Espectroscopia de emisión atómica y sus 3 aplicaciones importantes

Espectroscopia de emisión

"La espectroscopia de emisión es una técnica espectroscópica, investiga la longitud de onda del fotón cuando es emitido por átomos o moléculas durante la transición del estado excitado a un estado de menor energía".

Entonces, la espectroscopia de emisión es una técnica importante para estudiar. Aún así, antes de enriquecernos sobre este tema, debemos conocer algunos de los conceptos básicos en breve, como Espectroscopia, espectroscopio o espectrómetro, longitudes de onda de fotones, línea de emisión de espectroscopia atómica y espectros de emisión, etc. Entonces este tema, "Espectroscopia de emisión" será interesante y fácil de entender.

La espectroscopia de emisión se denomina popularmente espectroscopia de emisión óptica debido a la naturaleza luminosa de lo que se emite.

¿Qué es? ¿“Espectroscopia” y “Espectrometría”?

Espectroscopia: 

“Espectroscopía la investigación de interacciones entre materias con varios tipos de radiación electromagnética; "

Por lo general, se utiliza para diferentes mediciones y análisis cuantitativos; se utiliza el término "espectrometría".

¿Qué es un espectroscopio o un espectrómetro?

Un espectrómetro o espectroscopio es un instrumento que se utiliza para separar los componentes de la luz, que tienen diferentes longitudes de onda.

Principio básico de la técnica espectroscópica:

El principio básico compartido por todas las técnicas espectroscópicas es analizar un haz de radiación electromagnética en una muestra y observar cómo responde a tal estímulo. 

Espectroscopia de emisión
Espectroscopia de emisión

Tipos de espectroscopia

Las técnicas de espectroscopia atómica son las siguientes: 

AAS- Espectroscopía de absorción atómica

AFS- Espectroscopia de fluorescencia atómica

AES- Espectroscopia de emisión atómica 

XRF- Fluorescencia de rayos X 

Espectroscopia de masas MS  

En la mayoría de estos métodos (es decir, AAS, AFS y AES), se han aprovechado los fenómenos de interacciones entre la luz ultravioleta y el electrón de valencia de los átomos de gas libre. En la fluorescencia de rayos X, las partículas cargadas de alta energía colisionarán con los electrones dentro de la capa de un átomo e iniciarán la posterior emisión de fotones durante las transiciones. Para la espectroscopía de masas inorgánicas, los átomos de análisis ionizados generalmente se separan en el campo magnético aplicado de acuerdo con la relación masa / carga (m / z), y se utilizan para una investigación adicional utilizando este fenómeno básico.

¿Qué se entiende por emisión atómica?

Como sabemos, la emisión es la producción y descarga de algo, especialmente gas o radiación. El espectro es la característica distintiva de la materia o elemento o sustancia emisora ​​y el tipo de excitación a la que está sometido para comparar el espectro de absorción. La emisión atómica se puede utilizar para analizar un átomo gaseoso libre. Este es el método más común para plasma, arco y llamas, cada uno de los cuales es útil para una solución o muestras líquidas; el agregado de energía funciona como fuente de excitación en este método. 

Espectroscopía atómica:

“La espectroscopia atómica está relacionada con la absorción y emisión de radiación electromagnética por átomos. Dado que los elementos únicos tienen espectros característicos (firma), la espectroscopia atómica, específicamente el espectro electromagnético o espectro de masas, se aplica para determinar las composiciones elementales ".

¿Por qué es importante la espectroscopia atómica?

La espectroscopia juega un papel sustancial en varios métodos analíticos que aportan información sobre concentraciones elementales y proporciones de isótopos. 

  • Se utiliza para analizar protones o fotones de rayos X o emisión de rayos X inducida por partículas en fluorescencia de rayos X y espectroscopia de rayos X de dispersión de energía. Entonces, la espectroscopía atómica es una técnica importante utilizada en espectroscopía de fluorescencia al explotar la interacción con la radiación electromagnética. 

Espectro atómico:

El espectro atómico es el rango de frecuencias características de radiación electromagnética que son absorbidas y emitidas por un átomo. El espectro atómico proporciona una descripción visual de estas órbitas de electrones alrededor de un átomo.

Un electrón puede saltar de un orbital fijo al siguiente de la siguiente manera: 

  • El electrón debería absorber un fotón de una frecuencia determinada; Cuando un electrón salta a tener mayor energía.
  • Si salta a una energía más baja, entonces tiene que emitir un fotón de una frecuencia particular. 
  • El espectro de emisión de cada elemento químico es en gran parte responsable del color de las cosas y es único. Los espectros atómicos se pueden analizar para averiguar la composición de los objetos. 
  • La explicación de este fenómeno es fundamental para el progreso de la mecánica cuántica.

Espectroscopía de emisión atómica

“Espectroscopía de emisión atómica (AES) es una técnica de análisis que utiliza la intensidad de la luz emitida por plasma, arco, chispa y llama en una longitud de onda particular para determinar la cantidad de un elemento en una muestra ".

La espectroscopía atómica contiene muchos métodos analíticos que se utilizan para calcular la composición elemental (podría ser líquida, gaseosa o sólida) mediante la detección de los espectros de emisión electromagnética, la intensidad de emisión o el espectro de masas de esa muestra. También se podrían descubrir concentraciones de elementos de un millón (ppm) o mil millones de componentes (ppb) de esta muestra, por lo que podría usarse para análisis de vacío. Existen diferentes tipos de técnicas de espectroscopía de masas, espectroscopía, emisión, absorción y fluorescencia. Debido a que cada uno tiene sus fortalezas y limitaciones, la determinación de una técnica adecuada requiere una comprensión fundamental de cada método. Sin embargo, este tema está destinado a ofrecer los métodos de espectroscopia de emisión únicamente.

Es un sistema de análisis químico que emplea la intensidad de la luz, la intensidad de emisión generada por una llama, un arco, un plasma o una descarga de gas caliente en una longitud de onda específica para determinar el número de un componente en una muestra. Si bien el nivel de luz emitida es proporcional al número de átomos de este componente, la longitud de onda de la línea espectral en el espectro de emisión proporciona la identidad de este componente. Varios procedimientos pueden excitar la muestra.

Método para generar espectro de emisión y espectro de absorción

Método para generar espectro de emisión y espectro de absorción

¿Qué es el espectro de emisión o el espectro de emisión?

"El espectro de emisión de un elemento o compuesto químico es el rango de frecuencias de la radiación electromagnética emitida debido a un salto o transición de un átomo o molécula de un estado de mayor energía a un estado de menor energía".

La línea de emisión o línea espectral es brillante u oscura en un espectro por lo demás continuo o uniforme, lo que lleva a la emisión o absorción de luz en un rango de frecuencia estrecho, en comparación con las frecuencias elementales estándar. Estas líneas espectrales de emisión se utilizan para reconocer átomos y moléculas comparándolos con las frecuencias elementales estándar.

Muestra de espectros de emisión:

Muestra de espectros de emisión Credito de imagen : Margot De Baets wesite: pino

El espectro de emisión de hierro (Fe).

El espectro de emisión de hierro (Fe)
Credito de imagen :
Nilda
, Dominio público, a través de Wikimedia Commons

Tipo de espectroscopia de emisión atómica:

  • ·   Atómico de plasma acoplado inductivamente Espectroscopía de emisión atómica.
  • ·   Chispa o arco atómico Espectroscopía de emisión atómica.
  • ·   Atómico a base de llama Espectroscopía de emisión atómica.

Plasma acoplado inductivamente Espectroscopía de emisión atómica:

La técnica espectroscópica de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) utiliza un plasma acoplado inductivamente para producir átomos excitados y los iones emitirán radiación electromagnética en diferentes longitudes de onda características de un componente específico. Los beneficios de la técnica espectroscópica de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente tienen la limitación de la capacidad de múltiples elementos, baja interferencia química y una señal estable y reproducible.

Las desventajas son la interferencia espectral (muchas líneas de emisión), el precio y los gastos operativos, y el hecho de que las muestras normalmente necesitan mantener una solución líquida.

La técnica espectroscópica de emisión atómica es un esquema de investigación química que emplea la intensidad de la luz generada por una llama, arco, plasma o descarga de gas caliente en una longitud de onda específica para determinar el número de una sustancia o componente. Si bien el nivel de la luz emitida es proporcional al número de átomos de este componente, la longitud de onda de la línea espectral en el espectro de emisión proporciona la identidad de este componente. Varios procedimientos pueden excitar la muestra.

Espectroscopía de emisión atómica de arco o chispa:

"Un tipo de espectrometría de emisión atómica en la que la muestra es excitada por un arco o chispa entre dos electrodos".

La espectroscopía de emisión atómica de chispa o arco se puede utilizar para la evaluación de componentes metálicos en muestras sólidas. Para materiales no conductores, la muestra es la mezcla con polvo de grafito para hacerla perceptible. En los métodos de espectroscopía de arco convencionales, una muestra del sonido generalmente se trituraba y se arruinaba mediante el procesamiento de evaluación. Los átomos excitados emiten luz en longitudes de onda características, que pueden dispersarse con un monocromador y detectarse.

En una época anterior, la técnica del arco o de la chispa no se controlaba adecuadamente; la evaluación de esos componentes de la muestra ha sido únicamente cualitativa. Pero, los recursos de chispas modernos con control de descarga se han vuelto altamente cualitativos. La evaluación de chispas tanto cualitativa como cuantitativa se utiliza comúnmente para la gestión de calidad de la fabricación en los centros de fundición y fundición de metales.

Espectroscopía de emisión atómica de llama:

Se mezcla o se lleva una muestra de la sustancia (utilizando un pequeño bucle de platino o alambre específico) a la llama de gas, o solución rociada, o directamente a la llama o al fuego. La llama evapora la muestra de disolvente por el calor existente producido y rompe los enlaces intramoleculares para producir átomos libres. Esta energía excitará al átomo, especialmente a los electrones, estados electrónicos demasiado excitados que emiten luz cuando saltan hacia atrás en el estado electrónico del suelo. Cada elemento emite luz o fotón en una longitud de onda característica predefinida, que se dispersa mediante un prisma o aparato de rejilla y finalmente se observa en el espectrómetro.

 El uso frecuente de esta medición de emisiones con llama y chispa está estandarizado para metales alcalinos para obtener análisis farmacéuticos.

¿Cuál es la diferencia entre la espectroscopia de absorción atómica (AAS) y la espectroscopia de emisión atómica (AES)?

  • La espectroscopia de absorción atómica (AAS) y la técnica espectroscópica de emisión atómica (AES) es un proceso espectroanalítico para el análisis cuantitativo de componentes compuestos que emplea la absorción de radiación óptica (luz) libre de electrones de la condición gaseosa.
  • En la espectroscopia de absorción atómica AAS, cuando la luz monocromática es bombardeada a través de la sustancia que los electrones absorben energía, se indica el nivel de absorción. En la técnica espectroscópica de emisión atómica (AES), la muestra que se atomiza en la llama absorbe la energía de los electrones y se excita.
  • La información sobre los espectros de excitación y emisión (o la disminución de los espectros de excitación y la intensidad de la emisión), el nivel de energía permite el acceso a la información sobre las distribuciones en los estados de tierra y excitados.
  • El uso de una fuente de luz y una fuente de excitación diferentes es específico del método.

Aplicación de la espectroscopia de emisión:

  • Se utiliza un monocromador de rayos X duro de laboratorio para aplicaciones de alta resolución que aprovechan la espectroscopia de emisión de rayos X. 
  • Una aplicación estándar también son las mediciones de la estructura del borde cercano a medida que los átomos se desintegran a la etapa del suelo, aprovechando la absorción de rayos X. La radiación emitida generalmente pasa a través del monocromador utilizado para aislar la longitud de onda característica específica para este análisis específico.
  • La espectroscopia de emisión en AES o espectroscopia de emisión atómica generalmente explota la medición de emisión óptica cuantificable a partir de átomos excitados para evaluar la concentración y sus espectros de emisión. También se podrían investigar y analizar detalles adicionales relacionados con la estructura electrónica y geométrica de los metales de transición.
  • Las medidas espectroscópicas basadas en el espectro de emisión y la espectroscopia de rayos X no lineal se utilizan para analizar un tipo diferente de transición, como los compuestos metálicos en la química inorgánica, la caracterización de la catálisis y la aplicación de la ciencia de los materiales.

Sobre el Dr. Subrata Jana

Soy Subrata, Ph.D. en Ingeniería, más específicamente interesado en los dominios relacionados con la ciencia nuclear y energética. Tengo experiencia en múltiples dominios, desde ingeniero de servicio para accionamientos electrónicos y microcontroladores hasta trabajos especializados de I + D. He trabajado en varios proyectos, incluida la fisión nuclear, la fusión con energía solar fotovoltaica, el diseño de calentadores y otros proyectos. Tengo un gran interés en el dominio de la ciencia, la energía, la electrónica y la instrumentación, y la automatización industrial, principalmente debido a la amplia gama de problemas estimulantes heredados de este campo, y cada día cambia con la demanda industrial. Nuestro objetivo aquí es ejemplificar estas materias científicas complejas y no convencionales de una manera fácil y comprensible al punto.
Me apasiona aprender nuevas técnicas y guiar a las mentes jóvenes para que se desempeñen como un profesional, tengan una visión y mejoren su desempeño al enriquecer el conocimiento y la experiencia.
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Frikis Lambda