Spectroscopie d'absorption et d'émission atomique

La spectroscopie atomique détermine les concentrations élémentaires en atomisant un échantillon et en mesurant l'absorption ou l'émission de lumière par des atomes gazeux libres.

Definition

La spectroscopie d'absorption et d'émission atomique sont des méthodes spectrochimiques qui quantifient les éléments individuels à partir de l'absorption ou de l'émission de raies caractéristiques d'atomes libres générés dans une flamme, un four ou un plasma.

Scope

Ce sujet couvre les principales techniques d'analyse élémentaire : l'absorption atomique en flamme et en four à graphite, l'émission atomique en flamme et en plasma, y compris l'émission optique à plasma à couplage inductif, et la fluorescence atomique. Il aborde les sources d'atomisation, les sources de raies telles que les lampes à cathode creuse, les stratégies de correction de fond, ainsi que les interférences spectrales et chimiques caractéristiques des méthodes atomiques.

Core questions

• Comment un atomiseur convertit-il un échantillon en atomes gazeux libres pour la mesure ?
• Quand l'absorption est-elle préférable à l'émission, et comment la température modifie-t-elle les populations atomiques ?
• Quelles interférences spectrales, chimiques et d'ionisation surviennent et comment sont-elles corrigées ?
• Comment les limites de détection se comparent-elles entre les sources à flamme, à four et à plasma ?

Key theories

Population de Boltzmann des états atomiques

Le rapport des atomes dans les états excités par rapport aux états fondamentaux suit la distribution de Boltzmann et augmente fortement avec la température ; étant donné que la plupart des atomes restent à l'état fondamental aux températures de flamme, les méthodes d'absorption sont souvent plus sensibles que l'émission pour de nombreux éléments, tandis que les plasmas plus chauds tendent à favoriser l'émission.

Mechanisms

Un échantillon liquide est nébulisé et atomisé dans une flamme, un four à graphite chauffé électriquement ou un plasma d'argon, produisant une population d'atomes libres. En absorption, la lumière provenant d'une source spécifique à l'élément traverse le nuage atomique et l'atténuation à une raie de résonance mesure la concentration. En émission, les atomes excités thermiquement ou électriquement se désexcitent et émettent à des raies caractéristiques dont l'intensité est proportionnelle à la concentration. L'étalonnage par rapport à des étalons, avec correction de fond, convertit le signal en concentration élémentaire.

Clinical relevance

La spectroscopie atomique est essentielle pour la détermination des métaux traces dans la surveillance environnementale, la conformité de l'eau potable, les échantillons alimentaires et cliniques, l'analyse géologique et métallurgique, ainsi que le dépistage du plomb et d'autres éléments toxiques.

History

L'analyse par émission atomique remonte aux études spectrales de Bunsen et Kirchhoff au milieu du XIXe siècle. La proposition d'Alan Walsh en 1955 de la spectrométrie d'absorption atomique a rendu l'analyse élémentaire courante, et le four à graphite de Boris L'vov a considérablement amélioré la sensibilité. Le plasma à couplage inductif, développé dans les années 1960-1970, a permis la détermination simultanée de plusieurs éléments.

Key figures

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

Seminal works

• walsh1955
• skoog2017
• ingle1988

Frequently asked questions

Pourquoi l'absorption atomique présente-t-elle souvent des limites de détection inférieures à celles de l'émission en flamme ?

Aux températures de flamme typiques, la plupart des atomes restent à l'état fondamental ; il y a donc beaucoup plus d'atomes disponibles pour absorber que pour émettre, ce qui confère à l'absorption un avantage en termes de sensibilité pour les éléments difficiles à exciter.

Quel avantage le plasma à couplage inductif offre-t-il par rapport à une flamme ?

Le plasma atteint des températures beaucoup plus élevées, atomise et excite efficacement les éléments réfractaires, réduit les interférences chimiques et permet de mesurer simultanément de nombreux éléments sur une large gamme de concentrations.