¿Qué es un Analizador Elemental?
Un analizador elemental es un aparato que permite determinar los tipos (análisis cualitativo) y las proporciones de composición (análisis cuantitativo) de los elementos que componen una sustancia química.
Como todas las sustancias están compuestas de elementos, aclarar los tipos y las proporciones de los elementos es uno de los aspectos más importantes para comprender las propiedades de una sustancia.
A grandes rasgos, las sustancias se dividen en orgánicas e inorgánicas. Las sustancias orgánicas se refieren a la mayoría de los compuestos que contienen carbono. El análisis elemental permite determinar el porcentaje de elementos como el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O) y el nitrógeno (N) para obtener una fórmula de composición de las sustancias orgánicas.
Las sustancias inorgánicas, por su parte, se definen como no orgánicas e incluyen elementos metálicos y no metálicos, hidruros, óxidos, hidróxidos, haluros, sulfatos, nitratos, carbonatos y complejos metálicos. El análisis elemental califica y cuantifica elementos metálicos como el sodio (Na) y el potasio (K), elementos no metálicos como el boro (B) y el silicio (Si) y halógenos como el cloro (Cl) y el flúor (F).
Existen varios métodos de análisis, en función de la sustancia de interés (orgánica o inorgánica), el tipo de elemento y el estado de la sustancia (líquido o sólido).
Usos de los Analizadores Elementales
El análisis elemental se utiliza en una amplia gama de campos, ya que abarca una gran variedad de sustancias químicas. Algunos ejemplos típicos son
- Ámbitos Medioambientales
Análisis de nutrientes del suelo, comprensión de la composición química de los fertilizantes, etc.
- Sector Alimentario
Evaluación del contenido nutricional de los alimentos, etc.
- Sector Farmacéutico
Determinación de la composición y pureza de los productos farmacéuticos, etc.
- Materiales
Control de calidad, comprensión de la composición de los materiales, etc.
Tipos de Análisis Elementales
1. Análisis Elementales de Sustancias Orgánicas
El análisis elemental de sustancias orgánicas se lleva a cabo convirtiendo elementos como el carbono de la muestra en sustancias fáciles de medir y cuantificando después cada uno de ellos mediante un método adecuado.
En primer lugar, los elementos se convierten quemando la muestra en un gas portador o añadiendo un agente de descomposición en un líquido, lo que constituye un método húmedo. Existen varios métodos analíticos, pero a continuación se enumeran los métodos típicos.
Para el carbono y el hidrógeno, se utiliza oxígeno como gas portador y la muestra se quema completamente para convertir el carbono en CO2 y el hidrógeno en H2O, que luego se capturan y cuantifican mediante métodos adecuados. El nitrógeno puede analizarse midiendo el volumen después de que la muestra se haya quemado completamente con un auxiliar de combustión en una corriente de dióxido de carbono y se haya convertido en N2.
Alternativamente, una muestra puede convertirse en amoníaco añadiendo un agente de descomposición a la muestra y, a continuación, capturarse y cuantificarse utilizando un agente de reparación. El oxígeno se calcula a partir de la suma de los porcentajes de los demás elementos.
2. Análisis Elementales de Sustancias Inorgánicas para Muestras Líquidas
La cromatografía iónica (CI) es una técnica analítica para la determinación cualitativa y cuantitativa de componentes iónicos, principalmente en solución, mediante cromatografía iónica, un tipo de cromatografía líquida. Los componentes medidos incluyen aniones inorgánicos, metales alcalinos y amoníaco.
También se conocen otros métodos analíticos que utilizan plasma acoplado inductivamente por radiofrecuencia (ICP), como la espectrometría de emisión atómica ICP (ICP-AES) y la espectrometría de masas ICP (ICP-MS). Ambos son métodos analíticos ampliamente utilizados que pueden medir simultáneamente unos 70 elementos en muestras de soluciones acuosas. Si la muestra es sólida, puede analizarse por descomposición o extracción en una solución acuosa.
En el ICP-MS, una muestra de solución acuosa se atomiza y se introduce en un plasma acoplado inductivamente (ICP) como fuente de ionización, y los elementos ionizados en el plasma se separan y detectan mediante un espectrómetro de masas para el análisis elemental.
Por otro lado, el ICP-AES atomiza e introduce una muestra de solución acuosa y, a continuación, emite una línea espectral de luz cuando los elementos excitados vuelven a su estado básico, lo que permite la identificación elemental a partir de la longitud de onda y la cuantificación a partir de la intensidad. En conjunto, la EM proporciona información elemental en una amplia gama de concentraciones, desde los elementos principales hasta los oligoelementos.
La espectrometría de absorción atómica (EAA) atomiza elementos en una solución ácida diluida, los expone a la luz y mide su concentración a partir de la absorción de la luz (absorbancia). Todos los átomos pasan de un estado de baja energía (estado fundamental) a un estado de alta energía (estado excitado) cuando reciben energía luminosa del exterior, pero la diferencia de energía entre los estados fundamental y excitado viene determinada por el elemento. Por tanto, la diferencia de energía entre los estados básico y excitado viene determinada por el elemento.
3. Análisis Elementales de Materiales Inorgánicos y Análisis de Superficies Sólidas
La espectrometría de fluorescencia de rayos X (XRF) permite identificar y cuantificar los elementos constitutivos midiendo la fluorescencia de rayos X única emitida cuando se irradia la muestra con rayos X. Salvo en el caso de muestras especiales, no requiere tratamiento previo, no es destructivo y también puede utilizarse para analizar superficies sólidas.
La fluorescencia emitida tras irradiar una muestra con rayos X se mide, y puede dividirse en sistemas de energía dispersiva (EDXRF) y de longitud de onda dispersiva (WDXRF), en función del sistema de detección. El sistema WDX es de gran tamaño, ya que utiliza un goniómetro para medir los rayos X fluorescentes emitidos. El EDX, en cambio, tiene una excelente resolución energética del propio detector, lo que elimina la necesidad de un sistema dispersivo y reduce el tamaño del instrumento.