SICSI A013 VIII Ciclo Università degli studi di Napoli “Federico II” Professore: Salvatore Andini Laboratorio di Chimica Analitica

Lezione destinata agli alunni di un Istituto Tecnico Industriale ad Indirizzo Chimico (IV anno) Prerequisiti Principi di chimica generale; Cenni di spettrofotometria. Obiettivi Comprensione delle potenzialità della tecnica di assorbimento atomico.

La spettrometria di assorbimento atomico (AAS) è ancora oggi, a più di 40 anni dalla sua introduzione come procedura analitica, una tecnica irrinunciabile per qualunque laboratorio di analisi, nonostante l'introduzione di tecniche alternative basate sull'emissione in plasma (ICP). E’ altamente specifica e selettiva.

Le sorgenti In AAS la sorgente di radiazioni è un dispositivo in grado di generare una radiazione elettromagnetica, Generalmente mediante una scarica elettrica nel vuoto o in un plasma a bassa pressione. Le sorgenti poste in contenitori sigillati con un gas di riempimento stazionario sono chiamate lampade. Le sorgenti più usate nell’assorbimento atomico AAS sono le lampade a catodo cavo. Esse contengono un catodo cavo, generalmente cilindrico, composto dallo stesso elemento da analizzare, o da una sua lega. L'anodo è in genere di tungsteno o nichel. Il cilindro di vetro porta una finestra di quarzo trasparente, ed è riempito con un gas inerte (neon o argon).

Applicando una differenza di potenziale si verifica una parziale ionizzazione del gas di riempimento (ad esempio Argon). Gli ioni positivi Ar+, accelerati dal campo elettrico provocano l’espulsione di atomi di metallo (cioè analita) allo stato fondamentale(sputtering) e porta alla formazione di atomi vaporizzati, i quali collidono successivamente con altri atomi di Ar+, eccitandosi. In commercio esistono due tipi di lampade a catodo cavo: LAMPADE A SINGOLO ELEMENTO: con queste si possono effettuare analisi di singoli elementi, e per questo sono adatte ad analisi di routine. LAMPADE A MULTIELEMENTO: con queste è possibile analizzare più elementi in successione. Il catodo in questo caso è ricoperto da più elementi in lega. Meccanismo di funzionamento

Gli atomizzatori Atomizzazione a fiamma La tecnica di atomizzazione in fiamma è la più antica tra le tecniche AAS è indispensabile in qualunque laboratorio di routine. nebulizzatore Il dispositivo più utilizzato è un bruciatore a premiscelazione e a flusso laminare. Il campione attraversa diverse zone: camera di premiscelazione bruciatore

I materiali con cui sono costruiti i dispositivi del bruciatore sono studiati per essere i più inerti possibili, così il nebulizzatore è di acciaio inox mentre la testata è di titanio. Possono essere usati vari tipi di fiamma a seconda dell’elemento da analizzare: aria-acetilene (2300 °C), aria-idrogeno (2050 °C), protossido d’azoto-acetilene (2800 °C) e aria/argon-idrogeno ( °C). I requisiti di un bruciatore devono essere i seguenti: sicurezza operativa alta stabilità termica e ridotto tempo di riscaldamento resistenza alla corrosione bassa tendenza a formare incrostazioni anche con soluzioni con solidi sospesi.

Fornetto di grafite Il tubo viene riscaldato elettricamente secondo un programma a tre stadi, condotti a temperature crescenti, che portano in successione a: evaporazione del solvente incenerimento atomizzazione La misura di assorbimento viene fatta sui vapori atomici che si liberano rapidamente nello stadio finale del riscaldamento. Per il fornetto di grafite bisogna utilizzare piccoli volumi di campione

Rivelatori I rivelatori trasformano l'energia radiante in un segnale elettrico. La radiazione elettromagnetica è sufficiente per produrre l’effetto fotoelettrico Fototubi Il catodo è rivestito da materiale Fotosensibile La pila mantiene una opportuna d.d.p. tra gli elettrodi. Gli elettroni emessi vengono catturati dall’anodo e nel circuito fluisce una corrente elettrica la cui intensità è direttamente proporzionale all’intensità della radiazione che l’ha prodotta.

Sono una variante dei fototubi ma sono molto più sensibili. Gli elettroni emessi dal fotocatodo vengono accelerati da un campo elettrico e quindi acquistano energia. Se colpiscono un’altra superficie elettronicamente attiva (dinodo) liberano un numero più grande di elettroni. Questi, a loro volta, colpiscono i dinodi successivi e il segnale si amplifica. La produzione a cascata di elettroni che si verifica prende il nome di effetto fotoelettrico secondario. Fotomoltiplicatori

Applicazioni dell’assorbimento atomico L’assorbimento atomico può essere utilizzato per qualsiasi tipo di analisi: terreni, acque, alimenti, prodotti farmaceutici… Ciò che bisogna effettuare prima di ogni analisi è la mineralizzazione che è un processo che permette ai metalli da analizzare di andare in soluzione. Il vantaggio maggiore dell’assorbimento atomico è la specificità (analizzare un metallo in presenza di altri metalli) e la sensibilità (riesce a registrare la presenza del metallo in tracce dell’ordine di parte per milioni). Lo svantaggio è che è applicabile solo ad elementi metallici e che ciascun elemento richiede una diversa lampada a catodo cavo.