10.2: Espectroscopia de emisión basada en fuentes de arco y chispas

Fuente de Arco

Una fuente de arco consiste en dos electrodos separados por un espacio de hasta 20 mm (ver Figura\(\PageIndex{1}\) para una configuración). Se aplica un potencial de 50 V (o más) y se mantiene una corriente continua en el rango de 2—30 A a lo largo del análisis. Si la muestra es un metal, entonces se puede modelar en los electrodos. Para muestras no metálicas, los electrodos típicamente se forman a partir de grafito y se perfora una depresión en forma de copa en uno de los electrodos. La muestra se muele en un polvo y se empaqueta en la taza de muestra. El plasma generado por una fuente de arco típicamente tiene una temperatura de 4000 K a 5000 K y tiene una abundancia de líneas de emisión para el analito con una emisión de fondo relativamente pequeña.

Figura\(\PageIndex{1}\): Ejemplo de una fuente de arco en la que los electrodos están conformados a partir de grafito. El electrodo inferior está diseñado para contener una depresión en forma de copa en la que se puede colocar una muestra. El estallido estelar naranja muestra la ubicación donde se forma el plasma y donde se produce la emisión.

Fuente de chispas

A diferencia de una fuente de arco, que genera una emisión continua de radiación electromagnética, una fuente de chispa genera una serie de emisiones cortas, cada una con una duración del orden de unos pocos µs. La muestra sirve como uno de los dos electrodos, con el otro electrodo hecho de tungsteno (ver Figura\(\PageIndex{2}\)). Los dos electrodos están separados por un espacio de 3—6 mm. Un potencial tan pequeño como 300—500 V y tan grande como 1020 KV. La frecuencia de la chispa está en el rango de 100—500 por segundo. La temperatura dentro del plasma puede ser bastante intensa, lo que da lugar a ambas líneas de emisión desde los átomos, pero también a la emisión de iones formados en el plasma.

Figura\(\PageIndex{2}\): Ejemplo de fuente de chispa. El estallido estelar naranja muestra la ubicación donde se forma el plasma y donde se produce la emisión.

Instrumentación

Tanto para la fuente de arco como para la fuente de chispa, la emisión del plasma se recoge y analiza utilizando los mismos tipos de bancos ópticos discutidos en la sección anterior sobre emisión atómica de llamas y fuentes de plasma. La figura\(\PageIndex{3}\) muestra un espectro de emisión para una muestra de los metales alcalinotérreos, que muestra una sola línea de emisión intensa para Ca a 422.673nm y una sola línea de emisión intensa para Sr a 460.7331 nm. Mg presenta tres líneas de emisión estrechamente espaciadas a 516.7322 nm, 517.2684 nm y 518.3604 nm. Finalmente, Ba tiene una sola línea de emisión fuerte a 553.5481 nm, pero también muchas líneas de emisión menos intensas por encima de 600 nm. La presencia de líneas de emisión débiles pero medibles puede crear complicaciones al tratar de identificar los elementos presentes en una muestra.

Figura\(\PageIndex{3}\): Espectro de emisión simulado usando una fuente de arco. La muestra muestra líneas de emisión fuertes para Ca, Sr, Mg y Ba que pueden servir para la identificación cualitativa de estos elementos. Las líneas débiles por encima de 600 nm, puede que tenga dificultades para ver que están ahí, son líneas de emisión adicionales de Ba. Lo que aparece como una sola línea para Mg es en realidad tres líneas de emisión estrechamente espaciadas a 516.7322 nm, 517.2684 nm y 518.3604 nm.