El análisis elemental es un proceso en el que se analiza una muestra de algún material (por ejemplo, suelo, desechos o agua potable, fluidos corporales, minerales , compuestos químicos ) para determinar su composición elemental y, a veces, isotópica . [ cita requerida ] El análisis elemental puede ser cualitativo (determinar qué elementos están presentes) y puede ser cuantitativo (determinar qué cantidad de cada uno está presente). El análisis elemental se enmarca en el ámbito de la química analítica , los instrumentos involucrados en descifrar la naturaleza química de nuestro mundo.
Antoine Lavoisier es considerado el inventor del análisis elemental como herramienta cuantitativa y experimental para evaluar la composición química de un compuesto. En su momento, el análisis elemental se basaba en la determinación gravimétrica de materiales absorbentes específicos antes y después de la adsorción selectiva de los gases de combustión. [1] [2] Hoy en día se utilizan sistemas totalmente automatizados basados en la detección de los gases de combustión mediante conductividad térmica o espectroscopia infrarroja u otros métodos espectroscópicos.
Para los químicos orgánicos, el análisis elemental o "EA" casi siempre se refiere al análisis CHNX: la determinación de las fracciones de masa de carbono , hidrógeno , nitrógeno y heteroátomos (X) (halógenos, azufre) de una muestra. [ cita requerida ] Esta información es importante para ayudar a determinar la estructura de un compuesto desconocido, así como para ayudar a determinar la estructura y pureza de un compuesto sintetizado. En la química orgánica actual, las técnicas espectroscópicas ( RMN , tanto 1 H como 13 C), la espectrometría de masas y los procedimientos cromatográficos han reemplazado al EA como la técnica principal para la determinación estructural. Sin embargo, todavía proporciona información complementaria muy útil.
La forma más común de análisis elemental, el análisis CHNS, se logra mediante el análisis de combustión . Los analizadores elementales modernos también son capaces de determinar simultáneamente el azufre junto con CHN en la misma ejecución de medición. [3] [4] [5] [6]
El análisis cuantitativo determina la masa de cada elemento o compuesto presente. [7] Otros métodos cuantitativos incluyen la gravimetría , la espectroscopia atómica óptica y el análisis de activación neutrónica .
La gravimetría es donde se disuelve la muestra, se precipita el elemento de interés y se mide su masa, o se volatiliza el elemento de interés y se mide la pérdida de masa.
La espectroscopia atómica óptica incluye la absorción atómica de llama , la absorción atómica en horno de grafito y la espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente , que investigan la estructura electrónica externa de los átomos.
El análisis de activación neutrónica implica la activación de una matriz de muestra a través del proceso de captura de neutrones . Los núcleos radiactivos resultantes de la muestra comienzan a desintegrarse, emitiendo rayos gamma de energías específicas que identifican los radioisótopos presentes en la muestra. La concentración de cada analito se puede determinar mediante comparación con un estándar irradiado con concentraciones conocidas de cada analito. [8]
Para determinar cualitativamente qué elementos existen en una muestra, los métodos son la espectroscopia atómica espectrométrica de masas , como la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente , que investiga la masa de los átomos; otra espectroscopia, que investiga la estructura electrónica interna de los átomos, como la fluorescencia de rayos X , la emisión de rayos X inducida por partículas , la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X y la espectroscopia electrónica de Auger ; y métodos químicos como la prueba de fusión de sodio y la oxidación de Schöniger .
El análisis de los resultados se realiza determinando la proporción de elementos de la muestra y elaborando una fórmula química que se ajuste a esos resultados. Este proceso es útil porque ayuda a determinar si una muestra enviada es el compuesto deseado y confirma la pureza de un compuesto. La desviación aceptada de los resultados del análisis elemental con respecto a los calculados es del 0,3 %. [9]