14.1 : التحليل الطيفي الذري: الامتصاص والانبعاث والفلورسنت

يعتبر التحليل الطيفي الذري أداة حيوية تستخدم في تحليل العناصر، سواء من الناحية النوعية أو الكمية. ويمكن تقسيمه على نطاق واسع إلى طرق التحليل الطيفي البصري، والتحليل الطيفي الكتلي، والتحليل الطيفي بالأشعة السينية. تشمل الطرق الطيفية البصرية التحليل الطيفي للامتصاص الذري (AAS)، والتحليل الطيفي للانبعاث الذري (AES)، والتحليل الطيفي للفلورية الذرية (AFS). تبدأ جميع هذه الطرق بعملية التذرية، حيث يتم تحويل العينات الصلبة أو السائلة أو المحاليل إلى ذرات وأيونات في الطور الغازي.

في التحليل الطيفي للامتصاص الذري، تتفاعل العينات الغازية مع الإشعاع الكهرومغناطيسي وتمتص الفوتونات ذات الطاقات المحددة التي تدفع إلكترونات الذرات من الحالة الأرضية إلى حالاتها المثارة. على سبيل المثال، يتم ترقية الإلكترون غير المقترن 3s لذرة الصوديوم إلى المدار 3p أو 4p أو 5p عند امتصاص إشعاع يبلغ طوله 285 نانومتر أو 330 نانومتر أو 590 نانومتر على التوالي. يتم قياس الانخفاض في شدة الضوء المار عند أطوال موجية معينة بواسطة الكاشف ويتم عرض النتائج على شكل طيف الامتصاص أو النفاذية.

في التحليل الطيفي للانبعاث الذري AES، يتم إثارة الذرات الغازية في الحالة الأرضية إلكترونيًا باستخدام طاقة حرارية أو طاقة التفريغ الكهربائي. تعود هذه الذرات المثارة قصيرة العمر وعالية الطاقة إلى الحالة الأرضية مرة أخرى، وتنبعث منها فوتونات تتوافق مع فجوة الطاقة بين الحالتين. يتم الكشف عن شدة الضوء المنبعث وتحويلها إلى إشارة كهربائية توفر بصمة مميزة للعينة. على سبيل المثال، تؤدي التحولات الإلكترونية لذرات الصوديوم المثارة من المدارات 3p و4p و5p إلى المدار 3s إلى انبعاثات بطول موجي يبلغ حوالي 590 نانومتر و330 نانومتر و285 نانومتر على التوالي. يتم قياس الإشعاع المنبعث ومعالجته لإنتاج طيف.

في التحليل الطيفي للفلورية الذرية AFS، يتم تشعيع الذرات الغازية في الحالة الأرضية بطول موجي مميز وترقيتها إلى الحالة المثارة إلكترونيًا. بشرط عدم حدوث انتقال بدون إشعاع، تسترخي ذرات الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية عن طريق إطلاق فلورية بنفس طول الموجة الذي امتصته. يتم وضع الكاشف عادةً بزاوية قائمة بالنسبة لشعاع المصدر بحيث تصل إليه فقط الانبعاثات الفلورية.

على عكس الأطياف الجزيئية، تتميز الأطياف الذرية بخطوط حادة نظرًا لغياب حالات الطاقة الدورانية والاهتزازية المختلفة التي تؤدي إلى اتساع القمم في الأطياف الجزيئية.