Fotometría de llama + quemador turbulento

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La ESPECTROFOTOMETRÍA DE EMISIÓN ATÓMICA se basa en el fenómeno de EMISIÓN de luz por un átomo excitado (sus electrones están desplazados a niveles orbitales más energéticos y, por lo tanto, menos estables) que tiende a recuperar su estado basal, menos energético, emitiendo la energía absorbida como una radiación electromagnética de longitud de onda semejante a la radiación absorbida y carácterística de cada elemento.

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Pueden identificarse TRES CLASES DIFERENTES DE PROCESOS DE EMISIÓN que difieren en cómo los átomos han alcanzado el estado excitado previo a la emisión.
A)

Emisión a partir de una excitación electromagnética

. B)

Emisión a partir de excitación térmica

Fotometría DE LLAMA

c) Emisión a partir de excitación eléctrica.
Los tipos más importantes de espectrofotometría de emisión se basan en la utilización de energía no electromagnética para llevar a un átomo o a una molécula al estado excitado (A*), a partir del cual se miden las emisiones de radiación de los átomos al volver a su estado fundamental o menos energético (A0).

2. FUNDAMENTO:

Los electrones de los átomos en su estado fundamental presentan unos niveles energéticos y ocupan unos orbitales carácterísticos para cada tipo de átomo.-.-.-.-.Si estos electrones son EXCITADOS por la energía térmica de una llama, absorben energía y se produce el desplazamiento de uno o varios electrones a capas con niveles superiores de energía y, por lo tanto, menos estables. Los electrones, inestables en este estado excitado, tienden a volver a su estado inicial EMITIENDO toda o parte de la energía absorbida en forma de radiación electromagnética.

A0+energía térmica(llama)->A*(excitación) . A*->A0+h.V(emisión)

A0:

átomo en estado fundamental

. A*:

átomo en excitado.

H.V:

energía de luz emitida.-.-.-.-.La luz emitida puede poseer una o varias longitudes de onda carácterísticas de cada elemento debido a que cada desplazamiento electrónico origina un nivel de energía o línea del espectro. En general, los átomos tienen espectros de emisión relativamente simples (sodio-arriba)

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La CUANTIFICACIÓN de un elemento se realizará seleccionando la longitud de onda o banda de longitudes de onda en la que el analito EMITE con mayor intensidad.-.-.-.-.-.Hay que evitar que la banda de radiaciones seleccionada coincida con radiaciones originadas al quemarse otros elementos presentes en la muestra (radiaciones interferentes en la banda seleccionada); debido a esto, la banda de longitudes de onda seleccionada para un determinado elemento debe ser lo más estrecha posible.

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Para que se produzca LA ABSORCIÓN DE ENERGÍA POR LOS ÁTOMOS es necesaria la transformación de la muestra, que debe estar DISUELTA, en VAPOR ATÓMICO mediante el denominado PROCESO DE ATOMIZACIÓN, mediante el cual se aporta al analito la suficiente energía para alcanzar su forma ATÓMICA NEUTRA
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-.-.-.-.En condiciones constantes, la intensidad luminosa es directamente proporcional al número de átomos que emiten energía, es decir, directamente proporcional a la concentración de los átomos en la muestra; hay que tener en cuenta que solo se excitan del 1 al 5% de los átomos de la solución, pero esta proporción es suficiente para realizar las determinaciones analíticas en muestras biológicas.-.-.-.-.Podemos definir LA FOTOMETRÍA DE LLAMA COMO LA TÉCNICA ANALÍTICA BASADA EN LA EXCITACIÓN DE LOS ÁTOMOS DE UN ELEMENTO, QUE SE ENCUENTRAN EN SU ESTADO BASAL, POR LA ENERGÍA TÉRMICA DE UNA LLAMA Y LA MEDICIÓN DE LA RADIACIÓN EMITIDA AL VOLVER LOS ÁTOMOS A SU ESTADO FUNDAMENTAL_____Los metales alcalinos (litio
-
Rojo-671:

Sodio

Amarillo-589 y potasio
-
Violeta-768) son fáciles de excitar en una llama.
Cuando ponemos una solución de estos metales en contacto con una llama, cada uno de ellos produce un color carácterístico y distinto. La longitud de onda que corresponde al color emitido es la que seleccionamos en el detector para cuantificar la emisión del átomo correspondiente.-.-.-.-.La determinación de LITIO, SODIO y POTASIO se realiza mediante fotometría de llama; otros metales como el calcio y el magnesio no son excitados tan fácilmente en la llama por lo que no se utiliza esta técnica para su cuantificación.

3. APARATAJE:

Existe una gran variedad de equipos que van desde los fotómetros de filtro de haz único a los espectrofotómetros de multicanal con corrección automática del ruido de fondo.-.-.-.Los COMPONENTES BÁSICOS de un fotómetro de llama son:__Quemador__Atomizador__Sistema óptico__Detector__Sistema de registro .

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Los componentes esenciales del fotómetro de llama son el quemador y el atomizador.
-.-.-.

El QUEMADOR proporciona una llama que debe poseer una temperatura adecuada y constante que permita la transferencia de energía a los átomos no excitados.-.-.-.La función del ATOMIZADOR consiste en disminuir el tamaño inicial de las gotas de la disolución problema para permitir que los átomos de la muestra absorban la energía térmica y se exciten.-.-.-.-.-Muchas veces atomizador y quemador forman una unidad compacta de tal forma que todas las gotas de la muestra son introducidas en la llama.

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QUEMADOR (mechero):

La llama tiene tres funciones básicas
:
__Permite pasar la muestra a analizar del estado líquido a ESTADO GASEOSO.__Descompone los compuestos moleculares del elemento de interés en ÁTOMOS INDIVIDUALES o en moléculas sencillas.__EXCITA estos átomos o moléculas.-.-.-.-.El principal requerimiento es que la llama que produzca el quemador sea CONSTANTE y CONTROLABLE para lo cual se emplearan reguladores de flujo y de presión.-.-.-.La temperatura de la llama es fundamental en el proceso de atomización; de la temperatura que se quiera alcanzar en la llama dependerá la elección del gas de combustión -combustible- que mezclado con aire u oxígeno -comburente- originará la llama.

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El gas utilizado suele ser

__PROPANO, __GAS NATURAL o __ACETILENO, __mezclado con AIRE u OXÍGENO.-.-.-.-.La llama de ÓXIDO NITROSO-ACETILENO, que es más caliente que la de AIRE-ACETILENO, parece ser más efectiva para la formación de átomos neutros; estos dos tipos de llama son los más adecuados para fotometría de llama y absorción atómica..-.-.-.Los gases utilizados pueden alcanzar la llama de dos maneras: __o bien mezclando los gases en proporciones definidas previamente __o suministrándose los dos a la vez por conductos distintos.-.-.-.-.La mezcla de gases sale por un pequeño orificio y, al pasar por una zona más estrecha, AUMENTA LA VELOCIDAD DEL GAS que origina una PRESIÓN REDUCIDA (1) en la zona -efecto Ventury - provocando la aspiración de la muestra. Los gases junto con la muestra nebulizada salen por la parte alta del quemador donde se produce la combustión, formando la llama. .--.Al aumentar la velocidad del gas, una menor cantidad de átomos choca con la pared con lo que la presión disminuye.

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EFECTO VENTURI:

los gases; al aumentar la velocidad,disminuye la presión.

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El control y la regulación tanto del flujo como de la presión de los gases que intervienen en la formación de la llama tiene un papel importante en la obtención de los resultados; se deben seleccionar unos valores de FLUJO Y PRESIÓN ÓPTIMOS que proporcionen la TEMPERATURA DE LLAMA ADECUADA para obtener una intensidad máxima de la radiación emitida.-.-.-.-.Para obtener esta temperatura, el fotómetro de llama lleva incorporado reguladores de flujo y manómetros;
Los valores óptimos para cada elemento se determinan, en cada caso, de modo experimental.

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En la llama podemos encontrar varias zonas:__Zona de combustión primaria o cono interno;
no se utiliza para la atomización de la muestra debido a los desequilibrios térmicos que se producen en esta zona.__Zona interconal
;
en ella se produce una combustión completa y la temperatura que se alcanza es máxima -según la composición de los gases- y homogénea.__Cono exterior;

tampoco se utiliza en el proceso de atomización.

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Dependiendo de la TEMPERATURA que alcance la llama tenemos:

LLAMAS FRÍAS

: producidas por mezcla de aire-propano alcanzan temperaturas de 1.800º C; son útiles para medir elementos de fácil atomización como metales alcalinos o alcalinotérreos (son aquellos situados en el grupo IA de la tabla periódica excepto el hidrógeno que es un gas, se caracterizan por tener un solo electrón en su capa más externa. Son el litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio).

LLAMAS CALIENTES

alcanzan los 2.400º C y son producidas por mezclas de acetileno y aire;
Son las más utilizadas en el LAC.

LLAMAS MUY CALIENTES

alcanzan los 3.000º C, son producidos por óxido nitroso y acetileno;
Son capaces de atomizar elementos como aluminio, silicio o titanio pero son muy poco utilizadas en analítica clínica.

Según la PROPORCIÓN ENTRE LOS GASES DE LA MEZCLA

Combustible y comburente- encontramos:__LLAMA ESTEQUIOMÉTRICA
:
la relación es 1:1 y es la más generalizada.__LLAMA OXIDANTE
:
en ella hay una mayor cantidad de comburente.__LLAMA REDUCTORA
:
mayor proporción de combustible.

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En la llama tienen lugar los siguientes hechos:

¨1

Se EVAPORA el agua o los otros disolventes dejando como residuo diminutas partículas.

¨2

Las partículas se vaporizan, es decir, pasa al ESTADO GASEOSO.

¨3

Las moléculas gaseosas, o una parte de ellas, SE DISOCIAN progresivamente dando lugar a ÁTOMOS NEUTROS o radicales. Estos átomos neutros son las especies absorbentes en espectroscopía de absorción atómica y son las especies emisoras en fotometría de llama.

¨4

Parte de los átomos neutros se EXCITAN térmicamente o se ionizan. La fracción excitada térmicamente es importante en análisis por fotometría de llama ya que el retorno al estado fundamental de los electrones excitados es el responsable de la EMISIÓN DE LA LUZ que se mide.

¨5

Parte de los átomos neutros o de los radicales que se encuentran en la llama pueden combinarse para formar nuevos compuestos gaseosos. La formación de estos compuestos reduce la población de los átomos neutros en las llamas y constituye las llamadas INTERFERENCIAS QUÍMICAS que se presentan en los métodos de análisis que utilizan llamas.-.-.-.-.A la temperatura ordinaria de la llama, es relativamente baja la fracción de átomos en estado fundamental que se excita.
Únicamente si la temperatura de la llama es muy elevada la fracción de átomos excitados empieza a ser apreciable. Este hecho pone de manifiesto la necesidad de controlar la temperatura de la llama cuidadosamente para fotometría de emisión.

_____ATOMIZADOR:

Consta de NEBULIZADOR y CÁMARA DE PREMEZCLA.
-.-.-.-.-.La mayoría consisten en dos tubos concéntricos: __el interno, con un diámetro capilar que se introduce (por el otro extremo) en la muestra y, __el externo que conduce los gases a gran velocidad provocando la aspiración de la muestra desde el capilar dispersándola en forma pequeñas GOTÍCULAS (como una fina niebla) y arrastrándola hacia la llama.-.-.-.-.-.
El nebulizador tiene como función separar la solución problema en pequeñas gotas.-.-.-.
En la cámara de premezcla la muestra nebulizada va a disminuir aún más su tamaño mediante el choque de las partículas con dispositivos como bolas de impacto (de vidrio) o el spoiler (de plástico). Las gotas de gran tamaño quedan condensadas en la cámara y son eliminadas mediante un sistema de drenaje.-.-.-.-.
La EFICACIA DE UN ATOMIZADOR depende de la presión del aire, la densidad y viscosidad de la muestra, así como de su tensión superficial y estructura. Cuanto menores sean las gotas obtenidas, mayor será la eficacia del atomizador y mayor será la eficacia de la técnica en sí, ya que el analito a cuantificar quedará situado correctamente en la llama tras la evaporación del resto de componentes de la muestra, excitándose –por la energía térmica de la llama- y emitiendo su radiación carácterística.-.-.-.-.Es muy importante que la energía térmica aplicada origine la atomización de todo el analito pero EVITANDO LA APARICIÓN DE IONES que no absorben energía del mismo modo que el átomo en su estado elemental. La ionización que tiene lugar en las llamas produce normalmente la pérdida de un sólo electrón.

_____FASES DEL PROCESO DE ATOMIZACIÓN :Aspiración:

la muestra liquida llega al nebulizador a trsves de 1capilar con1 flujo previamente determinado.

Nebulizacion:

se produce la transformación de las gotas de la muestra en1 aerosol x el efecto Ventury.

Mezcla del aerosol con los gases de combustión:

realiza en la cámara de premezcla donde tambn se reduce aun+ el tamaño de las partículas de la mezcla x xoque con el spoiler o las bolas de impacto.

Desolvatizacion

Kd la muestra accede a la llama se prduce la evaporización del liquido q contiene el analito.

Volatizacion

El analito pasa del estado solido al gaseoso.

Atomización:

se produce la ruptura de los enlaces químicos del analito kn otros átomos liberándose en forma de átomos elementales(de la especie absorbente q queremnos cuantificar).Fase+delicada del proceso_____¨Los sistemas de atomización pueden ser:

¤CONTINUOS:__

La muestra accede al sistema de atomización de forma continua produciendo una emisión electromagnética también continua.__En la espectroscopia de emisión atómica con atomización de llama (fotometría de llama) y en la espectroscopia de absorción atómica con atomización de llama (F-AAS) el sistema de atomización es continuo.

¤DISCRETOS:__

Al sistema de atomización llega una alícuota de la muestra originando una máximo de radiación que disminuye a medida que desaparece la muestra en la llama.__La espectroscopia de absorción atómica con atomización electrotérmica o cámara de grafito (GF-AAS) utiliza un sistema de atomización discreto.

_____SISTEMA ÓPTICO:

Su FUNCIÓN es seleccionar la radiación electromagnética correspondiente a la longitud de onda carácterística del elemento a cuantificar, de la luz procedente de la llama y enviarla al detector.
-.-.-.Hay que utilizar la banda de longitudes de onda más estrecha posible para obtener la sensibilidad adecuada.-.-.-.-.Según el sistema óptico podemos diferenciar DOS TIPOS DE FOTÓMETROS DE LLAMA:----

FOTÓMETROS DE LLAMA DIRECTOS.-----FOTÓMETROS DE LLAMA CON ESTÁNDAR INTERNO.-.-.-.-

Los fotómetros de llama directos utilizan la intensidad de luz emitida para la determinación de la concentración del analito.-.-.-.-.
¨Los fotómetros de llama con estándar interno cuantifican el analito mediante la comparación de la intensidad de la emisión del elemento a determinar con la con la emisión de un elemento agregado como estándar interno, es decir, el estándar produce una emisión de referencia frente a la que se mide la radiación emitida por el elemento a cuantificar.-.-.-.-.La utilización del estándar interno permite que las variaciones que pueden producirse en las distintas fases de la técnica (variaciones en la temperatura, estabilidad de la llama, cantidad aspirada, viscosidad de la muestra…) al afectar tanto al analito como al estándar interno no afectará a la relación entre ambos obteniendo resultados correctos.

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Otra función del estándar interno es ABSORBER la radiación producida por otros elementos que, excitados por la llama, emiten radiación al producirse su paso al estado fundamental;-.-.-.-.Esta radiación secundaria podría provocar la excitación de una mayor cantidad de átomos a cuantificar con el consiguiente error analítico. Así, átomos de sodio excitados presentes en una determinación de potasio pueden transferir energía a los átomos de potasio con lo que se produce una variabilidad en el número de átomos de potasio excitados presentes en la muestra en relación al número de átomos de sodio, es decir, la concentración de sodio influirá en el número de átomos de potasio excitados y en el resultado. La presencia del estándar interno amortiguará la radiación no deseada obteniendo un resultado más preciso.-.-.-.-.
Las carácterísticas que debe cumplir el estándar interno son: __No debe estar presente en los líquidos biológicos de los que obtenemos la muestra a analizar. __Debe emitir radiación a una longitud de onda alejada de la banda de longitudes de onda que utilizaremos para cuantificar la radiación emitida por el elemento a medir.__Los elementos más utilizados como estándar interno son el litio (para las determinaciones de sodio y potasio) y el cesio (para las determinaciones de litio, sodio y potasio).-.-.-.Los fotómetros de llama utilizados en el laboratorio de análisis clínico emplean el estándar interno.

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En la muestra se pueden realizar análisis de UNO O VARIOS ELEMENTOS. -.-.La CUANTIFICACIÓN MULTIELEMENTAL conlleva la utilización de sistemas de detección capaces de discriminar en cortos períodos de tiempo varias longitudes de onda correspondientes a la emisión los distintos elementos a analizar -analizadores ópticos o fotómetros multicanal-

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DETECTORES:TUBOS FOTOMULTIPLICADORES que permiten amplificar la señal para detectar señales muy débiles (debido a una concentración pequeña del analito o por defecto en la llama de excitación).

SISTEMAS DE REGISTRO:

Suelen tener incorporado un MICROPROCESADOR ELECTRÓNICO que transforma la señal recibida por el detector en una magnitud (absorbancia, transmitancia o gráfico-altura de pico, área de pico-).-.-.-.-.El microprocesador nos permite a través de un teclado seleccionar la magnitud a determinar, las condiciones de medida (longitud de onda, rendija…), registrar los valores obtenidos de los patrones para realizar una recta de calibrado, ajustar la recta por mínimos cuadrados e indicar los resultados obtenidos con una muestra problema.

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4. ASPECTOS PRÁCTICOS:

En el manejo del fotómetro de llama pueden aparecer una serie de INTERFERENCIAS que pueden provocar la obtención de resultados erróneos. Estas son:

¨INTERFERENCIAS DE RADIACIÓN

__Cuando en la muestra existe algún elemento que provoca una radiación de longitud de onda parecida a la del analito a determinar.__Se puede solucionar empleando monocromadores de banda estrecha que sean capaces de seleccionar pequeñas franjas de longitud de onda.

¨INTERFERENCIAS DE EXCITACIÓN:
__

En la muestra se excitan otros átomos y transfieren la energía al analito que medimos como la excitación del sodio transferida al potasio (muy frecuente).__Se corrige añadiendo una concentración elevada de un metal que normalmente no se encuentre en la muestra, litio o cesio (estándar interno) para que absorba la radiación.

¨INTERFERENCIAS DE IONIZACIÓN:__

El grado de ionización del elemento a analizar puede disminuirse por adición de una elevada concentración de otro elemento que sea más fácilmente ionizable (tampón de radiación o supresor de ionización).

¨INTERFERENCIA DE FONDO

__Cuando la muestra contiene concentraciones altas de proteínas, lípidos o hidratos de carbono, se produce un espectro de energía muy amplio.__Se puede minimizar empleando altas diluciones de la muestra.

¨INTERFERENCIAS QUÍMICAS:__

Son debidas a la presencia de compuestos de calcio aislados, como el fosfato cálcico, que impiden que los átomos de calcio se exciten.__Se evita añadiendo lantano que reacciona con el fosfato y deja los átomos de calcio libres.-.-.-.-.Es muy importante conocer el aparato y su mantenimiento para su correcto funcionamiento.-.-.-.El mecanismo de aspiración de la muestra debe estar limpio y libre de obstrucciones debidas a componentes de la muestra (fibrina o proteínas).-.-.-.-.La cámara de atomización debe mantenerse limpia.-.-.-.-.El quemador debe estar limpio para conseguir una llama homogénea.-.-.-.-.Hay que vigilar el flujo de los gases y su presión de salida.