Absorpcyjna spektrometria atomowa jest metodą analityczną opartą na zjawisku absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez swobodne atomy. Podstawę metody stanowią ustalenia Kirchhoffa: 1)źródłem linii absorpcyjnych w widmie są swobodne atomy, a nie ich związki; 2)swobodne atomy mogą absorbować promieniowanie o długościach fali, które mogą emitować; 3)otrzymane widmo absorpcyjne jest charakterystyczne dla danego rodzaju atomu. W wyniku absorpcji promieniowania następuje wzrost energii atomu zgodnie ze schematem: MEp+hν→(nad strzałką:absorpcja)MEk. Częstość linii absorpcyjnej można wyrazić wzorem: ν=(Ek-Ep)/h . W metodzie AAS badamy absorpcję promieniowania przez swobodne atomy. Stosuje się tzw. plazmę niskotemperaturową w której większość subst ulega dysocjacji i w wyniku powstają swobodne atomy. Badane atomy wprowadza się do środowiska absorbującego w postaci r-r. Swobodne atomy otzrymuje się z r-rów przez doprowadzenie energii. Liczba swobodna atomów jest proporcjonalna do stężenia c r-r badanego, czyli: N=rc. Linie atomowe charakteryzuje intensywność i szerokość w połowie wysokości. Szerokość linii można wyrazić wzorem Δλ=(1/τ2)-(1/τ1). τ1-czas życia stanu podstawowego, τ2-czas życia stanu wzbudzonego. W praktyce obserwujemy poszerzenie linii widmowych na co wpływają właściwości plazmy (temp, ciśnienie, pole elektryczne i magnetyczne). Absorbancja w metodzie AAS jest zależna od liczby swobodnych atomów N w środowisku absorbującym, czyli: A-log(I0/I)=ελbN. ελ-molowy współczynnik absorpcji przy dł fali λ, b-długość drogi optycznej. W praktyce korzystamy z liniowej zależności absorbancji od stężenia badanego r-ru.: A=ελmaxrcb. Jest to podstawa wykorzystywana w analizie ilościowej metodą AAS.
Budowa spektrometru absorpcji atomowej: źródło promieniowania liniowego, atomizer, monochromator, detektor, wzmacniacz, wskaźnik(rejestrator,komputer). Wyróżniamy spektrometry jednowiązkowe i dwuwiązkowe.
Źródła promieniowania w spektrometrach AA winny emitować linie rezonansowe oznaczanego pierwiastka charakteryzujące się: stabilnością, małą szerokością połówkową linii i dużym natężeniem:
-lampy z katodą wnękową HCL(Szklana rura z okienkiem kwarcowym, wypełniona gazem szlachetnym pod ciśnieniem 2-8hPa, w rurce znajduje się anoda, najczęściej z wolframu i katoda wnękowa wykonana z metalu, którego linie rezonansowe lampa ma emitowac.) Mechanizm powstawania energii promienistej: dodatnie jony gazu szlachetnego wypełniającego lampę bombardują katodę i wybijają z niej atomy metalu. Wybite atomy metalu w stanie gazowym ulegają wzbudzeniu i emitują promieniowanie. Widmo takiego promieniowania składa się z linii charakterystycznych dla atomów metalu katody oraz atomów gazu wypełniającego lampę. W procesie pomiaru należy za pomocą monochromatora wybrać pożądaną linię analityczną, a pozostałe wyeliminować
-lampy z wyładowaniem bezelektrodowym EDL(Rura kwarcowa zawierająca gaz szlachetny pod mniejszonym cisnieniem 0,2-0,8hPa i niewielką ilość(1-2mg) danego pierwiastka) Wzbudzenie następuje przez działanie pola elektromagnetycznego dużej częstości.
Atomizery-wytworzenie z próbki analitycznej swobodnych atomów oznaczanego pierwiastka z dużą wydajnością. Atomizer musi: zapewnić dobrą wydajność swobodnych atomów z analizowanej próbki; zapewnić występowanie prostej proporcjonalności między stężeniem oznaczanego pierwiastka w próbce a stężeniem atomów tego pierwiastka w plazmie absorbując promieniowanie. Wyróżniamy atomizery: płomieniowe, elektrotermiczne, wodorkowe, wykorzystujące zimne pary rtęci oraz dla substancji stałych z atomizacją w plazmie laserowej.
Monochromatory- rozszczepiają promieniowanie elektromagnetyczne, które przeszło przez atomizer, musi on przepuścić przez szczelinę wyjściową do detektora tylko linię rezonansową, która jest absorbowana w atomizerze.
Detektory-do pomiaru natężenia promieniowania w AAS służą fotopowielacze. Wytworzony w fotopowielaczu sygnał elektryczny jest wzmacniany i w postaci analogowej lub przetworzeniu do postaci cyfrowej, jest przekazywany do miernika.
Analiza ilościowa metodą AAS
Podstawą ilościowych ozn met AAS jest fakt, że absorpcja promieniowania zależy od liczby swobodnych atomów w środowisku absorbującym, która z kolei zależy od całkowitego stęż. analizowanego pierwiastka w próbce. W analizie ilościowej wykorzystuje się równ. przedst. prostoliniową zależność absorbancji A od stężenia c analizowanego pierwiastka w próbce:
A=(ελ)maxrcb
Metoda AAS jest typową metodą porównawczą, dlatego metodyka oznaczeń jest oparta na trzech znanych sposobach postępowania:
-metodzie krzywej wzorcowej
-metodzie dodatku wzorca
-metodzie wzorca wewnętrznego
Metoda AAS należy dzisiaj do najchętniej stosowanych technik w analizie ilościowej pierwiastków. Jej główne zalety to:
Bardzo duża czułość.
Niska granica wykrywalności, zróżnicowana dla różnych pierwiastków. Dla wielu pierwiastków w metodzie F-AAS osiąga się granicę wykrywalności na poziomie od µg/cm3 do ng/cm3, a w metodzie GF-AAS na poziomie od ng/cm3 do pg/cm3
Doskonała selektywność.
Odtwarzalność oznaczeń, określana też jako precyzja oznaczeń , której miarą jest odchylenie standardowe; jest ona dla różnych technik różna.
Odtwarzalność metody zależy od wielu czynników, w tym m.in. od wstępnej obróbki chemicznej próbki, stabilności techniki pomiarowej, a przede wszystkim odtwarzalności wytwarzania plazmy. Technika F-AAS zapewnia dobrą odtwarzalność plazmy, dlatego w optymalnych warunkach można uzyskac wyniki z wzgeldnym odchyleniem standardowym (RSD) w granicach 0,001-0,03. W przypadku ET-AAS odtwarzalność jest gorsza, a wynika z niejednorodności plazmy i z trudności związanych z odtwarzalnością dozowania małej objętości próbki.
Lepsze rezultaty uzyskuje się przy zast. dozowników autotematycznych, sterowanych kompem, które automatycznie odmierzają próbkę i nanoszą ją w dokldnie to samo miejsce pieca, co powtarzalność atomizacji kolejnych porcji analitu. Anal.il. metodą AAS wymaga znajomości licznych interferencji towarzyszących oznaczeniom i dokładnego przestrzegania reguł, zapewniających ich eliminację. Zakłocenia występujące w AAS próbuje się klasyfikować w różny sposób. Jeden z nich dzieli je na dwie grupy: interferencje spektralne oraz niespektralne.
Spektralne:
-nakładanie się lini analitycznej oznaczanego pierwiastka z linia analit pierwiastka obecnego w plazmie.
- Absorbcja promieniowania przez czasteczki znajdujące się w plazmie. (występuje gdy składniki matrycy odparowują z próbki w czasie atomizacji analitu i ulegają atomizacji)
- emisja promieniowania przez czasteczki i rodniki obecne w plazmie (pasma molekularne emitowane przez halogeny)
- fluorescencja atomowa. W plazmie występują atomy wzbudzone, które mogą emitować promieniowanie
Te zakłocenia powodują ujemne lub dodatnie odchylenia i zniekształcają wynik. Zachodzi zatem konieczność korygowania tła. Opracowano kilka aparaturowych sposobów eliminacji zakłóceń spektralnych: -zastosowanie promieniowania ciągłego lampy deuterowej do korygowania tła, - wykorzystanie efektu Zeemana (występuje gdy linia spektralna przechodzi przez silne pole magnet.)
Niespektralne (nazywane też jako efekty matrycowe lub zakłócenia chemiczne):
- parowanie
- dysocjacja
-wzbudzanie i jonizacja atomów
- atomizacja (najważniejszy proces)
Procesy te mają inny przebieg w przypadku F-AAS i inny w przypadku GF-AAS. Aby przeciwdziałać wpływom matrycy, dodaje się do próbki róznego rodzaju bufory: dejonizujące, korygujące, zwiększające dysocjację związków na atomy.
Innym sposobem przeciwdziałania interferencjom jest usunięcie z matrycy, na etapie przygotowania próbki , w możliwie jak największym stopniu, wszystkich składników zakłócających.
Zastosowanie AAS:
oznaczanie pierwiastków metalicznych, metoda analityczna stosowana do oznaczania składników śladowych, oznaczanie roztworów , próbek stałych za pomocą ET-AAS, rutynowe oznaczenia w laboratoriach metalurgicznych, rolniczych, medycznych, biologicznych, geologicznych i ochrony środowiska.