Esta semana hablaremos sobre cómo analizar los átomos que conforman una molécula, un material o cualquier cosa, qué técnicas son las más utilizadas y cuales son más sensibles. Empezamos...
¿Cómo analizar un átomo?
Los átomos, como todos sabemos a estas alturas, son demasiado pequeños y probablemente demasiado complicados como para poder verlos o sacarles algún tipo de fotografía para analizarlos, así que los científicos desde hace muchos años se han tenido que buscar la vida para poder determinarlos de manera indirecta.
La marcha análitica
La manera que se empleaba primariamente para identificar metales en disolución (se puede disolver en ácido un metal) se basaba en hacerlo reaccionar con diferentes sales inorgánicas y reactivos para formar precipitados coloreados. Si estos reactivos se añadían en el orden adecuado se podían identificar varios metales simultáneos en la misma disolución. Este orden de reactivos se conoce habitualmente como la marcha analítica.
Esta metodología tiene el problema de que funciona para un número pequeño y muy mayoritario (casi porcentajes) de átomos de metales. Aún así, es muy útil en ciertos lugares como en minas, donde las aguas que fluyen por en interior arrastran gran cantidad de mineral erosionado.
Fotómetros de llama
Cuando está metodología se empezó a quedar obsoleta debido a la gran cantidad de metales descubiertos y los niveles tan bajos (por ejemplo, en casos toxicológicos, en envenamientos por metales pesados) se hizo necesario el desarrollo de nuevas técnicas que permitiesen el análisis rápido y a bajas concentraciones.
Se conocía desde antiguo que al añadir metales a los fuegos artificiales, estos cambiaban el color de la explosión dependiendo del metal (además del aluminio, casi imprescindible). Empleando estos colores se desarrollaron los fotómetros de llama, en los que mediante una llama de acetileno (como una llama de soporte de soldador) se podían excitar ciertos metales, principalmente alcalinos y alcalinotérreos, y detectarlos dependiendo de su color de su emisión. Hay que remarcar que estos metales normalmente no eran detectables en la marcha analítica.
Basándose en estos fotómetros y en su capacidad de atomizar las muestras debido a su alta temperatura, se empezaron a utilizar para determinar metales que no emitían, simplemente excitándolos con una lámpara del "color" adecuado. Este principio, junto con el desarrollo de la espectroscopía en general y la ley de Lambert-Beer en particular, permiten determinar la concentración presente en muestras mucho más diluías y de prácticamente de todos los metales. Esta técnica se mejoró en algún orden de magnitud con la incorporación del horno de grafito, que permite la vaporización de los metales sin la radiación de fondo de la llama.
ICP-OES y ICP-MS
Ya en los años 80, se desarrolló la técnica de plasma acoplado inductivamente (ICP, por sus siglas en inglés). Esta técnica emplea una antorcha de plasma de argón que alcanza temperaturas entre 8000 y 10000 K, equivalente a la temperatura en la superficie del Sol. Inicialmente se empleó como fuente de emisión ya que alcanza más temperatura y puede hacer emitir a todos los metales, dando lugar a la espectrometría de emisión óptica por ICP, conocida como ICP-OES.
Tras el desarrollo de esta técnica se observó que debido a las altas temperaturas alcanzadas muchos de los metales emitían menos de lo esperado debido a que se producía una importante ionización de la muestra. En vez de convertirse en un problema, las mentes brillantes lo emplearon como fuente de iones, acoplando a la antorcha la entrada de un espectrómetro de masas, dando lugar a la espectrometría de masas acoplada a ICP. Esta nueva técnica fue una revolución por diferentes motivos.
En primer lugar era capaz, de manera muy sencilla, de determinar los isótopos de todos los metales y de muchos no metales, lo que produjo una revolución en muchos campos, especialmente de la geoquímica. Además, los límites de detección bajaron hasta las partes por trillón americano (1 en 1.000.000.000.000), incluso menores en algunos casos.
Especiación
La especiación se denomina a la determinación de distintas especies del mismo ión metálico. La respuesta frente a los detectores previamente expuestos es la misma, por lo que es necesaria una separación previa. Aquí es donde entra en juego nuestra ya conocida cromatografía. Empleando cromatografías iónicas, de exclusión por tamaños o, incluso, electroforesis, es posible separar las especies metálicas, obteniendo un tiempo de migración característico para cada especie.
Hasta aquí el tema de hoy. Muchas gracias por leerlo hasta el final y si hay dudas, comentarios, preguntas puedes dejarl@s en los comentarios de abajo, en la página de Facebook o de Instagram (ambos con @callofchemistry).
Nos vemos!!