Атомно - абсорбционная спектроскопия (AAS), как метод количественного анализа, основанный на селективном поглощении материала световым излучением на определенной длине волны, его основная физико - химическая основа может быть разобрана на два модуля: процесс атомизации и характерный механизм поглощения, которые совместно строят технические преимущества этого метода с высокой чувствительностью и высокой избирательностью.
Процесс атомизации: переход от образца к атому в свободном базовом состоянии
Атомность является ключевым шагом в AAS, целью которого является диссоциация измеренных элементов из образца в атомы свободного базового состояния, обеспечивая поглощающую частицу для последующего поглощения характеристик. В зависимости от способа атомизации, они подразделяются на две основные категории:
метод атомизации пламени
Образец испаряется, высыхает, диссоциируется с помощью высокотемпературного пламени (например, температура воздуха - ацетиленового пламени около 2300°C, температура пламени закиси азота - ацетилена около 2700°C), в результате чего образуется основной атом.
Характеристики: Простая работа, низкая стоимость, высокая скорость анализа, подходит для определения большинства металлических элементов.
Ограничения: температура пламени ограничена, низкая чувствительность к тугоплавким элементам (например, вольфраму, молибдену) и элементам, которые могут легко образовывать летучие оксиды (например, хром, алюминий).
Атомный метод без пламени (например, атомизация графитовой печи)
Используя графитовую трубку при большом токе высокого давления для получения высокой температуры (до 3000 °C), образец проходит четыре этапа сушки, озоления, атомизации и очистки, образуя основной атом.
Характеристика: Высокая чувствительность (на 3 - 4 порядка выше, чем метод пламени), может непосредственно анализировать твердые, жидкие образцы, подходит для определения следовых элементов (например, свинца, кадмия).
Ограничения: точность немного ниже, чем метод пламени, и уязвима для помех матрицы.
Факторы, влияющие на эффективность атомизации:
Температура: недостаточная температура может привести к неполной атомизации, а высокая температура может вызвать ионизирующие помехи.
Образцовая матрица: сложная матрица может влиять на эффективность атомизации с помощью химических помех (например, образование труднолетучих соединений) или физических помех (например, изменение вязкости образца).
Режим подачи проб: слишком большое количество проб может оказать охлаждающее воздействие на пламя или увеличить сложность удаления остатков в графитовой печи.
II. Характерный механизм поглощения: избирательное поглощение резонансного излучения атомами основного состояния
Характерное поглощение является количественной основой AAS, основные механизмы которой заключаются в следующем:
резонансное поглощение
Когда частота падающего излучения равна энергии, необходимой атому для перехода электрона из основного состояния в первое возбужденное состояние, атом основного состояния поглощает энергию и переходит в возбужденное состояние, образуя характерный спектр поглощения.
Характеристика: Атомная структура каждого элемента уникальна, а его резонансные линии поглощения имеют (например, 589,0 нм натрия, 285,2 нм магния) и могут служить основой для качественной характеристики элемента.
Избирательность: атомы очень избирательно поглощают излучение, поглощая только излучение, соответствующее их собственным энергетическим градусам, тем самым избегая фоновых помех.
Количественная зависимость закона Ламбера - Билла, поглощение света (A) прямо пропорционально концентрации (C) подлежащего измерению элемента в образце, т. е. A = K · C, где K является постоянной, которая включает в себя влияние всех экспериментальных условий.
Применение: Измеряя светопоглощение стандартного и неизвестного растворов, рисуя стандартную кривую, можно получить концентрацию подлежащих измерению элементов в неизвестной жидкости.
Предпосылки: Экспериментальные условия (например, температура, эффективность атомизации, длина светового пути) должны быть согласованы, чтобы обеспечить
К
Постоянство.
Расширение спектральной линии и интенсивность поглощения
Атомные линии поглощения не являются строго геометрическими линиями, но занимают определенный частотный диапазон (полуширина около 10−3 - 10−2 нм), в основном под влиянием следующих факторов:
Доплеровская ширина: чем выше температура, тем заметнее ширина, вызванная атомным тепловым движением.
Углубление столкновения: межатомное столкновение приводит к сокращению среднего срока службы атомов в возбужденном состоянии, вызывая расширение спектральных линий (разделенных на ширину Херузмарка и ширину Лоренца).
Расширение поля, эффект самовсасывания: в пробах с сильным электрическим полем или высокой концентрацией спектральная линия может быть еще шире.
Воздействие: Расширение спектральной линии снижает интенсивность поглощения, но, выбирая источник света с острыми линиями (например, полые катодные лампы) и оптимизируя экспериментальные условия (например, контролируя температуру атомизации, давление), эффект расширения может быть минимизирован и повысить чувствительность измерения.
III. Техническая реализация: системы приборов и подавление помех
Физико - химическая основа AAS должна быть реализована с помощью точных приборных систем и дополнена методами подавления помех:
Состав приборной системы
Источник света: характерное резонансное излучение, излучающее элемент, подлежащий измерению (например, полые катодные лампы), требует большой интенсивности излучения, низкого фона и высокой стабильности.
Атомный аппарат: атомизация образца (пламенная или графитовая печь).
Спектроскопическая система: разделение характеристических спектральных линий и интерференционных спектральных линий (например, решетки или призмы).
Система обнаружения: преобразование световых сигналов в электрические сигналы (например, фотоумножитель или детектор CCD).
Методы подавления помех
Физические помехи: устраняются путем подготовки стандартного раствора аналогичного состава или путем стандартного добавления.
Химические помехи: добавьте высвобождающий агент (например, фосфат выделяет кальций), защитный агент (например, EDTA защищает железо) или модификатор матрицы (например, нитрат лантана улучшает определение алюминия).
Ионизирующие помехи: Добавление ионизаторов (например, соединений щелочных металлов) для подавления ионизации измеренных атомов.
Спектральные помехи: подавление путем уменьшения ширины щели, выбора линии без резонанса или с помощью метода коррекции фона эффекта Земана.