Espectroscopia de absorción atómica para niños

La espectroscopia de absorción atómica (también conocida como espectroscopia AA o AAS) es una técnica muy útil en la química. Permite a los científicos medir cuánto de un elemento químico específico hay en una muestra. Imagina que quieres saber cuánto hierro hay en una muestra de agua; esta técnica puede ayudarte a descubrirlo. Puede identificar y medir más de 70 elementos diferentes.

Esta técnica fue usada por primera vez como una herramienta de análisis en el siglo XIX. Sus ideas principales fueron desarrolladas por Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff, quienes eran profesores en Alemania.

La forma moderna de la espectroscopia de absorción atómica fue creada en la década de 1950. Un equipo de químicos australianos, liderado por sir Alan Walsh, la desarrolló en Melbourne, Australia.

¿Cómo funciona la espectroscopia de absorción atómica?

Esta técnica se basa en convertir una muestra líquida en átomos. Para ello, se usa un aparato llamado nebulizador que crea una especie de niebla con la muestra. Luego, esta niebla pasa por una llama o un horno de grafito.

El proceso de atomización

Cuando la muestra entra en la llama o el horno, se calienta mucho. Este calor hace que los átomos de la muestra se separen y queden en su estado más básico, sin estar unidos a otras cosas.

La luz y los átomos

Después, se hace pasar una luz especial a través de estos átomos. Esta luz viene de una lámpara que emite la misma luz que absorbería el elemento que queremos medir. Los átomos del elemento en la muestra absorben parte de esta luz.

Midiendo la cantidad de luz

Un detector mide cuánta luz fue absorbida. Cuanta más luz absorban los átomos, significa que hay más cantidad de ese elemento en la muestra. Hoy en día, se usa mucho un horno de grafito para calentar la muestra, lo que hace que la medición sea más precisa.

Atomización con llama: ¿Qué es y cómo se usa?

En este método, la muestra líquida se convierte en una niebla fina con la ayuda de un gas. Luego, esta niebla se mezcla con un gas combustible y se quema en una llama. El calor de la llama hace que el líquido se evapore y las moléculas se separen en átomos.

Antes de usar la llama, la muestra sólida debe disolverse en un líquido, por ejemplo, usando ácidos.

Tipos de llamas usadas

Se pueden usar diferentes combinaciones de gases para crear llamas con distintas temperaturas y velocidades de combustión. Aquí tienes algunos ejemplos:

Cómo funcionan los atomizadores de llama

El aparato que crea la niebla de la muestra la mezcla con los gases y la dirige a un quemador especial. Este quemador tiene una ranura larga y estrecha que produce una llama estable. Una llama así de larga y estable ayuda a que las mediciones sean más exactas.

Un fotómetro de llama de laboratorio que se utiliza propano o butano como gas de combustión

Fuentes de luz para la espectroscopia AA

Para que la espectroscopia de absorción atómica funcione, se necesita una fuente de luz muy específica. Las luces que se usan son muy precisas y emiten la energía exacta que cada elemento puede absorber.

Lámpara de cátodo hueco

Una lámpara de cátodo hueco es un tubo de vidrio sellado que contiene gases como neón o argón. Dentro tiene un cátodo (una parte metálica) hecho del mismo elemento que se quiere analizar. Cuando se le aplica electricidad, el cátodo emite una luz muy brillante con las longitudes de onda específicas de ese elemento.

Tipos de instrumentos de espectroscopia AA

Existen diferentes tipos de equipos para realizar estas mediciones.

Instrumentos de haz sencillo

Estos equipos son más simples. La luz de la lámpara pasa directamente a través de la llama o el horno, luego por un filtro de luz (monocromador) y finalmente llega a un detector.

Instrumentos de doble haz

Estos son más avanzados. La luz de la lámpara se divide en dos haces. Uno pasa por la muestra y el otro sigue un camino de referencia. Luego, los dos haces se unen antes de llegar al detector. Esto ayuda a obtener resultados más estables y precisos.

Monocromadores y detectores

Los monocromadores son como filtros de luz muy precisos. Separan la luz en sus diferentes colores o longitudes de onda, asegurándose de que solo la luz correcta llegue al detector.

Los detectores son los encargados de captar la luz que llega y convertirla en una señal eléctrica. Esta señal se transforma en un número que nos dice la cantidad del elemento presente. El más común es el fotomultiplicador, que amplifica la señal de luz.

¿Qué son las interferencias en la espectroscopia AA?

Las interferencias ocurren cuando algo más en la muestra afecta la medición del elemento que queremos analizar. Por ejemplo, si otra sustancia absorbe luz en una longitud de onda muy parecida, puede confundir al equipo y dar un resultado incorrecto.

Compuestos difíciles de separar

A veces, el elemento que queremos medir se une a otras sustancias en la muestra y forma compuestos que son difíciles de separar con el calor. Esto puede hacer que menos átomos estén disponibles para absorber la luz, dando resultados más bajos de lo esperado.

Tecnologías más avanzadas: ICP (Plasma Acoplado Inductivamente)

Además de la espectroscopia de absorción atómica, existe una técnica más moderna y potente llamada Espectroscopia de Emisión Atómica por Plasma Acoplado Inductivamente (o ICP). Esta técnica no mide la luz que se absorbe, sino la luz que emiten los átomos cuando están muy calientes.

¿Cómo se crea el plasma?

El plasma es un estado de la materia muy caliente, como un gas con mucha energía. En el ICP, se usa gas argón, que se calienta tanto con un campo magnético que se convierte en plasma. Este plasma puede alcanzar temperaturas de hasta 8000 grados Celsius.

Un equipo ICP Plasma.

Ventajas del ICP

El ICP es muy útil porque puede analizar casi todos los elementos de la tabla periódica al mismo tiempo y en muy poco tiempo. Es mucho más rápido que la espectroscopia AA y puede detectar cantidades muy pequeñas de elementos.

Nebulizadores en ICP

En el ICP, también se usan nebulizadores para convertir la muestra líquida en una niebla fina. Esta niebla se introduce directamente en el plasma. Hay diferentes tipos de nebulizadores, algunos hechos de vidrio y otros de PVC, dependiendo de la muestra.

¿Cómo funciona el ICP?

El principio es similar a la AA, pero en lugar de absorber luz, los átomos en el plasma emiten luz. El plasma, que es muy brillante, es la fuente de luz. Los átomos y los iones (átomos con carga eléctrica) en el plasma se excitan por el calor y emiten su propia luz característica.

Esta luz es captada por un sistema óptico que la separa en sus diferentes longitudes de onda. Luego, un detector mide la intensidad de cada luz, lo que indica la cantidad de cada elemento presente en la muestra.

El ICP es muy versátil. Puede analizar muchos elementos a la vez, lo que ahorra mucho tiempo. Además, no necesita cambiar lámparas para cada elemento, como en la espectroscopia AA.

Existe una variante aún más avanzada llamada ICP-Masa, que combina el ICP con un detector de masa. Esta técnica es aún más sensible y se usa principalmente en investigaciones científicas.

Véase también

En inglés: Absorption spectroscopy Facts for Kids