原子吸光・発光分光法

原子分光法は、試料を原子化し、自由気体原子による光の吸収または発光を測定することにより、元素濃度を決定します。

Definition

原子吸光・発光分光法は、炎、炉、またはプラズマ中で生成された自由原子の特性的な線吸収または線発光から個々の元素を定量する分光化学的手法です。

Scope

このトピックでは、元素分析の主要な手法である、フレームおよびグラファイト炉原子吸光、フレームおよびプラズマ原子発光（誘導結合プラズマ発光分光法を含む）、ならびに原子蛍光について扱います。原子化源、中空陰極ランプなどの線光源、バックグラウンド補正戦略、および原子法に特徴的なスペクトル干渉と化学干渉について論じます。

Core questions

• 原子化器はどのようにして試料を測定用の自由気体原子に変換するのですか？
• 吸収が発光よりも好ましいのはどのような場合ですか、また温度は原子集団をどのように変化させますか？
• どのようなスペクトル干渉、化学干渉、およびイオン化干渉が発生し、それらはどのように補正されますか？
• 炎、炉、プラズマ光源間で検出限界はどのように比較されますか？

Key theories

原子状態のボルツマン分布

励起状態と基底状態の原子の比率はボルツマン分布に従い、温度とともに急激に上昇します。炎の温度ではほとんどの原子が基底状態にとどまるため、多くの元素において吸光法は発光法よりも感度が高いことが多く、より高温のプラズマは発光を促進します。

Mechanisms

液体試料は、炎、電気加熱されたグラファイト炉、またはアルゴンプラズマ中で噴霧され原子化され、自由原子の集団を生成します。吸光法では、元素特異的な光源からの光が原子雲を通過し、共鳴線での減衰が濃度を測定します。発光法では、熱的または電気的に励起された原子が緩和し、特性的な線で発光し、その強度が濃度に比例します。標準物質との校正とバックグラウンド補正により、信号は元素濃度に変換されます。

Clinical relevance

原子分光法は、環境モニタリング、飲料水規制、食品および臨床試料、地質学的および冶金学的分析、鉛およびその他の有毒元素スクリーニングにおける微量金属の決定に中心的な役割を果たします。

History

原子発光分析は、ブンゼンとキルヒホフによる19世紀半ばのスペクトル研究にまで遡ります。アラン・ウォルシュによる1955年の原子吸光分光法の提案は、元素分析を日常的なものにし、ボリス・リヴォフのグラファイト炉は感度を大幅に向上させました。1960年代から1970年代にかけて開発された誘導結合プラズマは、多元素同時決定を可能にしました。

Key figures

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

Seminal works

• walsh1955
• skoog2017
• ingle1988

Frequently asked questions

原子吸光法がフレーム発光法よりも検出限界が低いことが多いのはなぜですか？

一般的な炎の温度では、ほとんどの原子が基底状態にとどまるため、発光する原子よりも吸収する原子の方がはるかに多く、励起しにくい元素に対しては吸光法が感度の点で有利になります。

誘導結合プラズマは炎に比べてどのような利点がありますか？

プラズマははるかに高い温度に達し、難溶性元素を効率的に原子化および励起し、化学干渉を低減し、広範囲の濃度で多くの元素を同時に測定することを可能にします。