Espectrometría atómica: FAES, ICP y ICP-MS

Resumen

El documento describe tres técnicas de espectrometría atómica: la espectrometría de emisión atómica con llama (FAES), el plasma acoplado inductivamente (ICP) y la ICP-MS. Explica su principio de funcionamiento, sus aplicaciones y las limitaciones de la FAES para metales alcalinotérreos. Al terminar, el estudiante podrá distinguir cómo se genera la señal en cada técnica y el papel del espectrómetro de masas en la ICP-MS.

Puntos clave

La FAES, o fotometría de llama, no usa fuente de radiación externa y se emplea sobre todo para determinar sodio y potasio.
La FAES no es adecuada para metales alcalinotérreos porque la temperatura de la llama no basta para excitarlos y la relación Nj/No es muy pequeña.
El plasma es un gas parcialmente ionizado con una concentración significativa de cationes y electrones.
En el ICP, la antorcha es un tubo de cuarzo con tres tubos concéntricos, rodeado por una bobina de inducción alimentada a 27.12 o 40.68 MHz según el fabricante.
El nebulizador concéntrico transforma la muestra líquida en aerosol mediante el efecto Venturi.
En la ICP-MS, el espectrómetro de masas separa los iones según su relación masa/carga y un detector cuantifica su número.

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Espectrometría de Emisión Atómica con Llama (FAES)

También conocida como fotometría de llama, esta técnica es similar a la espectrometría de absorción atómica, pero en este caso no se utiliza una fuente de radiación externa. La muestra se introduce en el seno de la llama mediante un capilar, lo que provoca que la llama cambie de color según la longitud de onda (λ) de la muestra.

Esta técnica se utiliza principalmente para la determinación de sodio y potasio. Sin embargo, no es adecuada para los metales alcalinotérreos, ya que su relación Nj/No es tan pequeña que la señal no puede medirse. Esto se debe a que la temperatura de la llama no es suficiente para que estos elementos pasen de su estado fundamental a un estado excitado, lo que representa un inconveniente significativo para su aplicación.

Plasma Acoplado Inductivamente (ICP)

Existen otros tipos de plasma, como el MIP (plasma inducido por microondas) y el DCP (plasma producido por una descarga).

El plasma es, generalmente, un gas parcialmente ionizado; es decir, una mezcla gaseosa que contiene una concentración significativa de cationes y electrones. Esta técnica se basa en el uso de una antorcha, que es un tubo de cuarzo constituido por tres tubos concéntricos. Enrollada en la parte superior de la antorcha se encuentra una bobina de inducción, alimentada por un campo de radiofrecuencias que opera a 27.12 MHz o 40.68 MHz (según el fabricante).

Para la introducción de la muestra, se necesita un nebulizador concéntrico. Este dispositivo transforma la muestra líquida en aerosol, aspirándola mediante el efecto Venturi. La muestra en aerosol llega al nebulizador y, posteriormente, es introducida en la antorcha.

ICP-MS: Plasma Acoplado Inductivamente a un Espectrómetro de Masas

La ICP-MS es el resultado de la combinación sinérgica de un plasma con un espectrómetro de masas. Esta técnica aprovecha la capacidad de un plasma ICP de argón para generar eficazmente iones monocargados (que pierden un electrón) de los elementos presentes en la muestra. Estos iones se introducen directamente en el espectrómetro de masas.

La función del espectrómetro de masas es similar a la del monocromador en la espectrometría de absorción atómica o en la espectrometría ICP. Sin embargo, en lugar de separar radiaciones de diferente longitud de onda, el espectrómetro de masas separa los iones según su relación masa/carga. Los iones con una determinada relación masa/carga inciden sobre un detector que cuantifica el número de iones presentes.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la FAES no sirve para los metales alcalinotérreos?

Su relación Nj/No es tan pequeña que la señal no puede medirse. La temperatura de la llama no es suficiente para que estos elementos pasen del estado fundamental a un estado excitado.

¿Qué separa el espectrómetro de masas en la ICP-MS?

Separa los iones según su relación masa/carga. Cumple una función similar a la del monocromador en la espectrometría de absorción atómica, aunque separa iones en lugar de radiaciones.

¿Qué hace el nebulizador en un ICP?

Transforma la muestra líquida en aerosol, aspirándola mediante el efecto Venturi, y después la lleva hasta la antorcha.