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Espectroscopia de Absorção Atômica | Detalhamento de técnicas de atomização

Em nosso artigo anterior, tratamos de conceitos básicos de Espectroscopia de absorção atômica, agora vamos detalhar um pouco mais o uso de cada uma das técnicas de EAA, acompanhe!

O processo de atomização na técnica de espectroscopia de absorção atômica é de fundamental importância. A análise depende inteiramente do fato de que átomos não combinados e livres irão absorver a luz a um determinado comprimento de onda.

Aí está então o segredo para a operação bem-sucedida de um espectrofotômetro de absorção atômica. Ele deve gerar átomos não combinados e livres no seu estado elementar e expor esta população de átomos ao comprimento de luz característico para esse elemento. O tipo de atomizador será discutido agora, confira.

Espectroscopia de Absorção Atômica de Chama (EAA de chama)

A fonte de energia para a produção do átomo livre é o calor, mais comumente na forma de chama de ar/ acetileno ou óxido nitroso/ acetileno. Nessa forma de atomizador, a solução com a amostra é introduzida na forma de um spray de gotículas.

Na maior parte dos casos, isso é conseguido através de um nebulizador pneumático. O spray de gotículas é levado por um gás (normalmente o oxidante da chama) através da câmara de spray e cabeçote da chama até a chama.

O calor da chama é suficiente para:

  • Secar cada uma das gotículas da amostra;
  • Decompor os componentes químicos da partícula seca resultante dos átomos que a constituem.

Dessa forma é criada uma população de átomos elementares e as medidas de absorção atômica podem ser tomadas.

Sistemas de atomização por chama para EAA fornecem excelentes resultados, já que eles são simples, baratos, convenientes e extremamente úteis. Eles permitem uma medida analítica rápida através de técnicas de introdução de amostras muito simples.

A maior limitação da técnica de EAA de chama é que o sistema de nebulizador-chama tem um sistema de amostragem relativamente ineficiente. Somente uma pequena fração da amostra chega à chama. Adicionalmente, uma vez atomizada, a amostra passa rapidamente pelo caminho da luz.

Um dispositivo melhorado de amostragem atomizaria a amostra inteira e a reteria no caminho da luz por um período de tempo maior para melhorar a sensitividade da técnica. Atomização eletrotérmica usando um forno de grafite provê essas características, e vamos falar dele agora.

Espectroscopia de Absorção Atômica de forno de grafite (EAA de forno de grafite)

Como funciona a atomização em um forno de grafite?

A espectroscopia de absorção atômica de forno de grafite ganhou uma boa reputação no campo de química analítica. Isso porque é uma técnica de rotina para a determinação de traços muito baixos de metais, mas em uma grande variedade de matrizes de amostras. No espectrofotômetro de absorção atômica de forno de grafite, a chama é substituída por um tubo de grafite aquecido eletrotermicamente. Confira as etapas a seguir:

  • A amostra é injetada diretamente dentro do tubo em um pequeno volume líquido (5 a 100 uL). Em seguida, é aquecida em uma série de passos programados para remover o solvente e a maioria dos componentes da matriz.
  • Átomos de analitos livres no estado gasoso são produzidos dentro do forno de grafite através do aquecimento rápido com uma forte corrente elétrica a temperaturas entre 1500 a 3000 oC.
  • Todo o analito é atomizado, e os átomos são retidos dentro do tubo (e no caminho da luz, que passa através do tubo) por um maior período de tempo (0,2 a 0,5 segundos). A performance dessa técnica é garantida pela estabilidade da temperatura. O forno de grafite integrado aquecido transversalmente garante que a temperatura ao longo de todo o tubo seja uniforme. Como resultado, a sensitividade e os limites de detecção são muito melhores, enquanto as interferências da matriz e efeitos de memória são reduzidos.
  • Depois da medida, o vapor do analito é então purgado do forno de grafite por gás hélio ou argônio.
  • A absorbância é registrada em função do tempo pelo sistema de leitura.

Sobre o mecanismo de atomização no forno de grafite

O mecanismo de atomização no forno de grafite depende significantemente:

  • Da natureza química do analito;
  • Da disponibilidade de sítios ativos;
  • Das espécies gasosas dentro do forno de grafite;
  • Da temperatura de atomização; e
  • Do forno de grafite em si.

Depois da secagem e pirólise dos átomos do analito podem estar presentes em uma forma reduzida, oxidada ou complexa.

Através do aquecimento do tubo de grafite na temperatura de atomização, os átomos livres são gerados por:

  1. Vaporização da forma reduzida da sua superfície;
  2. Pela dissociação da forma oxidada em átomos gasosos livres do analito conforme o tubo de grafite se aquece; e
  3. Vaporização em óxidos ou qualquer outra espécie molecular e dissociação em átomos livres de analitos em fase gasosa.

Exemplos desse mecanismo é dado a seguir, onde M é o analito, C é o carbono e O é o oxigênio, e g corresponde a fase gasosa e s à fase sólida.

M (s) ➨ M (g)

MO (s) + C(s) ➨ M (g) + CO (g)

MO (s) ➨ MO (g)

MO (g) ➨ M (g) + O (g)

CO (g) + O (g) ➨ CO2 (g).

 Os tempos de análise para a EAA de forno de grafite são mais longos que àqueles para a EAA de chama, e menos elementos podem ser determinados com essa técnica. Mesmo assim, a sensitividade aumentada da EAA de forno de grafite, sua habilidade de analisar amostras de concentração muito pequena e de analisar diretamente certos tipos de amostras sólidas expandem significativamente a aplicabilidade da espectroscopia de absorção atômica.

Espectroscopia de Absorção Atômica de geração de vapor (EAA de geração de vapor)

A atomização por geração de vapor é usada para a determinação de As, Bi, Ge, Pb, Sb, Se, Sn, Te e Mg.  A espectroscopia de absorção atômica por geração de vapor de hidretos tem mostrado altas sensitividades e interferências reduzidas. Nessa técnica, os analitos são primeiramente reduzidos aos seus hidretos voláteis correspondentes (ou forma metálica no caso do mercúrio). Isso é feito por borohidreto de sódio em meio acidificado. Os vapores são então transportados por um gás de carregamento para dentro do atomizador para atomização e medição de absorção atômica.

O instrumento da Aurora AI 1200 utiliza um tubo de quartzo com aquecimento eletrotérmico de temperatura controlada para determinações de geração de vapor/ hidreto em fluxo contínuo. A unidade de aquecimento pode ser instalada e removida facilmente.

 


Saiba mais sobre aplicações de espectrocoscopia nos artigos que fizemos sobre detecção e quantificação de metais:

 


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