Атомно-абсорбционная спектроскопия

Метод атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) основан на поглощении электромагнитного излучения атомами вещества, находящимися в свободном состоянии. Атомы поглощают кванты света, энергия которых соответствует энергии перехода из основного состояния в возбужденное. В результате интенсивность излучения, проходящего через слой свободных атомов, уменьшается. Так же как и в молекулярной спектроскопии , зависимость степени поглощения излучения от концентрации атомов описывается законом Бугера-Ламберта-Бера:

А=lg(I_o/I)=k∙l∙C,

Где I_o – интенсивность падающего излучения;

I - интенсивность прошедшего через атомные пары излучения;

l – толщина слоя атомных паров;

k – коэффициент поглощения атомных паров.

Величину А=lg(I_o/I) называют атомным поглощением. Коэффициент поглощения k пропорционален вероятности данного электронного перехода (наиболее высокие значения k соответствуют переходу электрона с основного на наиболее близкий к нему уровень – «резонансная» линия).

Для атомизации пробы, т.е. для превращения ее в атомные пары, необходима температура ~2000–3000 ⁰С. В этом температурном интервале более 90 % атомов находятся в невозбужденном состоянии и окружающие их атомы и молекулы (т.е. остальные компоненты атомизированной пробы) не могут его изменить, и, следовательно, не могут повлиять на величину атомного поглощения. Этот факт, наряду с малым количеством линий поглощения, обуславливают высокую избирательность атомно–абсорбционного метода.

Для измерения величины атомного поглощения А необходимо соблюдение двух условий, сформулированных Уолшем:

λ _Еmax=λ _Amax, т.е. длина волны, соответствующая максимальному поглощению атомных паров λ _Amax, должна быть равна длине волны максимальной интенсивности излучения источника λ _Еmax.

δ _А≥2δ_Е, т.е. полуширина линии поглощения атомных паров δ _А должна быть по крайней мере в два раза больше полуширины линии испускания источника δ_Е.

Эти условия можно проиллюстрировать рис. 2.

Если первое условие не выполняется, атомная абсорбция вообще не происходит. Если не выполняется второе условие Уолша, то атомами поглощается лишь малая часть излучения источника (из-за того, что контур эмиссионной линии шире контура линии поглощения). Это приводит к резкому ухудшению чувствительности атомно–абсорбционного определения. Полуширина атомной линии поглощения составляет менее 0,01 нм. Следовательно, полуширина соответствующей полосы испускания должна быть меньше 0,005 нм.

Известные методы монохроматизации света (призма, дифракционная решетка, интерференционные фильтры) не обеспечивают такой узкополосности. Поэтому в атомно–абсорбционном анализе приходится использовать только так называемые «ленточные» источники, т.е. источники, излучающие узкие полосы спектра. К таким источникам относятся газоразрядные лампы–лампы с полым катодом, высокочастотные безэлектродные лампы. Это требование усложняет конструкцию атомно-абсорбционного спектрометра, и долгое время служило препятствием развития атомно-абсорбционного анализа. С другой стороны, исключительно тонкие линии атомного поглощения обеспечивают высокую избирательность метода – спектральные помехи (наложение линий различных элементов) в атомно-абсорбционном анализе практически неизвестны.