DETERMINACION DE CROMO EN CARBÓN SIMPLE, ACERO Y HIERRO DE BAJA ALEACION Y ACERO POR ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION ATOMICA.

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Las lámparas de cátodo hueco generan el espectro de emisión del propio elemento a determinar. Así, si queremos determinar el espectro del hierro usaremos una lámpara que genere el espectro de emisión de hierro, con el fin de que coincida con el espectro de absorción de nuestro átomo. Así, este espectro discontinuo me permite tener anchos de bandas de la misma anchura que las bandas del espectro de absorción:

[pic 5]

Estas lámparas están formadas por dos electrodos, el cátodo de construye a partir del elemento del cual queremos generar su espectro de emisión atómica. Por otro lado, el interior estará constituido por un gas noble a baja presión (Ne, Ar). La diferencia de potencial que se establezca en la lámpara, en primer lugar va a ionizar el gas noble del interior de la lámpara. Como el cátodo, construido con el metal del espectro, es el polo negativo, va a atraer hacia el hueco los cationes de gas noble. Esta atracción genera una energía cinética suficiente para arrancar de la superficie del cátodo átomos, los cuales, además de ser arrancados serán excitados (sólo se arrancan pocos átomos).

Por tanto, en el interior de la lámpara estamos obteniendo un vapor atómico excitado. Los átomos excitados volverán a su estado fundamental emitiendo el espectro correspondiente:

[pic 6]

Por la lámpara, va a salir una serie de líneas correspondiente al átomo que estemos estudiando. Este hecho implica tener una lámpara para cada elemento.

Otro tipo de lámparas son las lámparas multielementos, las cuales tienen el cátodo construido con una mezcla de elementos, con una aleación. Estas lámparas tienen los límites de que la aleación sea posible (que no haya incompatibilidad entre los distintos metales que la compongan) y que los espectros de emisión de los distintos metales sean lo suficientemente diferentes.

Las desventajas de las lámparas monoelementos, es que suponen una inversión inicial cara. Sin embargo, debemos tener en cuenta que cada uso supone un desgasto. Cuando usamos una lámpara múltiple, no sólo se gastará para el elemento buscado son para todos los elementos que constituyen el cátodo.

Procesos de atomización con llama

Mediante energía calorífica, elevando, la temperatura considerablemente, ya hemos dicho que podemos conseguir la atomización. Esta energía calorífica la podemos obtener por medio de una simple llama. El esquema de este proceso de atomización sería:

[pic 7]

La muestra, en primer lugar, debe estar en contacto con la llama, por lo que debemos transportarla. Generalmente, la muestra va a estar en disolución, en el caso de la atomización por llama siempre estará en este estado. Por tanto, la disolución va a ser absorbida por un capilar gracias al efecto Venturi. Al llevarse a cabo esta aspiración, la disolución se juntará en un punto con el gas oxidante y el combustible, dando lugar a un aerosol.

La muestra, en forma de aerosol llega a la llama, a una zona muy caliente en la cual se va a producir la atomización siguiendo distintas etapas. En primer lugar, se evaporará el disolvente de la disolución, quedando un aerosol del tipo sólido-gas. Si la temperatura es suficientemente elevada como para alcanzar el punto de fusión del sólido, pasaremos a un aerosol líquido-gas. Esta temperatura puede ser aún lo suficientemente elevada como para vaporizarla muestra (supera la temperatura de ebullición). Sin embargo, hasta ahora seguimos teniendo la molécula tal cual, sólo ha ido pasando de estado. Por tanto, la temperatura deberá ser más elevada de manera que se supere la energía necesaria para romper los enlaces de la molécula. En este momento es cuando tiene lugar la atomización.

Como hemos comprobado, la transformación de la disolución hasta átomos no es sencilla. Además, una vez conseguidos los átomos en estado fundamental no hemos llegado al final de las posibilidades, ya que éstos pueden continuar absorbiendo energía y pasar a átomos excitados, iones o incluso radicales. Por tanto, nuestro vapor contendrá un equilibrio de todas estas especies.

En conclusión, la composición de nuestro vapor va a depender de la temperatura de la llama, pero además de las características del propio átomo, ya que no es lo mismo atomizar Na y Fe, debido a que sus potenciales de ionización son distintos.

De todas las especies que se obtienen al final del proceso, nos interesan los átomos en estado fundamental, ya que son los únicos capaces de absorber los fotones que vamos a irradiar.

Un aspecto muy importante de la llama es la distribución de la temperatura, ya que en todo el espacio no se tiene una distribución uniforme. Esto implica que el proceso de atomización no sea igual en todos los puntos:

[pic 8]

En la llama podemos distinguir tres zonas, donde la zona de combustión primaria es la de mayor temperatura, mientras que el cono externo es la de menor.

Si dibujáramos el perfil de temperaturas de una llama de gas natural, cuyo agente de combustión es el aire, obtendríamos un resultado de este tipo:

[pic 9]

La temperatura de la llama va a depender de distintos factores, además del punto de donde nos encontremos. Por un lado dependerá de la composición de la llama, es decir, del calor de combustión del combustible que quemamos (propano, butano, alcohol…) y del agente con que quemamos (aire, oxígeno…), es decir, si usamos un gas rico como oxidante o pobre. Este hecho nos va a influir en que la combustión sea más o menos completa, pero también en la velocidad y el rendimiento. Así, en la siguiente tabla se recogen algunos ejemplos:

[pic 10]

Podemos ver que para una llama de combustible gas natural, si su oxidante es el aire la velocidad y la temperatura que alcanza es menor que si fuera oxígeno. Si cambiamos el combustible, podemos ver cómo también varía la velocidad y la temperatura. Una velocidad de combustión más alta que otra no implica una mayor temperatura, ya que ésta depende también del combustible y del oxidante.

La llama más usada es la de acetileno-aire y es la que vamos a utilizar para nuestro método.

El esquema de un sistema de atomización lo podemos representar como:

[pic 11]

A la entrada del atomizador

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