5HORNOS DE GRAFITO

HornosLos hornos se utilizan principalmente para atomizar slidos, lodos y disoluciones para medidas por absorcin atmica. Un diseo frecuentemente utilizado consiste en un tubo de grafito con un dimetro interno de unos pocos milmetros. Debido a que el tubo del horno se calienta al hacer pasar una corriente elctrica a travs del grafito (que acta como una resistencia) el mtodo tambin se llama atomizacin electrotrmica. Algunos hornos incluyen en su interior una plataforma de grafito, denominada plataforma L'vov. En este caso, la muestra se coloca en la plataforma en lugar de la superficie interna del horno. La plataforma slo toca los lados del horno por el canto inferior de ste, de forma que el calor de sus paredes no calienta la muestra directamente. La muestra se calienta principalmente por medio de calor radiado, que tiende a producir un calentamiento ms uniforme. Por otro lado, lo primero que se calienta son las paredes del horno, y luego se evapora la muestra, lo cual evita que sta se condense en la superficie interior del horno. Sin embargo, pueden obtenerse resultados totalmente satisfactorios sin tener que usar la plataforma de L'vov.

Cada tipo de muestra requiere un programa de calentamiento diferente. Por ejemplo, si la muestra es una disolucin o un lodo, el primer paso a tomar es calentarla hasta unos 100 C para eliminar todo el disolvente. A veces es interesante calentar el horno a una temperatura intermedia ms elevada (determinada empricamente) para vaporizar algunos de los interferentes de la matriz. A este paso se lo denomina etapa de calcinacin o pirlisis, y para que sea efectivo, el analito ha de estar presente en una forma trmicamente estable, para que no se pierda nada. A continuacin se eleva la temperatura tan rpidamente como sea posible hasta la temperatura de atomizacin y la muestra se vaporiza en el camino ptico de la radiacin. Es fundamental mantener el horno en una atmsfera inerte (como el argn) durante el perodo de calentamiento, para reducir al mnimo las reacciones qumicas no deseadas con las partculas atomizadas del analito. Este tipo de atomizacin electrotrmica se utiliza ocasionalmente para generar plasmas para emisiones atmicas.

Ilustracin de un tipo de horno de grafito.El tubo tiene de 2 a 3 cm de longitud y est colocado entre dos conexiones elctricas. El cilindro se calienta haciendo pasar una corriente elctrica a travs de l.

5Los dispositivos calentados elctricamente, como los hornos de grafito y los analizadores de barras de carbn, son atomizadores sin flama usuales que complementan la AAS. Dada su brevedad, cualquier variacin en la rapidez de atomizacin durante el tiempo de medicin de la absorcin de la radiacin en el horno puede llevar a cometer serios errores analticos. Por lo tanto, es mucho ms fcil reproducir resultados usando un atomizador de flama, porque sus largos tiempos de medicin promedian y minimizan implcitamente las variaciones de la seal.El analizador de horno de grafito, tiene un cilindro hueco colocado de manera que la radiacin d la fuente externa (una lmpara de ctodo hueco) pasa por el centro del cilindro. El interior del cilindro est recubierto con grafito pirolizado. Los electrodos que se encuentran en los bordes del cilindro se conectan a una fuente de poder de alta corriente y bajo voltaje, capaz de liberar 3.6 kW en las paredes del cilindro. Las muestras lquidas se introducen con una microjeringa a travs de un orificio pequeo que se encuentra en la parte de arriba independientemente, con una rampa de temperatura y un tiempo de mantenimiento isotrmico disponibles para cada etapa. En el ciclo de secado, la muestra se calienta por 20-30 s a 110-I25C, para evaporar cualquier solvente o componente de la matriz que sea muy voltil. La muestra que queda despus de esta etapa aparece como una mancha (o costra) insignificante en el interior del tubo o de la barra de grafito. El ciclo de calcinacin (o carbonizacin) se hace a una temperatura intermedia, seleccionada para efectuar los procesos necesarios de volatilizacin de los componentes de la matriz con alto punto de ebullicin y de pirlisis de los materiales en ella, tales como grasas y aceites que se fraccionarn y se carbonizarn. A menudo, esta etapa conduce al analito a un estado qumico diferente. El problema obvio en esta etapa es la prdida de analito si la temperatura de calcinacin es demasiado alta o se mantiene por mucho tiempo.

En la etapa final se aplica la potencia ptima mxima para elevar la temperatura del horno hasta la temperatura de atomizacin seleccionada. Los restos del analito se volatilizan y se disocian en tomos libres, que son los responsables de la absorcin observada. La seal transitoria producida por el breve perodo de absorcin provoca la salida al registrador o a la microcomputadora con sistema de procesamiento de datos. Tanto el rea del pico como su altura se han usado para determinar la concentracin del analito.

5La temperatura precisa de trabajo y la duracin de cada etapa del proceso electrotrmico deben ser cuidadosamente seleccionadas. La naturaleza del analito y la composicin de la matriz de la muestra son los factores que ms importan en la seleccin de estos parmetros. La evaporacin del solvente en el ciclo de secado debe ser suave y llana para evitar prdidas mecnicas por espumaje o por salpicaduras. El progreso de la etapa de secado puede ser observado por inspeccin de la seal de absorcin sin correccin del fondo. Los vapores que escapan producen una curva suave, sin la apariencia de jorobas o picos, los cuales indican que la rapidez de calentamiento es demasiado grande. El ciclo de calcinacin se sigue del mismo modo; usualmente no se pierde analito hasta que se alcanza una temperatura especfica, entonces la seal del analito aparece en forma de pico agudo. La mayora de los materiales orgnicos se pirolizan a 350C aproximadamente, dejando un residuo de carbn amorfo. A esta temperatura, una corriente de aire o de oxgeno puede introducirse en el horno para convertir este residuo carbonoso en dixido de carbono

Las muestras slidas pueden introducirse por uno de los bordes del tubo con una cucharilla especial para muestreo o con un microplato, hechos de tungsteno.

Una envolvente de metal colocada alrededor del horno se enfra por agua para que la unidad atomizadora, en conjunto, pueda llevarse rpidamente a la temperatura ambiente (despus de que cada muestra se ha atomizado. El gas inerte, comnmente argn, penetra al cilindro de grafito por ambos extremos y sale por la puerta de introduccin de la muestra, que se halla en el centro del tubo. Este flujo de gas asegura que los componentes vaporizados de la matriz, durante la etapa de formacin de cenizas, sean rpidamente removidos y que nada se deposite de la pared interna del tubo pues, de hacerlo, una vaporizacin subsecuente, durante la etapa de atomizacin, podra producir una gran seal de absorcin de fondo. Las ventajas de cuarzo removibles, en cada borde del tubo, impiden la entrada al horno del aire del ambiente. El gas inerte que fluye por el exterior del tubo se controla por medio de una vlvula separada.

Una versin miniatura del horno es el atomizador de barras de carbn. Consta de un tubo de tres piezas o unidad de copa. La cabeza atomizadora, que contiene el pequeo horno, est soportada entre dos electrodos de grafito insertados en los bloques terminales

5El horno mismo es de 9 mm de largo por 3 mm de dimetro, con una capacidad de muestra mxima de 10 /d. para tubos lisos y ce 25

5MONOCROMADORES Y POLICROMADORES

La amplia variedad de usos de la espectrometra en los anlisis qumicos significa que se construye una gran variedad de espectrmetros para conseguir los datos. En esta seccin se analizarn brevemente los espectrmetros que se utilizan en el intervalo ptico. ptico es un trmino un tanto impreciso empleado para describir la lux que se puede controlar mediante lentes y prismas y que, generalmente, se consistiera para incluir la hora desde el infrarrojo lejano hasta el ultravioleta en vaco.

Los espectrmetros se pueden separar en dos grupos generales: dispersivos y no dispersivos. Los espectrmetros dispersivos cuentan con la separacin de los colores de la luz en un intervalo de ngulos. Existe un gran nmero de diseos diferentes; uno de ellos se muestra e indica nicamente sus partes bsicas. Es sumamente importante tener una rendija o una construccin que tenga el mismo propsito para seleccionar un estrecho ngulo de colores dispersos, es decir, elegir un estrecho intervalo ci colores. La seccin de un instrumento de barrido dispersivo que seleccione una nica longitud de onda a un tiempo es el monocromador. Una ventaja de un elemento ptico dispersivo es que se pueden distribuir varios detectores a lo largo de la propagacin de la luz dispersada. Se puede fabricar un policromador dispersivo.

TIPOS DE MONOCROMADORES: Monocromadoes de red Czerney-Turner. Basado en el fenomeno de difraccin en la

superficie de la red de difraccin.

Monocromadores de prisma Bunsen. Basados en la refraccin en las caras del prisma de la radiacin incidente.

De los dos tipos mencionados los que ms se utilizan son las redes de difraccin, ya que son ms baratas, proporcionan una mejor separacin y dispersan linealmente la radiacin.

Dentro del monocromador est el estudio de la anchura de la rendija. La anchura ideal en espectroscopia se halla experimentalmente. Si disminuye la anchura mejor sera la determinacin. El problema reside en que al disminuir la anchura obtengamos poca seal en el detector.

El haz de salida del monocromador esta contaminado con longitudes de onda distintas a la que hemos ajustado el instrumento, esto puede ser debido a las reflexiones del monocromador, para evitar esta radiacin parasita los monocromadores se recubren con pintura negra satinada.

5MODULACION DE LA RADIACIN

En la absorcin atmica, los hornos de grafito permiten situar la muestra en el camino ptico durante un perodo de tiempo mayor que en la llama. Por otro lado, el residuo tiende a ser mayor, por lo que podra perderse material de la muestra. Tambin podran producirse interacciones entre el analito y el horno. Para eliminar en parte estos efectos, pueden aadirse diversos modificadores de matriz a la muestra. Los modificadores forman complejos con el analito, que permiten incrementar la temperatura de vaporizacin. Este proceso ayuda a estabilizar la muestra durante el paso de calcinacin y eleva la temperatura de vaporizacin. Como resultado, hay una mayor dilacin en la atomizacin del analito despus de la vaporizacin de la matriz, reducindose as los efectos residuales. Los modificadores tambin tienden a reducir las diferencias del efecto de la matriz sobre las diferentes muestras individuales, y entre las muestras y los estndares. Los modificadores de matrices son especficos para ciertos elementos. Estos modificadores se muestran con los protocolos estndares de los elementos, que normalmente se suministran con los instrumentos.