Principios y Aplicaciones: Rayos X, Espectrometría de Masas y Plasmas en Química Analítica

Tubo de Coolidge: Fundamentos y Funcionamiento

Es una fuente de rayos X constituida por una ampolla de vidrio al vacío que contiene un cátodo unido a una fuente de alto voltaje, emisor de electrones, y un ánodo de metal con refrigeración, denominado anticátodo.

Entre ambos electrodos se establece una diferencia de potencial muy elevada. Los electrones emitidos por el filamento, mediante el efecto termoiónico, son acelerados hacia el anticátodo. Cuando estos electrones chocan, se originan los rayos X, que se emiten en todas direcciones y salen como un haz por la ventana del dispositivo.

Este proceso se denomina producción de rayos X por bombardeo con electrones.

Detectores de Rayos X

Detector Geiger-Müller

Cuando el voltaje es muy alto, al entrar en la cámara, el gas iónico formado induce la ionización de toda la cámara, y las fluctuaciones de voltaje no tienen efecto.

No son adecuados para realizar mediciones precisas en las muestras debido a su respuesta lenta, ya que los iones positivos tardan en descargarse.

Detector de Centelleo

Se basan en la fluorescencia visible-UV que los rayos X provocan al incidir sobre ciertas sustancias. Los contadores basados en este principio se denominan contadores de centelleo.

Cuando se excita una sustancia fluorescente con rayos X, el paso a su estado fundamental emite fotones. El material utilizado produce destellos luminosos que, al pasar a través de un fotomultiplicador, se transforman en una señal eléctrica medible.

Espectrometría de Masas Molecular

Ionización Química (CI)

En este caso, la ionización se debe a la colisión de las moléculas de analito con los iones generados al bombardear con electrones un exceso de gas reactivo (comúnmente metano o amoniaco).

Ionización por Electrospray (ESI)

Es un proceso a presión atmosférica que permite la producción de moléculas ionizadas a partir de una muestra que es bombeada a través de una aguja capilar mantenida a un potencial positivo. Como resultado, se forma un aerosol cargado.

La muestra entra en un capilar que soporta un potencial muy elevado. A la salida del capilar, a presión atmosférica, la muestra se nebuliza y el disolvente se evapora. Las gotitas se van haciendo más pequeñas como consecuencia de dicha evaporación, y por lo tanto, la densidad de carga aumenta hasta que se produce una liberación repentina de iones moleculares cargados. Estos iones pasan a la interfase y luego al analizador de masas.

MALDI (Ionización/Desorción Láser Asistida por Matriz)

La muestra se mezcla con un exceso de matriz y se seca sobre la sonda. El láser ioniza las moléculas de la matriz, y las moléculas de analito se ionizan por transferencia de protones desde la matriz.

Las muestras se encuentran en estado sólido y no necesitan ser volátiles.

Plasmas en Espectroscopia Atómica

Plasma de Argón (Ar)

• Es monoatómico, con elevada energía de ionización y químicamente inerte.
• Se obtiene un espectro simple.
• Tiene capacidad para excitar e ionizar a la mayoría de elementos de la tabla periódica.
• No se forman compuestos estables entre el argón y el analito.

Plasma de Helio (He)

• Un átomo de helio metaestable tiene más energía que uno metaestable de argón.
• Produce una reacción de excitación directa entre el helio y un halogenuro.
• Es perfecto para analizar elementos no metálicos.

Hem+ + X → He + X*