Espectrofotometria de Absorção Atómica

A espectrofotometria de absorção atómica é uma técnica utilizada para analisar os elementos de uma amostra através do seu espectro eletromagnético ou de massa. Esta técnica baseia-se na absorção de radiação por átomos livres. Inicialmente, os átomos encontram-se no estado fundamental, apresentando, por isso, uma configuração eletrónica específica. No entanto, a absorção de energia permite que ocorram transição eletrónicas e os átomos passam a estar num estado excitado. Assim, os eletrões dos átomos passam para níveis superiores de energia, regressando posteriormente ao estado fundamental. Estas transições apresentam comprimentos de onda específicos formando espectros de absorção e emissão que vão identificar e quantificar os elementos presentes na amostra em análise.

Os métodos analíticos mais comuns utilizados neste tipo de análise são:

-  Espectrofotometria de absorção atómica com atomização em chama;

-  Espectrofotometria de absorção atómica em forno de grafite;

-  Espectrometria por emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES);

-  Espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS).

Espectrofotometria de absorção atómica com atomização em chama

Na espectrofotometria de absorção atómica com atomização em chama, é necessário: uma fonte de luz, uma fonte de átomos ou atomizador, um monocromador que define o comprimento de onda na medição a realizar, um detetor, equipamento eletrónico que consiga processar o sinal recebido e software adequado para o tratamento dos dados.

A fonte de luz geralmente utilizada é a lâmpada de cátodo oco (HCL) ou uma lâmpada de descarga (EDL). Estas lâmpadas contêm uma atmosfera de árgon a pressão reduzida e uma pequena quantidade do elemento que se pretende determinar. As EDL distinguem-se das HCL por produzirem uma maior intensidade de radiação, sendo mais adequadas para medições na zona do ultravioleta mais longínquo ( λ<200 nm). Também pode ser utilizada uma lâmpada de multielementos que permite analisar mais que um elemento com a mesma lâmpada.

O atomizador vai ser responsável pela produção de átomos livres a partir da amostra. Este fenómeno é conseguido através do calor proveniente de uma chama composta por um oxidante e um combustível, por exemplo, ar e acetileno ou óxido nitroso e acetileno. Através de uma câmara de spray e de um nebulizador, a amostra é submetida à chama sob a forma de um aerossol. A velocidade de funcionamento do nebulizador e o seu alinhamento no sistema podem ser ajustados de modo a que a radiação passe eficazmente pela chama, obtendo um sinal máximo.

Como detetores, podem ser usados tubos fotomultiplicadores ou, mais recentemente, detetores de estado sólido uma vez que conseguem eliminar mais eficientemente o ruído de fundo, como por exemplo, o sinal proveniente de moléculas não convertidas em átomos livres e/ou dos gases da chama.

Espectrofotometria de absorção atómica em forno de grafite

A espectrofotometria de absorção atómica em forno de grafite funciona de forma semelhante ao que foi descrito para a espectrofotometria de absorção atómica com atomização em chama, diferindo apenas no sistema atomizador. A amostra é colocada num tubo de grafite, onde é sujeita a vários passos programados de aquecimento. Esta fase permite a remoção do solvente e de outros componentes da amostra e a formação de átomos. Uma das desvantagens da atomização em chama é que apenas uma pequena quantidade de amostra chega à chama e passa muito rapidamente pela trajetória da radiação. Com o tubo de grafite, a amostra é totalmente atomizada e exposta à radiação por um período de tempo mais longo, proporcionando maior sensibilidade e limites de deteção mais baixos.

Espectrometria por emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES)

A técnica de espectrometria por emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES) permite medir a radiação que é emitida pelos elementos de uma amostra colocada num plasma acoplado indutivamente (ICP). Trata-se de um plasma de árgon que é produzido através da interação entre um campo de radiofrequência e gás de árgon ionizado, conseguindo atingir temperaturas na ordem dos 9700ºC. As altas temperaturas permitem a atomização completa dos elementos presentes na amostra, o que reduz o sinal proveniente de interferentes na análise. Após a atomização, os átomos emitem radiação que se pode propagar em duas orientações diferentes: radialmente, o que permite uma maior linearidade para concentrações mais elevadas para o elemento em estudo; ou axialmente, o que diminui o sinal gerado por interferentes do plasma, concentrando mais eficazmente a radiação proveniente da amostra. Apesar da orientação axial permitir obter limites de deteção mais baixos comparativamente ao ICP radial, existem sistemas que utilizam estes dois tipos de orientação, melhorando assim a deteção do elemento em diferentes gamas de concentrações. A radiação emitida passa depois para um espectrofotómetro que tem a capacidade de separar e selecionar os comprimentos de onda desejados, que serão posteriormente transmitidos ao detetor. O sinal, ou seja, a intensidade da radiação emitida, é depois comparada com padrões de concentração conhecida dos elementos em análise.

Espectrometria de Massa com com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS)

Na espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS), o plasma de árgon produz iões carregados gerados a partir dos elementos da amostra. Os iões atravessam os cones de interface, que ligam o ICP a pressão atmosférica ao espectrómetro de massa que se encontra sob vácuo, e passam por lentes iónicas, que retiram os fotões e as espécies neutras do feixe iónico. De seguida, os iões são conduzidos para um espectrómetro de massa, onde são separados de acordo com a sua razão massa/carga. Geralmente, o espectrofotómetro é quadruplo, ou seja, é constituído por 4 tubos que separa os iões com base na sua estabilidade sob a ação de um campo elétrico. Os iões formados com a razão massa/carga pretendida são encaminhados para a detetor que através do sinal recebido determina a quantidade de iões presentes. O plasma ICP-MS gera iões ao contrário do que acontece no ICP-OES, que apenas gera a radiação emitida pelos átomos.

O ICP-MS apresenta inúmeras vantagens comparativamente às outras técnicas de espectrofotometria de absorção atómica, entre as quais, a capacidade de analisar vários elementos com limites de deteção na ordem de partes por trilhão (ppt), de quantificar concentrações isotópicas bem como a sua percentagem na amostra e de se ligar a HPLC e GC, que permitem compreender melhor a forma em que elemento se encontra na amostra.

No entanto, trata-se de uma técnica com algumas limitações, sendo disso exemplo, a utilização de concentrações baixas de amostra (abaixo de 0.2% de total de sólidos dissolvidos) e a limpeza regular dos cones de interface e das lentes iónicas. Recentemente, surgiu um outro componente designado por célula de reação ou colisão, que fica situado entre as lentes iónicas e o espectrómetro de massa e permite remover interferentes resultantes do plasma ou de elementos com um único isótopo responsáveis pela degradação dos limites de deteção. 

Referências:

PerkinElmer, Inc, 2011. The 30-Minute Guide to ICP-MS. URL: http://www.perkinelmer.com/ PDFs/Downloads/ tch_icpmsthirtyminuteguide.pdf

PerkinElmer, Inc, 2013. World leader in AA, ICP-OES and ICP-MS. URL: http://www.perkinelmer.com/ pdfs/downloads/ bro_worldleaderaaicpmsicpms.pdf