Spectroscopia de absorbție atomică în flacără

Spectroscopia de absorbtie atomica

Spectroscpoia de absorbtie atomica (AAS) este o metoda recunoscuta pentru analiza cantitativa a multor elemente chimice in spcial metale si semimetale. Spectroscopia de absorbtie atomica se bazeaza pe absorbtia selectiva, pe o banda foarte ingusta, a radiatiei catre electronii atomilor liberi gazosi (stare atomizata) ai substantei de analizat. Metoda are o selectivitate foarte mare data de faptul ca spre proba de examinat se trimite un fascicul de radiatie ce contine spectrul ingust ai elementului de examinat, spectru care este absorbit proportional cu concentratia lui de catre elementul chimic din proba de analizat atomizata. Atomizarea se realizeaza prin trecerea atomilor substantei de analizat prin aport de energie intr-o forma de atomi individual, liberi, capabili sa absoarba fotoni emisi de sursa de radiatie monocromatica. Necesarul de energie pentru atomizare se poate asigura sub forma termica, obtinuta cu o flacara de gaz sau cu un cuptor de grafit (tub de grafit incalzit electric), sau se poate asigura prin tehnici speciale, cu substanta de analizat in solutie (tehnica hidrurilor). Domeniul acoperit de specroscopia de absorbtie atomica este cel ultraviolet si cel vizibil, cu lungimi de unda cuprinse intre 190 – 800 nm. Datorita selectivitatii mari data de ingustimea liniilor spectrale si a limitelor de detectie ce ajung pana la parti pe trilion, spectroscopia de absorbtie atomica este folosita in special in analiza concentratiilor mici si a urmelor de metale grele in mediu , alimente, bauturi, medicamente, etc. Tot datorita acestor caracteristici AAS este folosita si ca structura de analiza in cromatografia gazoasa, spectroscopul de absorbtie atomica fiind plasat dupa coloana de separare.

La ora actuala sunt folosite procedee de spectroscopie de absorbtie atomica care se deosebesc dupa modul de atomizare. Dupa acest criteriu spectroscopia de absorbtie atomica se clasifica in:

- Spectroscopia cu flacara (F-AAS)

- Spectroscopia cu cuptor de grafit (GF-AAS)

- Spectroscopia cu hidruri (CV-AAS)

Spectrometre de absorbtie atomica

Atomii elementului urmarit in substanta de analizat absorb energie de excitatie emisa de o sursa de radiatie monocromatica specifica si slabesc intensitatea acesteia proportional cu concentratia elementului chimic. Dupa ce are loc absorbtia specifica in zona atomizata, din spectrul de radiatie este selectata cu ajutorul unui monocromator cu o rezolutie de 0.2-1 nm o singura lungime de unde spacifica, denumita lungime de unda primara de rezonanta (este o lungime de unda ce produce o trecere de electroni din starea fundamentala intr-o stare excitata pentru elementul respectiv). Intensitatea lungimii de unda de rezonanta este masurata cu un fotomultiplicator si comparata de 50-100 de ori pe secunda cu intensitatea lungimii de unda de rezonanta din fasciculul deviat si care nu a trecut prin atomizor. Diminuarea intensitatii lungimii de unda de rezonanta ca urmare a absorbtiei fotonice in atomizor este folosita pentru analiza cantitativa a elementului chimic analizat. In scopul exprimarii rezultatelor masuratorii in concentratii este necesara realizarea unei curbe de etalonare. Radiatia spectrala incidenta specifica de linii se realizeaza de regula cu lampi de constructie speciala cu catod de constructie gol, figura 1, ce folosesc drept catod termic elmentul care se analizeaza. Prin aplicarea unor tensiuni de ordinul a catorva zeci de volti intre catodul cilindric gol 2 si anodul 3 are loc o descarcare in plasma care emite linii specifice,inclusiv lungimea de unda de rezonanta a elementului chimic din care este confectionat catodul. Lampa este umpluta cu neon la presiune redusa. Fereastra optica 5 este din cuart pentru a lasa si componenta ultravioleta a radiatiei emise. Problema lampilor spectrale cu catod cilindric gol este stabilitatea emisiei in timp.

In afara de lampa cu catod cilindric gol se poate folosi ca sursa fotonica si o radiatie policromatica din care se selecteaza cu un monocromator sau un filtru o banda spectrala specifica elementului cercetat (aceasta banda trebuiesa contina obligatoriu lungimea de unda de rezonanta a elementului analizat). Fata de folosirea unor lampi individuale ce emit lungimi de unda specifice elementului, ultima solutie este mai comoda si mai ieftina in schimb nu are o rezolutie si o precizie la fel de ridicata ca si cea cu lampi specifice. In spectrometrele moderne, in afara de lampa specifica cu catod cilindric gol este folosita si o lampa cu deuteriu care emite un spectru continuu in UV, cu lungimea de unda de cca 340-350 nm. Radiatia ei se suprapune peste cea a lampii cu catod cilindric gol avand rol de corectie a fondului. Fondul apare ca urmare a atenuarii si interferentelor dintre radiatia lampii cu catod cilindric gol si speciile moleculare sau particulele solide din zona de observare. Semnalul datorita fondului este scazut electronic din semnalul total. Radiatia emisa de lampa cu catod cilindric gol si lampa de deuteriu este pulsata (modulata) fie mecanic cu un tambur secvential rotit cu mare viteza, fie pe cale electronica. In perioadele de intrerupere a fasciculului de radiatie este masurata si corectata influenta radiatiei particulelor solide in suspensie, a peretilor atomizorului a radiatiei nespecifice a atomilor (corectie de emisie).

Monocromatorului plasat dupa sursa de excitatie are scopul separarii cat mai avansate a domeniului spectral ingust care contine informatiile canitative de concentratie despre elementul analizat, de spectrul sursei termice de atomizare. Monocromatorul poate fi o prisma, o retea de difractie sau ambele.

Configuratia sistemelor optice la spectrometrele AAS poate fi cu un singur fascicul sau cu dublu fascicul. Sistemul cu dublu fascicul este mai performant intrucat da un fascicul de referinta fara radiatie de fond si fara aportul elementului de analizat. La ambele sisteme este folosita modulatia optica a radiatiei ceea ce duce la o amplificare mult mai fidela si exacta.