14.9 : ספקטרוסקופיית פליטה אטומית: מבוא

ספקטרוסקופיית פליטה אטומית (AES) היא טכניקה אנליטית המשמשת לקביעת הרכב היסודות בדגימה על ידי ניתוח האור הנפלט מאטומים מעוררים. ב-AES, אטומים בדגימה מעוררים לרמות אנרגיה גבוהות יותר באמצעות אנרגיה תרמית ממקורות בטמפרטורה גבוהה, כמו פלזמה, קשתות או ניצוצות. כאשר האטומים המעוררים חוזרים למצבי אנרגיה נמוכים יותר, הם פולטים אור באורכי גל ספציפיים המאפיינים כל יסוד. הספקטרום המתקבל, המורכב מקווים דיסקרטיים התואמים לאורכי הגל הללו, מאפשר זיהוי וכימות של מגוון יסודות בדגימה.

המכשור של AES דומה לספקטרוסקופיית ספיגת אטומים, אך כולל התאמות ספציפיות לזיהוי פליטה. מקורות בטמפרטורה גבוהה, במיוחד פלזמה מצומדת אינדוקטיבית (ICP), הם חיוניים ב-AES משום שהם משיגים אנרגיה מספקת לעירור האטומים למצב פליטה. מקורות פלזמה נוספים כוללים פלזמה הנוצרת על ידי מיקרוגל (MIP) ופלזמה בזרם ישר (DCP). המקור הנפוץ ביותר, ICP, מגיע לטמפרטורות של עד 10,000 קלווין ומספק סביבה יציבה לעירור ופליטה עקביים. ICP-AES, המכונה גם ICP-OES (ספקטרומטריית פליטה אופטית), מאפשרת ניתוח רב-יסודותי על ידי מיקום גלאים מרובים במערך חצי-מעגלי סביב מקור הפליטה לצורך קליטת קריאות סימולטניות בטווח רחב של אורכי גל.

AES מציעה מספר יתרונות על פני שיטות ספיגת אטומים מסורתיות, כמו שיטות להבה ואלקטר-תרמיות. בזכות מקורות הטמפרטורה הגבוהה שמפרקים מולקולות מורכבות, AES פחות רגישה להפרעות כימיות, ומאפשרת קריאות ספקטרליות נקיות יותר. הטכניקה מאפשרת ניתוח רב-יסודותי סימולטני, מה שמשפר באופן משמעותי את היעילות האנליטית. בנוסף, AES מכסה טווח ריכוזים רחב, מה שהופך אותה מתאימה לסוגי דגימות מגוונים.

עם זאת, ל-AES יש גם מגבלות. הספקטרום המורכב הנוצר ממקורות בטמפרטורה גבוהה מגביר את הסבירות להפרעות ספקטרליות, מה שמקשה על ניתוח כמותי. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, מכשירי AES דורשים מערכות אופטיות ברזולוציה גבוהה, שלרוב יקרות יותר מאלה המשמשות בספקטרוסקופיית ספיגת אטומים. בנוסף, בעוד AES הוא כלי חזק לניתוח רב-יסודותי, שיטות ספיגת אטומים נותרות בעלות ערך לניתוח יסוד יחיד בשל פשטותן, עלותן היעילה ודיוקן.

AES נמצאת בשימוש נרחב בניטור סביבתי, במדעי החומרים ובמעבדות קליניות לניתוח מתכות, יסודות עקבות וחומרים אנאורגניים אחרים. יכולתה לבצע ניתוח רב-יסודותי מהיר הופכת את AES לשימושית במיוחד בבדיקות קרקע, מים ודגימות ביולוגיות. הרגישות הגבוהה והטווח הרחב של היסודות במכשירי AES מאפשרים מדידות מדויקות בריכוזי עקבות וריכוזים משמעותיים, מה שהופך אותה לכלי רב-תכליתי לניתוח יסודות בתחומים מדעיים מגוונים.

ב-AES, ניתוח כמותי מבוסס על מדידת עוצמת האור הנפלט, שהיא פרופורציונלית לאוכלוסיית האטומים המעוררים. לפי התפלגות בולצמן, אוכלוסיית המצב המעורר תלויה בטמפרטורת מקור העירור, כאשר טמפרטורות גבוהות יותר מביאות לפליטות מוגברות. עקומות כיול, שלעיתים קרובות ליניאריות על פני כמה סדרי גודל, נוצרות על ידי ניתוח תקנים ידועים לקישור בין עוצמות הפליטה לריכוזי היסודות. טכניקות סטנדרטיזציה חיוניות לשליטה בשינויים ביעילות העירור ובגורמים מכשיריים אחרים, ומאפשרות כימות מדויק של יסודות בדגימות מגוונות.