6.2.5 Espectroscopia de absorción atómica
AAS es una poderosa técnica analítica para el análisis de elementos presentes en muestras complejas, como muestras alimentarias y biológicas y ambientales, mediante la medición de la radiación absorbida por el elemento objetivo.112 Modernos sistemas AAS están equipados con una fuente de radiación, atomizador, monocromador, sistema de detección y una computadora. La demostración esquemática de un espectrómetro de absorción atómica se muestra en la Fig. 6.3.
la Figura 6.3. Demostración esquemática de un espectrómetro de absorción atómica.
En el análisis basado en AAS, la radiación que llega al monocromador proviene de tres fuentes. Se trata de un haz atenuado de la fuente de radiación (es decir, una lámpara de cátodo hueco), que es una emisión específica; emisión de los átomos de la muestra, incluidos los átomos objetivo y no objetivo, que son excitados por la llama (emisión inespecífica); y la radiación resultante de la combustión de combustible para proporcionar la llama. Los sistemas AAS están diseñados y fabricados para eliminar las emisiones inespecíficas que llegan al detector. Esto se logra colocando un monocromador entre el atomizador (es decir, la llama) y el detector. El monocromador en sistemas AAS dispersa longitudes de onda de luz que no son específicas para el elemento objetivo y aísla una línea que es específica. Por lo tanto, la radiación que llega al detector es la suma de la radiación del haz de fuente de radiación atenuada y la radiación emitida por los átomos de analito excitados en el atomizador. Dado que la cantidad de radiación absorbida por los átomos del elemento objetivo en la llama es crucial, es necesario corregir la emisión de átomos analitos excitados en la llama. Esto se lleva a cabo utilizando un picador de haz perpendicular a la trayectoria de luz entre la fuente de radiación y el atomizador. El AAS requiere el uso de fuentes de radiación que tengan un espectro de emisión más estrecho que el ancho de línea de absorción de los oligoelementos a analizar. De lo contrario, se obtienen valores de absorbancia bajos, lo que reduce la sensibilidad. Las fuentes de radiación utilizadas en AAS son lámparas de cátodo hueco, lámparas de descarga sin electrodos, fuentes de luz continuas y lámparas de descarga de vapor, que se utilizan de manera eficiente en los sistemas AAS. Entre estas fuentes de radiación, las lámparas de cátodo hueco se usan más comúnmente en los sistemas AAS.
Una lámpara de cátodo hueco consiste en un tubo hueco lleno de un gas inerte como Ne o Ar en el rango de presión entre 1 y 5 torr, un ánodo hecho de tungsteno y un cátodo hecho de la forma metálica del elemento que se va a detectar.113 La representación esquemática de una lámpara de cátodo hueco se muestra en la Fig. 6.4. Cuando se aplica voltaje (es decir, 300 V) a los electrodos, la lámpara de cátodo hueco emite radiación que es característica del metal en el cátodo. Por ejemplo, si el cátodo está hecho de Fe, se emitirá un espectro de Fe. Dado que la radiación pasa a través de la llama que contiene la muestra atomizada, solo los átomos de Fe absorberán esta radiación, ya que las longitudes de onda emitidas por la lámpara de cátodo hueco son específicas hacia los átomos de hierro. Esto significa que es necesario utilizar una lámpara diferente para cada elemento a analizar. Sin embargo, hay un número limitado de lámparas de varios elementos disponibles en el mercado que contienen cátodos hechos de más de un elemento. Se encuentran disponibles en el mercado lámparas de cátodo hueco para el análisis de aproximadamente 60 elementos.
la Figura 6.4. La representación esquemática de una lámpara de cátodo hueco.
Por otro lado, las lámparas de descarga sin electrodos se utilizan tanto en espectrometría de absorción atómica como en espectrometría de fluorescencia atómica. Este tipo de lámpara no contiene electrodos, sino un recipiente de vidrio hueco lleno de un gas inerte como Ar.114 La descarga es producida por una bobina de generador de alta frecuencia en lugar de una corriente eléctrica. Las lámparas de descarga sin electrodos son convenientes para el análisis de elementos volátiles como Hg, As y Cd. La principal desventaja de las lámparas de descarga sin electrodos es su corta vida útil.
La segunda parte importante del AAS es el atomizador donde los iones o moléculas en la fase gaseosa se atomizan a nivel básico. La eficiencia de atomización del atomizador tiene un efecto crucial en el análisis exitoso de los análisis basados en AAS. La sensibilidad del análisis es directamente proporcional al grado de atomización del metal a analizar. Los atomizadores se dividen tradicionalmente en dos grupos que son atomizadores a base de llama y atomizadores sin llama.
En el caso de los atomizadores a base de llama, la muestra que contiene el analito se mezcla con la mezcla de gas que forma la llama en forma líquida. En esta mezcla de gas, el líquido de la muestra se dispersa en la niebla. La mezcla resultante se entrega al cabezal de la llama y a la llama que es la zona de combustión. Finalmente el proceso de atomización se lleva a cabo en llama. En los atomizadores de llama, la temperatura de la llama depende del tipo de gas inflamable y combustible en la mezcla de gas que forma la llama. El aire / acetileno es la mezcla de gases más utilizada. Aunque hay aplicaciones prácticas de atomizadores de llama, este tipo de atomizador tiene algunas desventajas, como el análisis de un número limitado de elementos, no adecuado para trabajar en la región UV de vacío, dificultades en el análisis de pequeñas cantidades de muestras y baja sensibilidad. El diseño y desarrollo de atomizadores sin llama ha llevado a la eliminación de estos problemas.
En los espectrofotómetros de absorción atómica, los sistemas más importantes desarrollados como atomizadores son los hornos de grafito, que también se denominan atomizadores electrotérmicos.115 Estos tipos de atomizadores requieren una fuente de energía para calentarse. Se requieren volúmenes de muestra muy pequeños en el rango de 5 a 50 µL y la sensibilidad es mucho mayor que los atomizadores a base de llama. La principal desventaja de este tipo de atomizador es su alto costo.
El AAS se aplicó con éxito para el análisis de contaminantes de metales pesados en muestras ambientales. Por ejemplo, Naseri y sus colegas desarrollaron una técnica de microextracción líquido–líquido dispersiva para el análisis sensible de iones Pb2+ en muestras de agua del grifo, agua mineral, agua de pozo y agua de mar. En su estudio, el factor de enriquecimiento y los valores límite de detección alcanzados fueron de 150 y 0,02 µg L-1, respectivamente.116
En otro estudio realizado por Shamsipur y Ramezani, 117 la determinación de cantidades ultratrazadas de iones Au en muestras de mineral de silicato y muestras de agua del grifo se realizó con éxito utilizando un sistema AAS con horno de grafito. Para este fin, se aplicó un paso de microextracción líquido–líquido dispersivo antes del análisis de AAS. Los valores límite de detección y factor de enriquecimiento obtenidos fueron de 0,005 ng mL−1 y 388, respectivamente.
En un interesante estudio reportado por Ebrahimzadeh y Behbahani, se determinaron con éxito iones Pb2+ en muestras de agua utilizando el sistema AAS. En su estudio, los polímeros impresos en iones se prepararon para la preconcentración de iones Pb2 + en agua. El límite de detección fue de 0,75 µg L-1.
Leśniewska y sus compañeros de trabajo diseñaron y prepararon polímeros impresos en iones hacia iones Cr3+ en muestras de agua de río, agua del grifo y aguas residuales municipales.119 Los polímeros impresos con iones preparados se utilizaron de manera eficiente para la preconcentración de los iones Cr3+ objetivo a partir de muestras ambientales. El análisis de iones Cr3 + se llevó a cabo utilizando un sistema electrotérmico AAS. El límite de detección alcanzado fue de 0,018 ng mL-1.
En otro estudio importante,120 Mohammadi et al. informó de la aplicación de sistemas AAS de llama para el análisis sensible de iones Ag+ en muestras de agua. Antes del análisis de iones Ag+ objetivo por AAS, se aplicó un paso de microextracción líquido–líquido dispersivo. En su estudio, los valores límite de detección y de factor de enriquecimiento se obtuvieron en 1,2 ng mL−1 y 16, respectivamente.
Rivas y sus compañeros de trabajo analizaron con éxito iones Sb3+–Sb5+ y As3+–As5 + en muestras de agua de mar, agua del grifo y agua embotellada.121 La preconcentración de iones objetivo se realizó aplicando una técnica de microextracción líquido–líquido dispersiva antes de su análisis por AAS. Los valores límite de detección para As3+ y Sb3+ alcanzados fueron de 0,01 y 0,05 µg mL−1, respectivamente. El factor de enriquecimiento obtenido fue de 115.