La fotometría de llama es una técnica analítica clásica, pero aún indispensable, para la determinación cuantitativa de iones metálicos alcalinos y alcalinotérreos en una amplia variedad de muestras: aguas, suelos, alimentos, fertilizantes, fluidos biológicos y soluciones industriales. A pesar del auge de técnicas más avanzadas como la espectrometría de absorción atómica (AAS) y la ICP-OES, la fotometría de llama sigue siendo una alternativa rápida, económica, precisa y robusta para análisis rutinarios en laboratorios químicos.
Este artículo te ofrece una guía completa y actualizada, ideal para posicionar en Google, enfocada en los fundamentos, calibración, componentes del equipo y aplicaciones analíticas de esta técnica esencial.
¿Qué es la fotometría de llama?
La fotometría de llama —también llamada espectrofotometría de emisión de llama— es un método basado en la medición de la luz emitida por átomos excitados cuando una muestra líquida es introducida en una llama caliente.
Cuando los cationes metálicos presentes (como Na⁺, K⁺, Li⁺, Ca²⁺, Ba²⁺) se vaporizan y excitan por la llama, sus electrones saltan a niveles de mayor energía. Al regresar al estado fundamental, emiten radiación a una longitud de onda característica, creando un espectro único para cada elemento.
La intensidad de la luz emitida es proporcional a la concentración del ion en la muestra.
Por eso, la técnica es especialmente útil para análisis cuantitativos.
Fundamentos de la fotometría de llama
1. Atomización y excitación
La muestra líquida es aspirada hacia la llama mediante un nebulizador. Allí ocurre:
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Desolvatación
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Vaporización
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Disociación
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Excitación electrónica
Los electrones excitados emiten luz en longitudes de onda específicas:
| Ion Metálico | Longitud de onda característica (nm) |
|---|---|
| Sodio (Na⁺) | 589 |
| Potasio (K⁺) | 766 |
| Litio (Li⁺) | 671 |
| Calcio (Ca²⁺) | 422 |
| Bario (Ba²⁺) | 553 |
Estas líneas de emisión permiten identificar y cuantificar los elementos.
2. Relación entre emisión y concentración
La intensidad luminosa emitida se correlaciona con la concentración mediante la ecuación:
I = k · C
Donde:
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I = intensidad de emisión
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k = constante instrumental
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C = concentración del metal
Por ello, se requiere curva de calibración con patrones conocidos.
Componentes principales de un fotómetro de llama
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Nebulizador
Convierte la muestra líquida en aerosol fino. -
Cámara de mezcla
Homogeneiza el aerosol con el gas combustible. -
Quemador de llama
Generalmente:
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Butano/aire
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Propano/aire
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Acetileno/aire
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Sistema óptico
Incluye:
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Lentes y diafragmas
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Filtros monocromáticos
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Sensores fotoeléctricos
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Detector
Convierte la luz emitida en señal eléctrica. -
Sistema de lectura
Puede ser digital o por software, según el modelo.
Calibración del fotómetro de llama: paso a paso
Una buena calibración es esencial para obtener resultados confiables.
1. Preparación de patrones
Se preparan soluciones estándar con concentraciones conocidas (por ejemplo, 1, 5, 10, 20 y 50 mg/L).
2. Selección del filtro óptico
Cada ion requiere un filtro diferente.
3. Ajuste del cero
Se utiliza agua destilada o la matriz base del análisis.
4. Lectura de los estándares
El equipo medirá la intensidad emitida por cada patrón.
5. Construcción de la curva de calibración
Debe ser lineal en el rango de trabajo.
La ecuación generada se usa para calcular concentraciones en muestras desconocidas.
6. Verificación de linealidad y sensibilidad
Se recomienda verificar la curva cada 10–15 muestras.
Aplicaciones de la fotometría de llama
La fotometría de llama destaca en análisis ambientales, alimentarios, clínicos y agronómicos. Entre las aplicaciones más importantes:
1. Análisis de aguas
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Potasio y sodio en aguas potables
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Salinidad y dureza
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Control de calidad en plantas de tratamiento
2. Agricultura
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Determinación de cationes nutritivos en suelos (K⁺, Ca²⁺)
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Calidad de fertilizantes
3. Industria alimentaria
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Monitoreo de sodio en alimentos procesados
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Balance mineral en productos lácteos
4. Ámbito clínico
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Determinación de electrolitos en suero y orina (Na⁺ y K⁺)
Aunque hoy reemplazada por métodos automatizados, aún se utiliza en ciertos laboratorios.
5. Industria farmacéutica
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Control de iones metálicos en formulaciones
Errores comunes y cómo evitarlos
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Llama inestable
Solución: ajustar flujo de gas y aire. -
Nebulización incorrecta
Causada por:
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Sales cristalizadas en la punta
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Viscosidad elevada
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Contaminación en la cámara
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Curva no lineal
Se debe a:
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Concentraciones demasiado altas
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Interferencias químicas
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Fluctuaciones de la llama
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Interferencias espectrales
Cationes que emiten a longitudes similares pueden superponerse.
Ventajas y desventajas de la técnica
Ventajas
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Económica
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Rápida
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Fácil de usar
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Ideal para análisis rutinarios
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Buena sensibilidad para Na⁺ y K⁺
Desventajas
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No sirve para metales pesados
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Menos selectiva que AAS o ICP
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Limitada a elementos alcalinos y alcalinotérreos
FAQs: Preguntas frecuentes
1. ¿Qué cationes se pueden analizar con fotometría de llama?
Principalmente sodio, potasio, litio, calcio y bario.
2. ¿La técnica sirve para metales pesados como plomo o cadmio?
No. Para esos elementos se requieren métodos de absorción atómica o ICP.
3. ¿Cuál es la mejor llama para análisis?
La de aire-propano o aire-butano por su estabilidad y temperatura adecuada.
4. ¿Cada cuánto calibrar el fotómetro?
Idealmente al inicio de cada jornada y al cambiar de lote de muestras.
5. ¿Qué interfiere en la lectura?
Sales en exceso, viscosidad alta y contaminaciones orgánicas.