Atomabsorptions- und Atomemissionsspektroskopie

Die Atomspektroskopie bestimmt Elementkonzentrationen, indem sie eine Probe atomisiert und die Absorption oder Emission von Licht durch freie gasförmige Atome misst.

Definition

Atomabsorptions- und Atomemissionsspektroskopie sind spektrochemische Methoden, die einzelne Elemente anhand der charakteristischen Linienabsorption oder -emission freier Atome quantifizieren, die in einer Flamme, einem Ofen oder einem Plasma erzeugt werden.

Scope

Dieses Thema behandelt die wichtigsten Techniken der Elementaranalyse: Flammen- und Graphitofen-Atomabsorption, Flammen- und Plasma-Atomemission einschließlich induktiv gekoppelter Plasma-optischer Emission sowie Atomfluoreszenz. Es befasst sich mit Atomisierungsquellen, Linienquellen wie Hohlkathodenlampen, Strategien zur Hintergrundkorrektur und den spektralen und chemischen Interferenzen, die für atomare Methoden charakteristisch sind.

Core questions

• Wie wandelt ein Atomisator eine Probe zur Messung in freie gasförmige Atome um?
• Wann ist Absorption der Emission vorzuziehen, und wie verschiebt die Temperatur Atompopulationen?
• Welche spektralen, chemischen und Ionisationsinterferenzen treten auf und wie werden sie korrigiert?
• Wie vergleichen sich die Nachweisgrenzen zwischen Flammen-, Ofen- und Plasmaquellen?

Key theories

Boltzmann-Verteilung atomarer Zustände

Das Verhältnis von Atomen in angeregten zu Grundzuständen folgt der Boltzmann-Verteilung und steigt mit der Temperatur steil an; da die meisten Atome bei Flammentemperaturen im Grundzustand verbleiben, sind Absorptionsmethoden für viele Elemente oft empfindlicher als Emissionsmethoden, während heißere Plasmen die Emission begünstigen.

Mechanisms

Eine flüssige Probe wird in einer Flamme, einem elektrisch beheizten Graphitofen oder einem Argonplasma zerstäubt und atomisiert, wodurch eine Population freier Atome entsteht. Bei der Absorption durchdringt Licht aus einer elementspezifischen Quelle die Atomwolke, und die Abschwächung bei einer Resonanzlinie misst die Konzentration. Bei der Emission entspannen sich thermisch oder elektrisch angeregte Atome und emittieren bei charakteristischen Linien, deren Intensität mit der Konzentration skaliert. Die Kalibrierung anhand von Standards, mit Hintergrundkorrektur, wandelt das Signal in eine Elementkonzentration um.

Clinical relevance

Die Atomspektroskopie ist zentral für die Bestimmung von Spurenmetallen in der Umweltüberwachung, der Einhaltung von Trinkwasserstandards, in Lebensmittel- und klinischen Proben, in der geologischen und metallurgischen Analyse sowie beim Screening auf Blei und andere toxische Elemente.

History

Die Atomemissionsanalyse geht auf die spektralen Studien von Bunsen und Kirchhoff Mitte des 19. Jahrhunderts zurück. Alan Walshs Vorschlag zur Atomabsorptionsspektrometrie im Jahr 1955 machte die Elementaranalyse routinemäßig, und Boris L'vovs Graphitofen verbesserte die Empfindlichkeit erheblich. Das induktiv gekoppelte Plasma, das in den 1960er-1970er Jahren entwickelt wurde, ermöglichte die simultane Multielementbestimmung.

Key figures

• Alan Walsh
• Boris L'vov
• Robert Bunsen
• Gustav Kirchhoff

Seminal works

• walsh1955
• skoog2017
• ingle1988

Frequently asked questions

Warum hat die Atomabsorption oft niedrigere Nachweisgrenzen als die Flammenemission?

Bei typischen Flammentemperaturen bleiben die meisten Atome im Grundzustand, sodass viel mehr Atome zur Absorption als zur Emission zur Verfügung stehen, was der Absorption einen Empfindlichkeitsvorteil für schwer anregbare Elemente verschafft.

Welchen Vorteil bietet induktiv gekoppeltes Plasma gegenüber einer Flamme?

Das Plasma erreicht wesentlich höhere Temperaturen, atomisiert und regt refraktäre Elemente effizient an, reduziert chemische Interferenzen und ermöglicht die simultane Messung vieler Elemente über einen weiten Konzentrationsbereich.