Fotômetro de Chama: Princípio, Componentes, Procedimento de Trabalho, Aplicações, Vantagens e Desvantagens

Introdução

Durante a década de 1980, Bowling Barnes, David Richardson, John Berry e Robert Hood desenvolveram um instrumento para medir as baixas concentrações de sódio e potássio em uma solução. Eles nomearam este instrumento como fotômetro de chama. O princípio do fotômetro de chama baseia-se na medição da intensidade da luz emitida quando um metal é introduzido na chama. O comprimento de onda da cor fornece informações sobre o elemento e a cor da chama fornece informações sobre a quantidade do elemento presente na amostra.

A fotometria de chama é um dos ramos da espectroscopia de absorção atômica. Também é conhecida como espectroscopia de emissão de chama. Atualmente, tornou-se uma ferramenta necessária no campo da química analítica. Fotômetro de chama pode ser usado para determinar a concentração de certos íons metálicos como sódio, potássio, lítio, cálcio e césio etc. Nos espectros de fotômetro de chama os íons metálicos são usados ​​na forma de átomos. O Comitê de Nomenclatura Espectroscópica da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) nomeou essa técnica como espectrometria de emissão atômica de chama (FAES).

Princípio do fotômetro de chama

Os compostos dos metais alcalinos e alcalino-terrosos (Grupo II) dissociam-se em átomos quando introduzidos na chama. Alguns desses átomos ficam ainda mais excitados para níveis ainda mais altos. Mas esses átomos não são estáveis ​​em níveis mais altos.
Assim, esses átomos emitem radiações ao retornar ao estado fundamental. Essas radiações geralmente estão na região visível do espectro. Cada um dos metais alcalinos e alcalino-terrosos tem um comprimento de onda específico.

Para certas faixas de concentração,

A intensidade da emissão é diretamente proporcional ao número de átomos que retornam ao estado fundamental. E a luz emitida é por sua vez proporcional à concentração da amostra.

Partes do fotômetro de chama

Um fotômetro de chama simples consiste nos seguintes componentes básicos:

Fonte de chama: Um queimador no fotômetro de chama é a fonte de chama. Pode ser mantido em temperatura constante. A temperatura da chama é um dos fatores críticos na fotometria de chama.

Nebulizador: O nebulizador é usado para enviar solução homogênea para a chama a uma taxa equilibrada.

Sistema óptico: O sistema óptico consiste em espelho convexo e lente convexa. O espelho convexo transmite a luz emitida pelos átomos. O espelho convexo também ajuda a focar as emissões para a lente. A lente ajuda a focar a luz em um ponto ou fenda.

Filtros de cores simples: Os reflexos do espelho passam pela fenda e chegam aos filtros. Os filtros isolarão o comprimento de onda a ser medido das emissões irrelevantes.

Fotodetector: A intensidade da radiação emitida pela chama é medida pelo fotodetector. Aqui a radiação emitida é convertida em um sinal elétrico com a ajuda do fotodetector. Esses sinais elétricos são diretamente proporcionais à intensidade da luz.

Procedimento de trabalho

• Tanto a solução padrão quanto a solução amostra são preparadas em água destilada fresca.
• A chama do fotômetro é calibrada ajustando o ar e o gás. Depois deixa-se a chama estabilizar durante cerca de 5 min.
• Agora o instrumento está ligado e as tampas da câmara do filtro são abertas para inserir os filtros de cor apropriados.
• As leituras do galvanômetro são ajustadas para zero pulverizando água destilada na chama.
• A sensibilidade é ajustada pulverizando a solução de trabalho padrão mais concentrada na chama. Agora a deflexão de escala total do galvanômetro é registrada.
• Novamente água destilada é pulverizada na chama para obter leituras constantes do galvanômetro. Em seguida, o galvanômetro é reajustado para zero.
• Agora, cada uma das soluções de trabalho padrão é pulverizada na chama por três vezes e as leituras do galvanômetro são registradas. Após cada pulverização, o aparelho deve ser cuidadosamente lavado.
• Finalmente, a solução de amostra é pulverizada na chama por três vezes e as leituras do galvanômetro são registradas. Após cada pulverização, o aparelho deve ser cuidadosamente lavado.
• Calcule a média da leitura do galvanômetro.
• Trace o gráfico de concentração contra a leitura do galvanômetro para descobrir a concentração do elemento na amostra.

• O solvente é primeiro aspirado para obter partículas sólidas finas.
• Essas moléculas nas partículas sólidas são movidas em direção à chama para produzir átomos e íons gasosos.
• Esses íons absorvem a energia da chama e são excitados para altos níveis de energia a partir do estado fundamental.
• Mas como esses íons são instáveis, eles retornam ao estado fundamental. Ao retornar, eles emitem radiação característica.
• A intensidade da luz emitida é proporcional à concentração do elemento.

Os oxidantes no fotômetro de chama são principalmente ar, oxigênio ou óxido nitroso. A temperatura da chama depende da proporção de combustível e oxidante.

Os processos que ocorrem durante a análise do fotômetro de chama estão resumidos abaixo:

Dessolvatação: A dessolvatação envolve a secagem de uma amostra em uma solução. As partículas de metal no solvente são desidratadas pela chama e assim o solvente é evaporado.

Vaporização: As partículas de metal na amostra também são desidratadas. Isso também levou à evaporação do solvente.

Atomização: A atomização é a separação de todos os átomos em uma substância química. Os íons metálicos na amostra são reduzidos a átomos de metal pela chama.

Excitação: A força eletrostática de atração entre os elétrons e o núcleo do átomo os ajuda a absorver uma determinada quantidade de energia. Os átomos então saltam para o estado de energia mais alto quando excitados.

Emissão: Como o estado de energia mais alto é instável, os átomos voltam ao estado fundamental ou estado de baixa energia para ganhar estabilidade. Este salto de átomos emite radiação com comprimento de onda característico. A radiação é medida pelo fotodetector.