Quang phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử

Quang phổ nguyên tử xác định nồng độ nguyên tố bằng cách nguyên tử hóa mẫu và đo sự hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng của các nguyên tử khí tự do.

Definition

Quang phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử là các phương pháp quang phổ hóa học định lượng các nguyên tố riêng lẻ từ sự hấp thụ hoặc phát xạ đường phổ đặc trưng của các nguyên tử tự do được tạo ra trong ngọn lửa, lò nung, hoặc plasma.

Scope

Chủ đề này bao gồm các kỹ thuật chính trong phân tích nguyên tố: hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và lò graphite, phát xạ nguyên tử ngọn lửa và plasma bao gồm phát xạ quang học plasma ghép cảm ứng, và huỳnh quang nguyên tử. Nó đề cập đến các nguồn nguyên tử hóa, các nguồn đường phổ như đèn cathode rỗng, các chiến lược hiệu chỉnh nền, và các nhiễu phổ và hóa học đặc trưng của các phương pháp nguyên tử.

Core questions

• Làm thế nào một bộ nguyên tử hóa chuyển đổi mẫu thành các nguyên tử khí tự do để đo lường?
• Khi nào thì hấp thụ được ưu tiên hơn phát xạ, và nhiệt độ làm thay đổi quần thể nguyên tử như thế nào?
• Những nhiễu phổ, hóa học và ion hóa nào phát sinh và chúng được hiệu chỉnh như thế nào?
• Giới hạn phát hiện so sánh như thế nào giữa các nguồn ngọn lửa, lò nung và plasma?

Key theories

Phân bố Boltzmann của các trạng thái nguyên tử

Tỷ lệ các nguyên tử ở trạng thái kích thích so với trạng thái cơ bản tuân theo phân bố Boltzmann và tăng mạnh theo nhiệt độ; vì hầu hết các nguyên tử vẫn ở trạng thái cơ bản ở nhiệt độ ngọn lửa, các phương pháp hấp thụ thường nhạy hơn phát xạ đối với nhiều nguyên tố, trong khi plasma nóng hơn lại ưu tiên phát xạ.

Mechanisms

Một mẫu lỏng được phun sương và nguyên tử hóa trong ngọn lửa, lò graphite được nung nóng bằng điện, hoặc plasma argon, tạo ra một quần thể các nguyên tử tự do. Trong hấp thụ, ánh sáng từ một nguồn đặc trưng cho nguyên tố đi qua đám mây nguyên tử và sự suy giảm ở một đường cộng hưởng đo nồng độ. Trong phát xạ, các nguyên tử bị kích thích nhiệt hoặc điện thư giãn và phát xạ ở các đường đặc trưng có cường độ tỷ lệ với nồng độ. Hiệu chuẩn dựa trên các tiêu chuẩn, với hiệu chỉnh nền, chuyển đổi tín hiệu thành nồng độ nguyên tố.

Clinical relevance

Quang phổ nguyên tử là trọng tâm trong việc xác định kim loại vết trong giám sát môi trường, tuân thủ tiêu chuẩn nước uống, mẫu thực phẩm và lâm sàng, phân tích địa chất và luyện kim, và sàng lọc chì cùng các nguyên tố độc hại khác.

History

Phân tích phát xạ nguyên tử có từ các nghiên cứu phổ của Bunsen và Kirchhoff vào giữa thế kỷ 19. Đề xuất của Alan Walsh về quang phổ hấp thụ nguyên tử vào năm 1955 đã làm cho phân tích nguyên tố trở nên thường quy, và lò graphite của Boris L'vov đã cải thiện đáng kể độ nhạy. Plasma ghép cảm ứng, được phát triển vào những năm 1960–1970, cho phép xác định đa nguyên tố đồng thời.

Key figures

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

Seminal works

• walsh1955
• skoog2017
• ingle1988

Frequently asked questions

Tại sao hấp thụ nguyên tử thường có giới hạn phát hiện thấp hơn phát xạ ngọn lửa?

Ở nhiệt độ ngọn lửa điển hình, hầu hết các nguyên tử vẫn ở trạng thái cơ bản, vì vậy có nhiều nguyên tử sẵn sàng hấp thụ hơn là phát xạ, mang lại lợi thế về độ nhạy cho hấp thụ đối với các nguyên tố khó kích thích.

Plasma ghép cảm ứng mang lại lợi thế gì so với ngọn lửa?

Plasma đạt nhiệt độ cao hơn nhiều, nguyên tử hóa và kích thích các nguyên tố khó nóng chảy một cách hiệu quả, giảm nhiễu hóa học và cho phép đo nhiều nguyên tố đồng thời trong một dải nồng độ rộng.