llama. Junto a él está el tubo de grafito AAS, abreviado como GFAAS (para horno de grafito) o ETAAS (para AAS electrotérmico). Aquí, la muestra se atomiza en un tubo de grafito brillante. Estos dos métodos se pueden utilizar universalmente, ETAAS incluso se puede utilizar para el análisis directo de sólidos sin digestión previa. (Detalles sobre los procedimientos de digestión en la unidad del curso de aplicación de AAS).

Además, existen otros dos métodos cuyo campo de aplicación se limita a unos pocos analitos, pero que tienen una sensibilidad significativamente mejor que FAAS o ETAAS para estos elementos VI. Utilice el grupo principal que forma hidruros volátiles. Estos hidruros se eliminan de la solución de muestra y luego se descomponen térmicamente, de modo que se liberan los átomos del analito. Finalmente, el proceso de vapor frío (CVAAS) solo se puede utilizar para el mercurio, ya que este es el único metal relevante para AAS que tiene una presión de vapor suficientemente alta. Con CVAAS, el mercurio mayoritariamente ionizado en la solución de muestra se reduce a Hg metálico (0), y luego se determina directamente la absorción del vapor de Hg.

Llama AAS (FAAS)

La figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de un quemador de ranura con cámara de mezcla para FAAS:

La muestra líquida es aspirada y atomizada en el atomizador (Z) por el flujo de gas del agente oxidante. El gas combustible se suministra por separado y en la cámara de mezcla se combina con el aerosol de la muestra / agente oxidante. Una disposición de cuerpos de impacto (P) asegura que solo las gotas de aerosol más finas entren realmente en la llama (F) (diámetro de gota por debajo de 5 µm). Por lo tanto, alrededor del 90% de la solución de muestra aspirada se acumula en el drenaje, lo que significa que se requiere un volumen de muestra relativamente alto de algunos cientos de microlitros para cada determinación individual.

La llama es atravesada por el haz de luz de medición en una trayectoria de luz de aproximadamente 5 a 10 cm de longitud. Se utilizan varias combinaciones de gas combustible y agente oxidante, que difieren tanto en la temperatura de la llama como en otras propiedades (velocidad de combustión, autoabsorción de la llama) y, por lo tanto, a veces se utilizan específicamente para ciertos analitos:

Tab.1
Tipos de llamas en FAAS
Gas combustible / agente oxidanteTemperatura de la llama en ° CÁrea de aplicación preferida
Metano / aire (también propano / aire)1700 - 1900Metales alcalinos
Metano / oxígeno2700 - 2800
Hidrógeno / aire2000 - 2300Como, Se
Hidrógeno / Oxígeno2500 - 2700
Acetileno / aire2100 - 2500la mayoría de los elementos
Acetileno / óxido nitroso2700 - 3500Ca, B, Al, Si, Be, tercer a quinto subgrupo

Tubo de grafito AAS (ETAAS)

El ETAAS se basa en un tubo de grafito de 20 a 50 mm de largo con un diámetro interno de 6 a 10 mm, abierto por ambos lados; aplicando una corriente eléctrica de unos cientos de amperios, se calienta hasta 3000 ° C. Para evitar que el grafito se queme, el calentamiento se realiza en una atmósfera de gas protector (argón). La vida útil de un tubo de grafito es de aproximadamente 100 a 200 ciclos de calentamiento. A diferencia del FAAS, el volumen de muestra requerido es solo de unos pocos microlitros; la muestra se aplica a través de una abertura en la parte superior, pudiendo disponerse en el interior del tubo un canal especial para recibirla. La Fig.2 muestra la sección transversal a la izquierda, la disposición en la trayectoria del haz a la derecha:

La dosificación de los volúmenes de muestra muy pequeños se puede hacer a mano, pero se puede lograr una mejor reproducibilidad con sistemas completamente automáticos para la aplicación de muestras La trayectoria del haz de luz de medición se ajusta en el eje central del tubo de grafito. Se ejecuta un programa de temperatura para la medición:

  • Secar la muestra a 90 - 150 ° C,
  • Descomposición de la matriz (incineración de componentes orgánicos) a 500 - 1200 ° C,
  • Atomización a 800-3000 ° C.

Los dos primeros aumentos de temperatura se implementan como una rampa de ascenso lento, el salto de temperatura final para la atomización, por otro lado, se lleva a cabo muy rápidamente para lograr una evaporación y atomización rápidas de todo el contenido de analito durante la medición de absorción. Un sistema de refrigeración por agua, que está integrado en el soporte de la cubeta de grafito, asegura un posterior enfriamiento rápido antes de la siguiente medición. 3 muestra un programa de temperatura típico:

Proceso de hidruro (HGAAS)

Los elementos As, Sb, Bi, Te, Pb, Sn, Se y Ge son adecuados para una determinación por HGAAS, y más recientemente también Cd y Tl. La muestra se hace reaccionar con borohidruro de sodio, por lo que se forman los hidruros volátiles, por ejemplo después

3sostén4+3H++4H2SeO34Ver2+3H2O + 3 H3BO3

A continuación, el hidruro se expulsa de la cámara de muestra mediante un gas portador (normalmente argón) y se transfiere a una cubeta calefactable. El calentamiento se puede realizar eléctricamente o mediante el quemador de la FAAS; A temperaturas de 800-1000 ° C, los átomos de analito se liberan en la cubeta por descomposición del hidruro, por ejemplo después de

Ver2Se + H2

La estructura completa del generador de hidruro y la cubeta se muestra esquemáticamente en la Fig.4:

El flujo de gas portador se ajusta inicialmente mediante una válvula de tres vías de modo que el espacio de aire sobre la muestra y la cubeta estén completamente vacíos y, por lo tanto, libres de oxígeno. A continuación, se presiona el agente reductor en la cámara de muestra moviendo la llave de paso. Después de un tiempo de reacción definido, el hidruro formado finalmente se vierte en la cubeta con el gas portador y allí se descompone térmicamente.

La ventaja decisiva de este método es que la matriz de la muestra está completamente separada antes de la medición y no hay procesos disruptivos como en la llama (ver el capítulo sobre interferencias en la unidad de aprendizaje Aplicaciones del AAS). En el caso ideal, hay una mezcla de gases en la cubeta que, además de los analitos, solo contiene el hidrógeno liberado, el gas portador y algo de vapor de agua arrastrado, por lo que las interferencias que son significativas en FAAS y ETAAS no influyen. Los límites de detección son más bajos en un factor de 10 a 100 en comparación con ETAAS.

Proceso de vapor frío (CVAAS)

Con este método, el mercurio se reduce en la solución de muestra, utilizándose borohidruro de sodio o cloruro de estaño (II) como agentes reductores, este último liberando mercurio elemental.

Ed2+ + Sn2+ Ed0 + Sn4+

El gas portador luego transporta el Hg vaporoso a la cubeta. La estructura de este procedimiento es básicamente idéntica a la del HGAAS, como se muestra en la Fig.4. Se puede utilizar argón o aire como gas portador en el CVAAS; la cubeta se calienta a 100 ° C para evaporar las gotas de agua arrastradas.


Video: Equipo de Absorción Atómica utpl (Enero 2022).