14.16 : Fotometria a fiamma: panoramica

La fotometria a fiamma, nota anche come spettrometria a emissione di fiamma, è una tecnica usata per l'analisi qualitativa e quantitativa degli elementi presenti in un campione utilizzando una fiamma come fonte di energia di eccitazione. Il concetto di fotometria a fiamma fu realizzato nei primi anni del 1860 da Kirchhoff e Bunsen, che scoprirono che alcuni elementi specifici emettono delle radiazioni caratteristiche quando sono eccitati nelle fiamme. Il primo strumento sviluppato per questo scopo fu utilizzato per misurare il sodio (Na) nella cenere vegetale utilizzando una fiamma Bunsen. Tuttavia, la sfida consisteva nel trovare il modo più efficace per introdurre il campione nella fiamma. Fu solo nel 1929, quando Lundegardh introdusse un nebulizzatore, che fu raggiunta una svolta significativa, consentendo un'introduzione riproducibile del campione nella fiamma.

Nella spettrometria a emissione di fiamma, il nebulizzatore converte un campione liquido in una nebbia fine o aerosol. Questo si ottiene facendo passare un flusso di gas ad alta pressione sull'estremità di un tubo capillare contenente il campione e aspirandolo in una camera di nebulizzazione. L'aerosol prodotto viene quindi passato al bruciatore, dove il calore della fiamma lo desolvata, formando delle particelle secche che si volatilizzano e producono degli atomi liberi per l'analisi.

I primi strumenti utilizzavano degli spettrografi a prisma di quarzo e registrazioni fotografiche per disperdere e catturare le linee di emissione atomica. Tuttavia, i progressi nei filtri ottici e nei fotodetettori elettrici hanno sostituito questi componenti, migliorando la precisione e la praticità.

La fotometria a fiamma comporta l'introduzione della soluzione campione in un nebulizzatore, che la converte in una nebbia fine o aerosol. Il campione atomizzato entra quindi nella fiamma, insieme all’aria o ossigeno e ad un gas combustibile come il propano o l’acetilene. La fiamma fornisce l'eccitazione termica necessaria per energizzare gli atomi nel campione. Mentre questi atomi eccitati si rilassano, la radiazione che emettono viene rilevata da una fotocellula o da un fotomoltiplicatore.

La fotometria a fiamma è particolarmente efficace nella misurazione di elementi di sodio, potassio, litio e calcio. La fiamma usata nella fotometria a fiamma, di solito, è una fiamma propano-aria con un intervallo di temperatura di 1900-2000 °C, sebbene possano essere utilizzate anche delle fiamme alternative come il butano-aria o il gas naturale-aria. La fotometria a fiamma presenta alcune limitazioni che possono essere superate utilizzando temperature più elevate e fiamme più riducenti, come l’aria-acetilene, insieme a una rilevazione spettrometrica a risoluzione più elevata. Tuttavia, questi approcci, in termini di costi, non sono competitivi rispetto alla spettrometria di assorbimento atomico a fiamma, o tecnica AAS più ampiamente applicabile.