Atomová spektroskopie - Atomic spectroscopy

Atomová spektroskopie je studium elektromagnetického záření absorbovaného a emitovaného atomy. Protože jedinečné prvky mají charakteristická (podpisová) spektra, používá se ke stanovení složení prvků atomová spektroskopie, konkrétně elektromagnetické spektrum nebo hmotnostní spektrum . Lze jej rozdělit podle zdroje atomizace nebo podle typu použité spektroskopie. V druhém případě je hlavní rozdělení mezi optickou a hmotnostní spektrometrií. Hmotnostní spektrometrie obecně poskytuje výrazně lepší analytický výkon, ale je také výrazně složitější. Tato složitost se promítá do vyšších pořizovacích nákladů, vyšších provozních nákladů, většího zaškolení obsluhy a většího počtu komponent, které mohou potenciálně selhat. Protože optická spektroskopie je často levnější a má výkon adekvátní mnoha úkolům, je mnohem běžnější Atomové absorpční spektrometry jsou jedním z nejčastěji prodávaných a používaných analytických zařízení.

Atomová spektroskopie

Elektrony existují v energetických úrovních (tj. Atomových orbitálech ) uvnitř atomu. Atomové orbitaly jsou kvantovány, což znamená, že existují jako definované hodnoty místo toho, aby byly spojité (viz: atomové orbitaly ). Elektrony se mohou pohybovat mezi orbitály, ale přitom musí absorbovat nebo emitovat energii rovnou energetickému rozdílu mezi specifickými kvantovanými orbitálními energetickými hladinami jejich atomu. V optické spektroskopii je energie absorbovaná k přesunu elektronu na vyšší energetickou úroveň (vyšší orbitální) a/nebo energie emitovaná při pohybu elektronu na nižší energetickou úroveň je absorbována nebo emitována ve formě fotonů (světelných částic). Protože každý prvek má jedinečný počet elektronů, bude atom absorbovat/uvolňovat energii ve vzoru, který je jedinečný pro jeho elementární identitu (např. Ca, Na atd.), A bude tedy absorbovat/emitovat fotony v odpovídajícím unikátním vzoru. Typ atomů přítomných ve vzorku nebo množství atomů přítomných ve vzorku lze odvodit z měření těchto změn vlnové délky světla a intenzity světla.

Atomová spektroskopie se dále dělí na atomovou absorpční spektroskopii a atomovou emisní spektroskopii . V atomové absorpční spektroskopii prochází světlo předem stanovené vlnové délky sbírkou atomů. Pokud má vlnová délka zdrojového světla energii odpovídající energetickému rozdílu mezi dvěma energetickými hladinami v atomech, bude část světla absorbována. Rozdíl mezi intenzitou světla vyzařovaného ze zdroje (např. Lampa) a světla zachyceného detektorem poskytuje hodnotu absorbance. Tuto hodnotu absorbance lze poté použít ke stanovení koncentrace daného prvku (nebo atomů) ve vzorku. Vztah mezi koncentrací atomů, vzdáleností, kterou světlo urazí přes kolekci atomů, a částí absorbovaného světla je dán Beerovým -Lambertovým zákonem . V atomové emisní spektroskopii je intenzita vyzařovaného světla přímo úměrná koncentraci atomů.

Zdroje iontů a atomů

Zdroje lze upravit mnoha způsoby, ale níže uvedené seznamy uvádějí obecné použití řady zdrojů. Z nich jsou plameny nejčastější kvůli jejich nízké ceně a jednoduchosti. I když jsou plazmy s indukční vazbou významně méně běžné, zejména při použití s ​​hmotnostními spektrometry, jsou uznávány pro svou vynikající analytickou výkonnost a univerzálnost.

U všech atomových spektroskopií musí být vzorek odpařen a atomizován. Pro atomovou hmotnostní spektrometrii musí být vzorek také ionizován. Vaporizace, atomizace a ionizace se často, ale ne vždy, provádějí z jednoho zdroje. Alternativně může být jeden zdroj použit k odpaření vzorku, zatímco jiný je použit k atomizaci (a případně ionizaci). Příkladem toho je laserová ablace, atomová emisní spektrometrie plazmatu s indukčně vázanou vazbou, kde se k odpaření pevného vzorku používá laser a k atomizaci páry se používá plazma s indukčně vázanou vazbou.

S výjimkou plamenů a grafitových pecí, které se nejčastěji používají pro atomovou absorpční spektroskopii, se většina zdrojů používá pro atomovou emisní spektroskopii.

Mezi zdroje vzorkování kapalin patří plameny a jiskry (zdroj atomů), plazma s indukčně vázanou vazbou (zdroj atomů a iontů), grafitová pec (zdroj atomů), mikrovlnné plazma (zdroj atomů a iontů) a plazma se stejnosměrným proudem (zdroj atomů a iontů) ). Mezi zdroje vzorkování pevných látek patří lasery (zdroj atomů a par), doutnavý výboj (zdroj atomů a iontů), oblouk (zdroj atomů a iontů), jiskra (zdroj atomů a iontů) a grafitová pec (zdroj atomů a par). Mezi zdroje pro odběr plynu patří plamen (zdroj atomů), indukčně vázaná plazma (zdroj atomů a iontů), mikrovlnné plazma (zdroj atomů a iontů), plazma se stejnosměrným proudem (zdroj atomů a iontů) a doutnavý výboj (zdroj atomů a iontů) ).

Viz také

externí odkazy