INDUSTRIA DE LA CERAMICA

Espectroscopía de emisión atómica

Los métodos espectroscópicos atómicos se basan en la interacción entra la radiación electromagnética y la materia (fenómenos de absorción, emisión y fluorescencia por parte de átomos o iones). La espectroscopía de emisión atómica (E.E.A.), es un método instrumental de análisis químico, que se fundamenta en el estudio de la radiación emitida por átomos en todas las regiones del espectro. Cuando estos absorben energía, se excitan y en dicho estado permanecen un tiempo muy corto (del orden de 10-6 s.), luego el átomo o molécula vuelve a su estado fundamental o no excitado emitiendo el sobrante de energía en forma de luz o cuantos luminosos (Pombo, 1984; Ewing, 1990). Esto ocurre cuando una muestra es sometida a una descarga eléctrica suministrada por una fuente de excitación. Según lo expresado por Catasús (Catasús, 1985) y Burriel (Burriel, 2003) el proceso descrito puede expresarse de acuerdo a la condición de frecuencia de Bohr (postulado propuesto por este científico, como parte de su teoría sobre el átomo en 1913). Si E1 y E2 son los estados inicial y final respectivamente, la energía emitida se expresará como:

(1)

Donde

h : constante de Planck

12: frecuencia de la radiación emitida

Autores como Willard (Willard, 1967) y Rouessac (Rouessac, 2006) expresan, que, los iones o moléculas gaseosas, cuando se excitan térmica o eléctricamente emiten una radiación característica en la zona del ultravioleta visible que puede ser medida y utilizada para el análisis cualitativo y cuantitativo, ya que la intensidad de las líneas es proporcional cantidad de átomos excitados, en dependencia de las condiciones de excitación y a la concentración de la muestra. Mientras que la mayoría de las técnicas espectroscópicas sirven para el análisis de moléculas y de átomos, la espectroscopía de emisión sólo sirve el para análisis de átomos. Esto se debe a la gran energía que se necesita para excitar la mayoría de las especies químicas, de forma que esta energía disocia los compuestos en átomos o iones. La espectroscopia no al ser excitada la muestra, se rompe la estructura e ioniza el átomo. Como consecuencia de lo señalado anteriormente se puede concluir que, esta técnica no es útil para la determinación del estado químico de combinación.

Catasús (Catasús, 1985) y Skoog (Skoog, 2001) señalan que el análisis cuantitativo por este método no depende del estado de oxidación, en los átomos no existen tránsitos rotacionales, ni vibracionales; por tanto, se obtienen espectros de líneas (líneas más finas) a una determinada longitud de onda característica de cada elemento. Debido a esto, el método es válido para análisis cualitativo.

En Espectroscopia de Emisión Atómica la cantidad física que es usada para caracterizar y medir la concentración que será determinada, se refiere como intensidad.

La Intensidad es una de las palabras más usadas en espectroscopia y también en el análisis espectroquímico. Se habla de intensidad de la línea del espectro, del fondo, de la banda de absorción de un rayo de luz, etc. La intensidad guía en la dirección de energía o potencial.

El análisis cuantitativo determina la concentración o cantidad de una sustancia a partir de una medición, que puede ser la lectura de un voltímetro, que se refiere a la energía radiante, en mediciones fotográficas. En la práctica no es necesario decir que tipo de energía radiante se está midiendo. Entonces la expresión intensidad puede ser empleada para expresar la fuerza relativa de una línea espectral. Luego la intensidad de una línea espectral o del fondo es una expresión relativa al referirse a la cantidad medida por el receptor de dicha señal. La dimensión es pues la unidad. Generalmente no es necesario referirse a unidades pues queda explicito en el término intensidad por su valor relativo respecto a otra línea de referencia interna en el espectro usado (Gordy, 1953; General Atomic Emission Spectroscopy, 2007).

La base del análisis cuantitativo por emisión atómica lo constituye la simple relación empírica entre el contenido de un elemento en la muestra y la intensidad de la línea espectral de dicho elemento, característico para una longitud de onda determinada, en la zona del espectro analizada. Esta relación se conoce usualmente como la ecuación de Lomakim-Scheibe (ecuación (2)).

I = a * Cb (2)

I = intensidad de la línea espectral

C = contenido del elemento

a = coeficiente de proporcionalidad

Donde se asume en principio que la intensidad es proporcional a la concentración. Las desviaciones de esta proporcionalidad están causadas fundamentalmente por la autoabsorción, tomada en cuenta a través del exponente b (Catasús, 1985). Cuando el registro es fotográfico la ecuación, se representa gráficamente en coordenadas logarítmicas (ecuación (3).)

Lg I = b * lg C + lg a (3)

En la espectroscopía de emisión, son los electrones de valencia de los elementos los que se excitan, para dar lugar a espectros atómicos formados por picos bien definidos y estrechos, empleándose como líneas analíticas las líneas últimas o de referencia (Willard, 1995, Arribas, 2006).

Se reportan una serie de ventajas para este método (Delahay, 1970), entre ellas:

Excelente método para el análisis de trazas (contenidos <1 mg·l-1)

Empleado la determinación de metales, metaloides y otros elementos.

Es suficiente para la determinación una pequeña cantidad de muestra (un nanogramo es suficiente).

Determinación simultáneamente varios elementos, sin necesidad de separaciones previas.

Es un método rápido y fácilmente automatizado.

La exactitud y la precisión suele ser del 2 %

Se reportan además las siguientes desventajas:

Equipamientos relativamente caros.

Destrucción total de la muestra, cuando es en polvo.

Se realiza solo la determinación en forma de elementos.

Según Hernández (Hernández, 2002) las fuentes de energía para la emisión pueden ser provocada por energía térmica o eléctrica, se puede afirmar que la fuente de energía ejerce una gran influencia en el tipo e intensidades de los picos que constituyen el espectro de cada uno de los elementos. De acuerdo a lo anterior se puede decir que la fuente de energía tiene dos funciones:

Debe proporcionar suficiente energía como para convertir los compuestos en átomos e iones gaseosos. En este

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