Principios de análisis instrumental

232 Capítulo 10 Espectrometría de emisión atómica <« En los últimos años, sin embargo, ha resurgido el interés por los plasmas de microondas, especialmente desde la introducción de un sistema comercial que utiliza aire para operar el plasma. 11 El nuevo sistema de plasma por microondas sostiene el plasma acoplando energía del campo magnético de la fuente de microon– das en vez de hacerlo del campo eléctrico. 12 El plasma excitado magnéticamente es más robusto que los plasmas inducidos por microondas excitados eléctricamente. Esto permite que el plasma se sostenga por mayor tiempo con nitrógeno o aire y permite la introducción de la muestra con nebulizadores neumáticos conven– cionales. El instrumento convencional genera nitrógeno a partir de un cilindro de aire, reduciendo los costos de operación sobre los plasmas acoplados inductivamente que son operados con argón . Cuando se compara con las flamas de la espectroscopia por absor– ción o emisión atómica, su falta de riesgo y gases potencialmente explosivos hace que el plasma inducido por microondas operado por aire sea una fuente segura y eficiente. Los límites de detección para varios elementos son comparables con los que se consiguen con fuentes estándar de plasma acoplado inductivamente. 10A.3 Otras fuentes de plasma Algunas fuentes de plasma adicionales para la espectroscopia de emisión atómica incluyen los microplasmas y los plasmas induci– dos por láser. Los dispositivos de descarga luminiscente descritos en la sección 9A.3 también han sido utilizados de manera exitosa en aplicaciones de espectroscopia de emisión atómica. Microplasmas 13 El desarrollo de plasmas pequeños, miniaturizados, es un área de investigación activa. Los plasmas descritos se han basado en aco– plamiento de microondas, acoplamiento de radiofrecuencia, des– cargas de barrera dieléctrica y descargas de corriente directa como las descargas luminiscentes. 14 Los microplasmas tienen la ventaja de consumir poca energía y requerir flujos de gas bajos, además de ser de tamaños pequeños. Estos dispositivos se han empleado de manera exitosa en introducción de muestras mediante fase de gas, como es el caso de los efluentes en cromatografía de gases y los generadores de hidruros. Los dispositivos de descarga que uti– lizan electrodos de disolución también han sido descritos. 15 Plasmas inducidos por láser En la última década, los láseres han sido sumamente útiles para la producción de plasmas en la espectroscopia por emisión atómica. Aquí se considera la ablación láser y la espectroscopia de rompi– miento inducida por láser (LIBS, por sus siglas en inglés). Ablación láser. La ablación es la remoción de material de una superficie por vaporización o algún otro proceso. En la ablación láser, el haz irradia la superficie, que es generalmente sólida, aun- 11 Agilent Technologies, Santa Clara, CA 95051. 12 M. R. Hammer, Spectro chim. Acta B, 2008, 63 , 456 , DOI: 10.1016/ j.sab.2007. 12.007. 13 N. H. Bings, A. Bogaerts, y ). A. C. Broekaert, Arw/. Chem., 2013, 85, 670, DO!: 10.1 02llac3031459. '''Para una revisión sobre los plasmas miniatura, véase). Franzke y M. Midea, Appl. Spectrosc. 2006, 60, BOA, DOI: 10.1366/000370206776342689. 15 M. R. Webb y G. M. Hieftje, Anal. Chem., 2009, 81,862, DOI: 10.1021/ ac801561t. que en ocasiones puede ser líquida, y causa el calentamiento loca– lizado y la vaporización. Usualmente se utiliza un pulso láser de alta energía sin embargo, también se puede emplear un haz láser de onda continua. La ablación de doble pulso también se utiliza en ocasiones. 16 Con un láser de intensidad lo suficientemente alta, el material que sufrió ablación puede convertirse en plasma. El plasma de láser puede emitir radiación que es útil para espectroscopia de emisión atómica o puede producir iones que pueden ser analizados por espectrometría de masas. En algunas técnicas, un láser produce únicamente un penacho de átomos y iones, mientras que un segundo dispositivo provee la excitación. Por ejemplo, con una microsonda láser los contenidos del penacho formado por irradiación láser se excitan por una descarga lumi– niscente entre un par de electrodos localizados inmediatamente por encima de la superficie (véase la sección 10B.2). La radiación emitida se enfoca entonces en un sistema de espectrómetro ade– cuado. Con una fuente de microsonda láser se ha determinado el rastro elemental de una sola célula sanguínea. Con algunos sóli– dos, el láser puede ser escaneado a lo largo de la superficie para obtener representación espacial de la composición de la superficie. Espectroscopia de rompimiento inducido por láser. La espectroscopia de rompimiento inducido por láser (LIBS, por sus siglas en inglés) está estrechamente relacionada con la ablación láser. Los láser utilizados en la LIBS son tan poderosos que ocu– rre el rompimiento dieléctrico de la atmósfera que rodea la muestra que sufrió ablación, produciendo un plasma altamente luminoso. Típicamente, un pulso corto de tal vez unos cuantos nanosegun– dos de duración, como el del láser Nd:YAG, produce el plasma. Cerca del final del pulso láser, el plasma se enfría, y la radiación de los átomos y iones excitados puede ser detectada. Un espectró– metro se utiliza para recolectar la emisión en el tiempo adecuado, de tal manera, que la intensa radiación del continuo producida por el rompimiento se disipa antes de que se puedan medir las líneas apropiadas del átomo o ión. 17 Además de la LIBS de un solo pulso, la LIBS de dos láser también ha sido exitosa. En la LIBS de dos láser, un láser lleva a cabo la ablación de la muestra mientras que el segundo produce el plasma. Esta técnica se ha aplicado en varias áreas distintas. Los metales, semiconductores, cerámicas, carbones, polímeros y farmacéuticos están entre los materiales estudiados. Además de las muestras sólidas, también se han estudiado muestras gaseosas y sólidas. De hecho, las primeras aplicaciones de la LIBS fueron el análisis remoto de gases peligrosos en ambientes industriales. Varios líquidos de proceso, soluciones biológicas, soluciones de ambientes acuáticos y preparaciones farmacéuticas también han sido analizadas. El éxito de la LIBS ha llevado a que se empiecen a fabricar instrumentos comerciales dedicados a esta técnica. Un 16 Para más información, véase Laser Ablation: Effects a11d Applicatiolls, S. E. Black, ed., Hauppauge, NY: Nova Science Publishers, Inc., 2011 ; C. Phillips, Laser Ablation and lts Applications, New York: Springer, 2007. " Véase, D. A. Cremers y L.). Radziemski, Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Chichester, UK: Wiley, 201 3; R. Noll, Laser-I11duced Breakdown Spec– tmscopy: Fundamenta/s and Applications, Heidelberg: Springer- Verlag, 2012. f7.'i1 ~jerci~io: Aprenda más acerca del plasma a~oplado _b:l:!...J __ mductwamente en www.tmyurl. com/skoogpla7* ' Este material se encuentra disponible en inglés.