El pasado y el presente de los espectrómetros de emisión de arco

Cuando se habla de espectrómetros de emisión atómica, la mayoría piensa inmediatamente en ICP-AES o quizás en espectrómetros de lectura directa por chispa. Pocos mencionan los espectrómetros de emisión de arco. Sin embargo, como miembro veterano de la familia de espectrómetros de emisión atómica, esta tecnología ha realizado importantes contribuciones en las últimas décadas al análisis cualitativo y cuantitativo de elementos inorgánicos en campos como la exploración geológica, los metales no ferrosos y la ciencia de los materiales.

Incluso hoy en día, con la amplia disponibilidad de instrumentos de alta gama, sus ventajas —como el análisis directo de muestras en polvo y su alta sensibilidad— la han mantenido como el método de referencia para la determinación de plata, boro y estaño en la industria geológica. Sigue siendo una herramienta indispensable en los laboratorios geológicos y también el método estándar recomendado para la detección de impurezas en metales de alta pureza como el tungsteno, el molibdeno, el niobio y el tantalio, así como en sus óxidos.

El espectrógrafo clásico, cada vez más grande.

Primero, conozcamos a los pioneros de la espectrometría de emisión de arco. Los primeros espectrómetros atómicos de arco utilizaban placas fotográficas para capturar los espectros de emisión y se denominaban espectrógrafos. La historia comenzó en 1969, cuando la predecesora de Beijing Beifen Ruili Analytical Instruments (Group) Co., Ltd. —la Fábrica de Instrumentos Ópticos N.° 2 de Beijing— desarrolló con éxito un espectrógrafo de rejilla plana de un metro. Este modelo sigue siendo habitual en muchos laboratorios hoy en día.

espectrógrafo de un metro

Este instrumento era como un meticuloso maestro de cuarto oscuro. Aunque su manejo era engorroso (requería pasos de procesamiento fotográfico), su excepcional sensibilidad sentó las bases del análisis espectral de arco y era insustituible en aquel entonces. También es posible que hayas visto modelos más grandes: espectrógrafos de rejilla de dos metros con un gran "barril" verde.

espectrógrafos de rejilla de dos metros

¿Qué tan impresionante es ese "gran cañón" con una distancia focal de dos metros? Ahora, observe este coloso a continuación. Se dice que tiene una distancia focal de 3,4 metros, lo cual no es adecuado para un laboratorio típico, y además está equipado con una gran fuente de luz de excitación.

espectrógrafo de rejilla de 3,4 metros

Fuente de luz de excitación para espectrógrafo de rejilla de 3,4 metros

El proceso complejo de adquisición de datos

La obtención de datos de un espectrógrafo era un proceso tedioso y complicado: tras preparar la muestra, se realizaba el análisis. Una vez finalizado, había que retirar el portaplacas fotográfico y llevarlo a un cuarto oscuro. Bajo una tenue luz roja de seguridad, la placa se sometía a revelado, fijación y lavado, un proceso idéntico al del revelado de fotografías en blanco y negro.

La placa, procesada con esmero, podría quedar completamente negra debido a la sobreexposición, inutilizando todo el trabajo previo. Asimismo, debido a problemas con el revelador o el fijador, la placa podría resultar demasiado oscura o demasiado clara para ser utilizable, obligando a reiniciar el proceso.

Cuarto oscuro

Debido a la abundancia de líneas espectrales de emisión, era necesario examinarlas con gran aumento, identificando una a una las líneas analíticas de cada elemento objetivo. El análisis cuantitativo requería medir su densidad con un densitómetro. Incluso para analistas experimentados, esta tarea no era sencilla; para los principiantes, era una pesadilla. Los ojos se cansaban de tanto observar las líneas, y aun así solo se lograban identificar unas pocas.

Los sensores de imagen sustituyen a las placas fotográficas.

Gracias a los avances tecnológicos, la tecnología de sensores de imagen maduró y encontró aplicaciones en diversas industrias. Del mismo modo que las cámaras digitales reemplazaron a las cámaras analógicas, los sensores de imagen revolucionaron la espectrometría de emisión de arco al sustituir las placas fotográficas tradicionales. Mediante el efecto fotoeléctrico, estos sensores convierten las señales ópticas en señales eléctricas, digitalizándolas finalmente para su visualización directa en software informático, eliminando así el engorroso proceso de adquisición de datos de los espectrógrafos tradicionales.

El verdadero punto de inflexión se produjo entre 2011 y 2014.BFRLSe lanzó la serie AES-7000, una innovación revolucionaria que combinaba el análisis espectral de fuente de arco con tubos fotomultiplicadores (PMT) para lograr una "lectura directa". Los usuarios finalmente se liberaron de pasos laboriosos como el procesamiento de placas y la medición de densidad, lo que mejoró drásticamente la eficiencia y aceleró la adopción de esta tecnología en geología y metalurgia.

Aunque la serie AES-7000 era rápida, tenía limitaciones: sus líneas espectrales eran fijas. En 2017,BFRLSe dio un nuevo salto adelante con el lanzamiento oficial del espectrómetro de emisión de arco de última generación, el AES-8000. Este instrumento heredó las ventajas de los espectrógrafos de rejilla tradicionales de un metro —excitación de arco de corriente alterna/corriente continua (CA/CC), un sistema de iluminación de tres lentes y la clásica trayectoria óptica de Ebert-Fassie—, al tiempo que incorporó un sensor CMOS de alto rendimiento para la detección de señales. Completamente rediseñado, logró un salto cualitativo, pasando de la mera comprensión a la visualización completa. De fácil manejo, rápido y práctico, el AES-8000 resolvió directamente los problemas más comunes de los usuarios de espectrógrafos y se convirtió rápidamente en el producto estrella de la nueva generación de espectrómetros de emisión de arco.

✔ Avance en rendimiento: Adopción de la combinación “sistema óptico Ebert-Fassie + detector CMOS”. La sensibilidad del CMOS es varias veces superior a la de los CCD convencionales y, junto con una óptica patentada, se minimiza la interferencia de fondo.

✔ Innovación clave: Análisis de espectro completo. No solo resolvió el desafío de la industria de medir con precisión elementos como la plata, el estaño y el boro en muestras geológicas, sino que también cumplió con los requisitos de precisión de las normas nacionales.

✔ Experiencia inteligente: Alineación automática de electrodos, bloqueos de seguridad, corrección automática del fondo del software: estas funciones inteligentes hacen que el instrumento no solo sea preciso, sino también más fácil de usar y más seguro.

Espectrómetro de emisión de arco CA/CC AES-8000

Comparación entre el modelo antiguo y el AES-8000

De lo clásico a lo innovador, y luego a convertirse de nuevo en un clásico. En el desarrollo de espectrómetros de emisión de arco, los esfuerzos de Beijing Beifen-Ruili Analytical Instruments (Group) Co., Ltd. reflejan una clara trayectoria de "transición tecnológica", como lo demuestran las iteraciones de sus productos. Mediante la mejora continua, la empresa ha revitalizado una técnica analítica "antigua" en la era de la tecnología inteligente.