Como tecnología de análisis cuantitativo basada en la absorción selectiva de radiación óptica de longitud de onda específica por sustancias, la base física y química central de la espectrometría de absorción atómica (aas) se puede desmontar en dos módulos principales: proceso de atomización y mecanismo de absorción característico. los dos construyen conjuntamente las ventajas técnicas de alta sensibilidad y alta selectividad de este método.
I. proceso de atomización: de la muestra a los átomos de Estado de suelo libre
La atomización es un paso clave en aas, cuyo objetivo es separar los elementos a medir de la muestra en átomos de Estado de suelo libre, proporcionando partículas absorbentes de luz para la absorción característica posterior. Según los diferentes métodos de atomización, se dividen principalmente en dos categorías:
Método de atomización de llama
La muestra se evapora, seca y disuelve a través de una llama de alta temperatura (como la temperatura de la llama aire - acetileno es de unos 2.300 grados Celsius y la temperatura de la llama óxido nitroso - acetileno es de unos 2.700 grados celsius), y finalmente se generan átomos de suelo.
Características: fácil de operar, bajo costo y rápido análisis, adecuado para la determinación de la mayoría de los elementos metálicos.
Limitaciones: la temperatura de la llama es limitada y la sensibilidad a los elementos refractarios (como tungsteno y molibdeno) y a los elementos que forman fácilmente óxidos volátiles (como cromo y aluminio) es baja.
Método de atomización sin llama (tomando como ejemplo la atomización del horno de grafito)
El tubo de grafito se utiliza para producir altas temperaturas (hasta 3.000 ° c) bajo alta tensión y alta corriente eléctrica, lo que hace que la muestra pase por cuatro etapas: secado, incineración, atomización y purificación para generar átomos de Estado del suelo.
Características: alta sensibilidad (3 - 4 órdenes de magnitud más alta que el método de llama), se pueden analizar directamente muestras sólidas y líquidas, adecuadas para la determinación de oligoelementos (como plomo y cadmio).
Limitaciones: la precisión es ligeramente inferior al método de llama y es vulnerable a la interferencia de la matriz.
Factores que influyen en la eficiencia de la atomización:
Temperatura: la temperatura insuficiente puede causar atomización incompleta, y la temperatura demasiado alta puede causar interferencia de ionización.
Matriz de muestra: una matriz compleja puede afectar la eficiencia de la atomización a través de interferencias químicas (como la generación de compuestos volátiles) o físicas (como cambiar la viscosidad de la muestra).
Modo de inyección: la cantidad excesiva de inyección puede tener un efecto de enfriamiento en la llama o aumentar la dificultad de eliminar residuos en el horno de grafito.
II. mecanismo de absorción característico: absorción selectiva de la radiación de resonancia por átomos del Estado del suelo
La absorción característica es la base cuantitativa del aas, y su mecanismo central es el siguiente:
Fenómeno de absorción por resonancia
Cuando la frecuencia de la radiación incidente es igual a la energía necesaria para que los electrones en los átomos salten del Estado del suelo al primer Estado emocionado, los átomos del Estado del suelo absorben la energía y saltan al Estado emocionado, formando un espectro de absorción característico.
Caracterización: la estructura atómica de cada elemento es única y su línea de absorción por resonancia tiene (como 589,0 nm de sodio y 285,2 nm de magnesio), que puede servir de base para la caracterización de los elementos.
Selectividad: la absorción de radiación por parte de los átomos es altamente selectiva, absorbiendo solo la radiación que coincide con su propio nivel de energía, evitando así la interferencia de fondo.
La relación cuantitativa de la Ley Lambert - bier, la Absorbancia (a) es proporcional a la concentración (c) de los elementos a medir en la muestra, es decir, a = k⋅ c, en la que k es constante y contiene los efectos de todas las condiciones experimentales.
Aplicación: al medir la absorción de la solución estándar y la solución desconocida y dibujar la curva estándar, se puede obtener la concentración de los elementos a medir en la solución desconocida.
Condiciones previas: las condiciones experimentales (como la temperatura, la eficiencia de la atomización, la longitud del camino óptico) deben ser consistentes para garantizar
K
La constancia.
Ensanchamiento de la Línea espectral e intensidad de absorción
La línea de absorción atómica no es una línea geométrica estricta, sino que ocupa un cierto rango de frecuencia (la mitad de ancho es de unos 10 - 3 - 10 - 2 nm), afectada principalmente por los siguientes factores:
Ensanchamiento doppler: causado por el movimiento térmico atómico, cuanto mayor sea la temperatura, más significativo será el ensanchamiento.
Ensanchamiento de la colisión: la colisión entre átomos conduce a una vida útil promedio más corta de los átomos emocionados, lo que resulta en un ensanchamiento de la Línea espectral (dividido en heruzmark ensanchado y Lorenz ensanchado).
Ensanchamiento del campo, efecto de autoabsorbente: en campos eléctricos fuertes o muestras de alta concentración, la Línea espectral puede ensancharse aún más.
Influencia: el ensanchamiento de la Línea espectral reduce la intensidad de absorción, pero al seleccionar una fuente de luz de línea aguda (como una lámpara de cátodo hueco) y optimizar las condiciones experimentales (como controlar la temperatura y la presión de atomización), se puede minimizar el efecto de ensanchamiento y mejorar la sensibilidad de la medición.
III. implementación tecnológica: sistemas de instrumentos y supresión de interferencias
La base física y química del AAS debe realizarse a través de un sistema de instrumentos de precisión, complementado por la tecnología de supresión de interferencias:
Composición del sistema de instrumentos
Fuente de luz: emisión de radiación de resonancia característica de los elementos a medir (como lámparas de cátodo hueco), que requiere alta intensidad de radiación, bajo fondo y alta estabilidad.
Atomizador: lograr la atomización de la muestra (llama o horno de grafito).
Sistema de División de luz: separación de líneas espectrales características y líneas espectrales de interferencia (como rejillas o prismas).
Sistema de detección: conversión de señales ópticas en señales eléctricas (como Tubos fotomultiplicadores o detectores de cc).
Tecnología de supresión de interferencias
Interferencia física: eliminar mediante la preparación de soluciones estándar de composición similar o mediante el método de adición estándar.
Interferencia química: añadir un liberador (como el fosfato que libera calcio), un protector (como el hierro protector edta) o un modificador de la matriz (como el nitrato de lantano que mejora la determinación del aluminio).
Interferencia de ionización: la adición de desionizantes (como compuestos de elementos de metales alcalinos) inhibe la ionización de los átomos a medir.
Interferencia espectral: suprimida reduciendo el ancho de la rendija, seleccionando líneas no resonantes o utilizando la técnica de corrección de fondo del efecto zeeman.