Nombres:

Adriana Elvira Niño Blanco Andrés Felipe Ochica

QUÍMICA ANALÍTICA

MODULO 1. TEORIA DE ESPECTROSCOPIA ATOMICA

Espectroscopia

La espectroscopia abarca el estudio en las siguientes áreas:

- La observación de la radiación que se absorbe, emite o dispersada por los átomos y moléculas, que acompaña a los cambios en los estados de energía de una especie química.

- Interpretación del espectro electromagnético: líneas discretas o bandas de longitudes de onda específicas.

- Los átomos producen en la línea y espectros de banda: Las moléculas de producir un espectro de banda.

- Las líneas espectrales se puede utilizar para identificar la presencia de una especie de analitos particulares, o para proporcionar una medida cuantitativa de la concentración.

Radiación electromagnética

La radiación electromagnética se puede considerar como una onda electromagnética que viaja a la velocidad de luz y definida por la longitud de onda y frecuencia. Sin embargo, el modelo de onda no tiene en cuenta los fenómenos asociados a la absorción y emisión de energía y es necesario tener en cuenta un modelo de partícula tal que la radiación electromagnética se ve como una corriente de partículas discretas (cuantos) de energía conocidas como fotones. La emisión de fotones durante transiciones atómicas da lugar a un espectro atómico característico.

El espectro electromagnético

El espectro electromagnetico es el nombre dado a la gama de las radiaciones que se extienden desde las más largas ondas de radio, con longitudes de onda más largas de 1000 km, a los rayos cósmicos con longitudes de onda medidas en 10 -3

nm.

Diagramas de plazo

Un espectro surge desde

- Las transiciones de los electrones externos de un átomo de energía entre los niveles fijos.

- Cada transicion corresponde a una frecuencia de emisión específica.

- Diagramas de Grotrian, también conocidos como disgramas plazo, se utilizan para representar las transiciones electrónicas entre niveles de energía atómicos.

No todas las transiciones posibles están permitidas: esto es una consecuencia de una regla de selección que permite transiciones sólo entre los niveles en los que el momento angular del orbital de número cuántico, t, los cambios de una unidad, i. e. ∆t= ±1

Espectro de Emision Atómica

Cuando los átomos de un elemento están exitados, se alcanzan muchos estados de energía diferentes. A medida que cada átomo vuelve a un estado menor, la energía se emite en la frecuencia correspondiente a la diferencia entre los niveles de energía de las transiciones. El conjunto de todas las frecuencias es el espectro de emisión de la especie. Las longitudes de onda bien definidas emitidas por los átomos libres o iones monoatómicos se conocen como líneas espectrales.

Los emisores de especies pueden ser átomos o iones en un estado excitado: longitudes de onda de los átomos excitados son designados por el número romano I, por ejemplo Ca I, los iones excitados se etiquetan, II, III, etc, y se dice que dan espectros de segundo orden o superior, por ejemplo, Fe III2 + .Indica una línea de orden tercero espectral levantada de los estados del ion Fe. Líneas de átomos neutros y, sobre todo, los iones de una sola carga son de primordial importancia en la espectrometría de plasma.

Espectro de Absorción Atómica

En un medio gaseoso caliente, por ejemplo una llama, los átomos son capaces de absorber radiación de longitudes de onda características de las transiciones electrónicas superiores a estados excitados. Los espectros de absorción atómica consisten principalmente en líneas de resonancia que resultan de las transiciones desde el estado fundamental a niveles superiores.

Banda espectral

En contraste con los átomos excitados e iones monoatómicos, moléculas excitadas dan lugar a espectros de banda. Espectros de emisión molecular son complejos, ya que sus cambios electrónicos ocurridos junto con las transiciones de rotación y vibración. Cada cambio electrónico es por tanto una colección de líneas muy próximas entre sí que aparece como una banda menos dispersada por un espectrómetro de alta resolución.

La distribución de Boltzmann

Cuando un átomo sufre una transición electrónica entre dos niveles de energía E1 y E2, que absorbe o emite radiación de una frecuencia característica o longitud de onda.

El cambio de energía, AE, asociado con una transición está dada por:

AE = hv

La población relativa de las especies (átomos o iones) en los dos estados está dada por la distribución de Boltzmann:

n2 / n1 = (g2 / g1) exp (-AE / kT)

donde n2 y n1 es el número de especies por metro cúbico en los estados E1 y E2, respectivamente, G2 y G1 son los pesos estáticos de cada uno, k es la constante de Boltzmann T (1,38 x 10-23 J / K) y es la temperatura (kelvin)

Intensidad de las emisiones de línea

La intensidad I21 para una transición de estado superior 2 al estado inferior 1 está dada por:

I21 = hv 21 A21 n2+

Donde n2 es la población del estado 2 y A21 es el coeficiente de probabilidad de emisión espontánea, n2 se puede encontrar en la distribución de Boltzmann.

El efecto de incertidumbre

Una anchura de línea natural está determinada por las vidas medias de los estados inicial y final que participan en una transición. Si los tiempos de vida de una o ambas de los estados infinito, la anchura de la línea atómica resultante de una transición entre estos estados se aproximan a cero. Sin embargo, los tiempos de transición y la línea de ampliación como resultado del principio de incertidumbre Heisemberg. En general, las anchuras de línea naturales son muy pequeñas, siendo los más estrechos líneas de resonancia.

La vida media es la duración media de tiempo que una especie se mantiene en cada estado antes de someterse a una transición.

Ensanchamiento Doppler

La ampliación Doppler se produce porque la longitud de onda aparente de la radiación emitida o absorbida por un átomo en rápido movimiento disminuye cuando se está moviendo hacia un detector, y aumenta cuando se está alejando del

detector. La magnitud del efecto Doppler aumenta con la velocidad a la que la especie absorbente o emitiente se esté desplazando. Debido a la distribución de las velocidades de los átomos dentro de una fuente de excitación, el detector se encuentra con una distribución aproximadamente simétrica de longitudes de onda con el máximo correspondiente a cero efecto Doppler.

A un equilibrio de temperatura T, la fracción de átomos con una velocidad entre vx y vx + dvx está dada por la distribución de Maxwell:

dN(vx)/N= [α/(π)1/2 1/2] exp-vx2/α dvx2

donde α = (2RT / M) es la velocidad más probable, siendo m el número de masa y R la constante universal de gases.

Ampliación de la presión

La ampliación de la presión, también conocido como colisión o ampliación de Lorentz, surge como resultado de colisiones entre el emisor o especies absorbentes y otros átomos, moléculas o iones en el medio calentado. Estas colisiones en los niveles de energía del estado fundamental y por lo tanto una propagación de las longitudes de onda absorbidas o emitidas.

En una llama, las colisiones son principalmente entre los átomos de analito y los productos de la combustión del combustible. La ampliación en fuentes utilizadas en la espectroscopia de absorción atómica (por ejemplo una lámpara de cátodo hueco) es debido a las colisiones entre los átomos emisores y otros átomos del mismo tipo.

MÓDULO 2: I NSTRUMENTACIÓN DEL PLASMA INDUCTIVAMENTE ACOPLADA

Naturaleza del plasma

El plasma es un gas parcialmente ionizado cuyas propiedades dependen en gran medida de la ionización. La energía necesaria para mantener la ionización es suministrada por una fuente de alimentación externa. Esto significa que el contenido de energía y la temperatura del plasma se puede hacer mucho más alto que los de una llama química, dando como resultado la capacidad de excitación mayor que hace que el plasma una excelente fuente de espectroscopia de emisión.

Partes:

- Zona analítica normal- Bobina de inducción Radio-frecuencia - Nitrógeno o argón enfriamiento del gas- Tangencial argón flujo de gas de plasma- Cola de la pluma- Muestra de aerosol

Formación del Plasma

El plasma de acoplamiento inductivo deriva su poder sustentador por inducción de un campo magnético de alta frecuencia. El argón es más comúnmente utilizado para formar el plasma. Los electrones libres son acelerados por el campo magnético y se someten a las colisiones con el argón neutro, produciendo de este modo una ionización más intensa y energía térmica.

Las condiciones de estado estable se logran cuando la tasa de ionización es igual a la tasa de pérdida a través de la recombinación, difusión o convección.

Partes:

- Bobinas de inducción- Líneas de fuerza magnética- Eddy- Gas de Argon de flujo/ plasma