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ESPECTROSCOPIA DEABSORCION ATOMICA
LOS PRINCIPIOS BASICOS DE ABSORCION ATOMICAPUEDEN EXPRESARSE EN TRES GRANDES CONCEPTOS :
•TODOS LOS ATOMOS PUEDEN ABSORBER LUZ• LA LONGITUD DE ONDA A LA CUAL LA LUZ ES ABSORBIDA ES ESPECIFICA PARA CADA ELEMENTO EN PARTICULAR• LA CANTIDAD DE LUZ ABSORBIDA ES PROPORCIONAL A LA CONCENTRACION DE ATOMOS ABSORBENTES
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REQUERIMIENTOS DE UN SISTEMA PARAABSORCION ATOMICA
- FUENTE DE EMISION DE LUZ CARACTERISTICA
- UN SISTEMA DE ATOMIZACION PARA CREAR UNA POBLACION DE ATOMOS
- UN MONOCROMADOR PARA SEPARAR LUZ DE UNA LONGITUD DE ONDA CARACTERISTICA
- UN SISTEMA OPTICO PARA DIRIGIR LA LUZ DESDE LA FUENTE A TRAVES DE LA POBLACION DE ATOMOS Y HACIA EL MONOCROMADOR
- UN DETECTOR SENSIBLE A LA LUZ
- SISTEMA ELECTRONICO EL CUAL MIIDE LA RESPUESTA DEL DETECTOR
ESPECTROSCOPIA DEABSORCION ATOMICA
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ESPECTROSCOPIA DEABSORCION ATOMICA
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ComponentesComponentes
detector sensible a la luz detector sensible a la luz
sistema electrónico de lecturasistema electrónico de lecturamonocromadormonocromador
fuente de luzfuente de luz
atomizadoratomizador(llama, horno(llama, hornooo hidruros hidruros))
ResonanteResonanteNo-resonanteNo-resonanteGas de rellenoGas de relleno
ResonanteResonante
IIoo IItt
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REQUERIMIENTOS ANALITICOS
- CONVERTIR LA MUESTRA EN SOLUCION
- UNA MUESTRA CON AUSENCIA DE ANALITO ( BLANCO )
- SOLUCIONES DE CALIBRACION
- CONSTRUIR UNA CURVA DE CALIBRACION
- ATOMIZACION DE LA MUESTRA
ESPECTROSCOPIA DEABSORCION ATOMICA
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TeoríaTeoría
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Historia de laHistoria de la Espectroscopía EspectroscopíaOpticaOptica
Isaac Newton descubre el espectro solarhacia fines de 1600’s
Isaac Newton descubre el espectro solarhacia fines de 1600’s
Luz Solar Prisma
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TeoríaTeoría
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Líneas deLíneas de Fraunhofer Fraunhofer
1802 Wollaston descubre líneas obscuras en el es-pectro solar
Fraunhofer investigó estas líneas en detalle
Estas líneas eran debido a absorción de luz solar en laatmósfera
1802 Wollaston descubre líneas obscuras en el es-pectro solar
Fraunhofer investigó estas líneas en detalle
Estas líneas eran debido a absorción de luz solar en laatmósfera
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TeoríaTeoría
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Experimento ( 1 )Experimento ( 1 ) Kirchhoff Kirchhoff&&Bunsen’sBunsen’s
Fuente de luzFuente de luz
MecheroMechero
PrismaPrisma
PantallaPantallablancablanca
Sal en un alambre ySal en un alambre ymantenido en la llamamantenido en la llama
LenteLente
LenteLente
LíneasLíneasObscObsc..
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TeoríaTeoría
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Experimento (2)Experimento (2) Kirchhoff Kirchhoff & & Bunsen’s Bunsen’s
MecheroMechero
PrismaPrisma
TarjetaTarjetablancablanca
Sal en un alambre colocadaSal en un alambre colocaday mantenida en la llamay mantenida en la llama LenteLente
Used to Discover the Used to Discover the
ElementsElements Rb Rb and and CsCs
Líneas deLíneas deEmisiónEmisión
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TeoríaTeoría
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AbsorciónAbsorción vs vs Emisión Emisión
Ba Na KK
Líneas deAbsorción deFraunhofer
Líneas deEmission Elemental
Análisis Cualitativo de elementos
190 nm 900 nm
Cu
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TeoríaTeoría
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Flame OnlyFlame Only
FlameFlame & & Furnace Furnace
TablaTabla Periodica Periodica
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
RbSr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra AcCe Pr Nd PmSmEu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu AmCmBk Cf Es Fm Md No Lr
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TeoríaTeoría
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Atomos en el estadoAtomos en el estado basal basal
NeutronesNeutrones
ProtonesProtones
ElectronesElectrones
OrbitalesOrbitales
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TeoríaTeoría
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Absorción de Energía por AtomosAbsorción de Energía por Atomos
Atomos al estadobasal
Atomos alestado
excitadoh
EnergíaAbsorbida
Electrones de valencia ( exteriores )
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TeoríaTeoría
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Diagrama de niveles deDiagrama de niveles deenergíaenergía
Energía de Transición electrónica
Eo
E2
E3
E1
11 22 33 44
E4
55 66
Líneas de Resonancia originadas desde (Eo))
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TeoríaTeoría
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Proceso de AbsorciónProceso de AbsorciónAtomicaAtomica
Líneas de Resonancia deben originarse desde el estado basal
Energía de Transición
Eo
E2
E3
E1
Sun’s AtmosphereSun’s AtmosphereLuz solarLuz solar
123 4 11 22 33 44
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TeoríaTeoría
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Diagrama de Niveles de EnergíaDiagrama de Niveles de Energíaparapara Pb Pb
E Energía de Transiciones Electrónicas
EEoo
E2
EE33
E1
202.2
E4
217.0 261.4 283.3
Longitud de onda en nanometros
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TeoríaTeoría
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Diagrama de Energías de AbsorciónDiagrama de Energías de Absorción ( Pocas líneas / Elemento )( Pocas líneas / Elemento )
a b c d
Eo Estado basal
EstadosExcitados
Excitación
En
erg
ía
b
a
c}
E3
E2
E1
E Ionización
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TeoríaTeoría
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Diagrama de Energía de EmisiónDiagrama de Energía de Emisión(Muchas Líneas/Elemento)(Muchas Líneas/Elemento)
a b c d
Eo Estado basal
EstadosExcitados
Emisión
En
erg
ía
b
a
c}
E3
E2
E1
E Ionización
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TeoríaTeoría
LA RELACION ENTRE ABSORCION DE LUZ y LA RELACION ENTRE ABSORCION DE LUZ y CONCENTRACION DE ANALITO ES DEFINIDACONCENTRACION DE ANALITO ES DEFINIDAPOR UNA LEY FUNDAMENTAL DE ABSORCIONPOR UNA LEY FUNDAMENTAL DE ABSORCIONDE LUZ :DE LUZ :
LEY DE LAMBERT¨S : LEY DE LAMBERT¨S : LA FRACCION DE LUZ ABSORBIDA POR UNLA FRACCION DE LUZ ABSORBIDA POR UNMEDIO TRANSPARENTE, ES INDEPENDIENTE DE LA INTENSIDAD DE LAMEDIO TRANSPARENTE, ES INDEPENDIENTE DE LA INTENSIDAD DE LALUZ INCIDENTE, y CADA CAPA DE ESPESOR INFINITESIMAL, ABSORBELUZ INCIDENTE, y CADA CAPA DE ESPESOR INFINITESIMAL, ABSORBEUNA FRACCION IGUAL DE LUZ QUE PASA A TRAVES DE ESTA.UNA FRACCION IGUAL DE LUZ QUE PASA A TRAVES DE ESTA.
LEY DE BEERS : LEY DE BEERS : LA ABSORCION DE LUZ ES PROPORCIONAL ALLA ABSORCION DE LUZ ES PROPORCIONAL AL
NUMERO DE ATOMOS ABSORBENTES EN LA MUESTRA.NUMERO DE ATOMOS ABSORBENTES EN LA MUESTRA.
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TeoríaTeoría
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Ley deLey de Beer Beer--LambertLambertCalculo de laCalculo de la Absorbancia Absorbancia
A =A = loglog (( )) == ababccIIooIItt
AA
Donde:Donde:
AA == Absorbancia Absorbancia a =a = absorbilidad absorbilidad
IIoo == Intesidad Intesidad de la luz incidente de la luz incidente b = paso ópticob = paso óptico
IItt = Intensidad de la luz transmitida = Intensidad de la luz transmitida c = concentraciónc = concentración
c c
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TeoríaTeoría
LA ABSORBANCIA ES UNA MEDIDA DE LA LA ABSORBANCIA ES UNA MEDIDA DE LA CANTIDAD DE LUZ ABSORBIDA POR LOSCANTIDAD DE LUZ ABSORBIDA POR LOSATOMOS BAJO CONDICIONES DADAS, Y LAATOMOS BAJO CONDICIONES DADAS, Y LALEY DE LAMBERT BEER NOS PERMITELEY DE LAMBERT BEER NOS PERMITERELACIONAR LA ABSORBANCIA MEDIDARELACIONAR LA ABSORBANCIA MEDIDACON LA CONCENTRACION DEL ANALITOCON LA CONCENTRACION DEL ANALITOEN LA MUESTRAEN LA MUESTRA
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TeoríaTeoría
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Ley deLey de Beer Beer--LambertLambert
RealReal
TeoricaTeorica
ABS
CONC
A =A = abc abc
abc abcAA
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Ley De Beer-lambertLey De Beer-lambert
RealReal
abcabcAA
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%% Transmitancia vs Transmitancia vs ABS ABS
TransmitanciaTransmitancia AbsorbanciaAbsorbancia
100 % 0100 % 0 10 % 1 10 % 1
1 % 2 1 % 2
0.1 % 3 0.1 % 3
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HardwareHardware
Absorción AtómicaAbsorción Atómica
SpectrAA
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ObjetivosObjetivos
Componentes de un sistema de absorción Componentes de un sistema de absorción atómicaatómica
Funciones e interacciones de AASFunciones e interacciones de AAS
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ComponentesComponentes
detector sensible a la luzdetector sensible a la luz
sistema electrónico de lecturasistema electrónico de lecturamonocromadormonocromador
fuente de luzfuente de luz
atomizadoratomizador(llama, horno(llama, hornoo hidruros)o hidruros)
ResonanteResonanteNo-resonanteNo-resonanteGas de rellenoGas de relleno
ResonanteResonante
IIoo IItt
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Lámpara de Cátodo Hueco Lámpara de Cátodo Hueco DiseñoDiseño
MicaMicaShieldShield
Cu
trA
AL
aec
mp
Sp
BaseBase
Graded SealGraded Seal
QuartzQuartzEnd WindowEnd Window
Pyrex EnvelopPyrex Envelop
AnodeAnode
CathodeCathode
GetterGetter
Alignment PinAlignment Pin
Electrical ContactsElectrical Contacts
Lamp Element Lamp Element Code ContactsCode Contacts
Lamp CodeLamp CodeDynodeDynode
varian
HCL OperaciónHCL Operación
Hollow Cathode
Anode
Atom Atom
e-
Electrical DischargeElectrical Discharge
Ne+ + e-
SputteringSputtering
EmissionEmissionExcitationExcitation
RelaxationRelaxation
PhotonPhotonSpecific toSpecific toExcited AtomExcited Atom
EEnn
EEoo
EEnn
EEoo
varian
Sobreposición de Líneas de Sobreposición de Líneas de Emisión con Líneas de Emisión con Líneas de
AbsorciónAbsorción
Emisión de la LámparaEmisión de la LámparaBaja TemperaturaBaja TemperaturaBaja PresiónBaja Presión
Absorción AtomicaAbsorción AtomicaAlta TemperaturaAlta TemperaturaAlta PresiónAlta Presión
Ambas ocurren a exactamente la misma Ambas ocurren a exactamente la misma longitud de ondalongitud de onda
IIoo IItt
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Separación espectral de una Separación espectral de una longitud de ondalongitud de onda
Líneas resonantesLíneas de gas de rellenoLíneas no-resonantes
Función delMonocromador
In
ten
sid
adIn
ten
sid
ad
Longitud de ondaLongitud de onda
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MonocromadorMonocromador
Grating
Slit deSalida
Slit deEntradat
SphericalMirror
SphericalMirror
SlitSlitAdjustmentAdjustment
WheelWheelAngle of the GratingAngle of the GratingDetermines theDetermines theWavelength Focused on Wavelength Focused on the Exit Slitthe Exit Slit
Changing Changing Knob Changes Grating AngleKnob Changes Grating Angle
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Función del Tubo fotomultiplicadorFunción del Tubo fotomultiplicador
Energía lumínica (hEnergía lumínica (h
PM TubePM Tube
Energía eléctricaEnergía eléctrica
varian
Photomultiplier Tube OperationPhotomultiplier Tube Operation
LightLightEnergyEnergy
PhotocathodePhotocathode
AnodeAnode
Dynode’sDynode’s (9-13)(9-13)
QuartzQuartzWindowWindow
InsulatorInsulator
*100 Million Amplification of Signal
e-
e-
e-e- e-e- e-
e-
e-e-
e-
e-
e-
varian
Effect of EHTEffect of EHT(Photomultiplier Voltage(Photomultiplier Voltage))
No
ise
No
ise
EHTEHT 800800600600400400200200
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Optica lámpara de DeuterioOptica lámpara de Deuterio
100%100%
50%
50%
50%
50%RBC
D2
HCL
varian
Operación lámpara de Operación lámpara de DeuterioDeuterio
Usada para medir absorción Usada para medir absorción no-atomicano-atomica
Util desde 190 - 425nmUtil desde 190 - 425nm
Gas de relleno es Deuterio Gas de relleno es Deuterio
(D(D22))
Una descarga de corriente Una descarga de corriente
excita el gas de Dexcita el gas de D2 2
Alta emisión de luz a través Alta emisión de luz a través de la apertura de descargade la apertura de descarga
Anodo
Apertura
Ventana de cuarzo
Cátodo Termoiónico
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Rango normalRango normal 190-300 nm190-300 nm baja corriente HCL mA’sbaja corriente HCL mA’s
300-425 nm 300-425 nm No DNo D2 2
425-900 nm425-900 nm
Intensidad de una fuente de DeuterioIntensidad de una fuente de Deuterio vs Longitud de ondavs Longitud de onda