Атомно-абсорбционная и эмиссионная спектроскопия

Атомная спектроскопия определяет концентрации элементов путем атомизации образца и измерения поглощения или испускания света свободными газообразными атомами.

Definition

Атомно-абсорбционная и эмиссионная спектроскопия — это спектрохимические методы, которые количественно определяют отдельные элементы по характеристическому линейному поглощению или испусканию свободных атомов, образующихся в пламени, печи или плазме.

Scope

Эта тема охватывает основные методы элементного анализа: пламенную и электротермическую (с графитовой печью) атомную абсорбцию, пламенную и плазменную атомную эмиссию, включая оптическую эмиссию с индуктивно связанной плазмой, и атомную флуоресценцию. В ней рассматриваются источники атомизации, линейные источники, такие как лампы с полым катодом, стратегии коррекции фона, а также спектральные и химические помехи, характерные для атомных методов.

Core questions

• Как атомизатор преобразует образец в свободные газообразные атомы для измерения?
• Когда абсорбция предпочтительнее эмиссии, и как температура изменяет популяции атомов?
• Какие спектральные, химические и ионизационные помехи возникают и как они корректируются?
• Как сравниваются пределы обнаружения для пламенных, печных и плазменных источников?

Key theories

Больцмановское распределение атомных состояний

Соотношение атомов в возбужденном и основном состояниях подчиняется распределению Больцмана и резко возрастает с температурой; поскольку большинство атомов остаются в основном состоянии при температурах пламени, абсорбционные методы часто более чувствительны, чем эмиссионные, для многих элементов, в то время как более горячие плазмы благоприятствуют эмиссии.

Mechanisms

Жидкий образец распыляется и атомизируется в пламени, электрически нагреваемой графитовой печи или аргоновой плазме, образуя популяцию свободных атомов. При абсорбции свет от источника, специфичного для элемента, проходит через облако атомов, и ослабление на резонансной линии измеряет концентрацию. При эмиссии термически или электрически возбужденные атомы релаксируют и испускают свет на характеристических линиях, интенсивность которых пропорциональна концентрации. Калибровка по стандартам с коррекцией фона преобразует сигнал в концентрацию элемента.

Clinical relevance

Атомная спектроскопия играет центральную роль в определении микроэлементов при мониторинге окружающей среды, контроле качества питьевой воды, анализе пищевых и клинических образцов, геологическом и металлургическом анализе, а также скрининге свинца и других токсичных элементов.

History

Анализ атомной эмиссии восходит к спектральным исследованиям Бунзена и Кирхгофа в середине XIX века. Предложение Алана Уолша в 1955 году об атомно-абсорбционной спектрометрии сделало элементный анализ рутинным, а графитовая печь Бориса Львова значительно улучшила чувствительность. Индуктивно связанная плазма, разработанная в 1960-х–1970-х годах, позволила одновременно определять несколько элементов.

Key figures

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

Seminal works

• walsh1955
• skoog2017
• ingle1988

Frequently asked questions

Почему атомная абсорбция часто имеет более низкие пределы обнаружения, чем пламенная эмиссия?

При типичных температурах пламени большинство атомов остаются в основном состоянии, поэтому гораздо больше атомов доступны для поглощения, чем для испускания, что дает абсорбции преимущество в чувствительности для трудновозбудимых элементов.

Какое преимущество дает индуктивно связанная плазма по сравнению с пламенем?

Плазма достигает гораздо более высоких температур, эффективно атомизирует и возбуждает тугоплавкие элементы, уменьшает химические помехи и позволяет одновременно измерять многие элементы в широком диапазоне концентраций.