La spettroscopia di emissione atomica (AES) è una tecnica analitica utilizzata per determinare la composizione elementare di un campione analizzando la luce emessa dagli atomi eccitati. Nell’AES, gli atomi in un campione vengono eccitati a livelli di energia più elevati dall'energia termica proveniente da fonti ad alta temperatura, come plasma, archi o scintille. Quando questi atomi eccitati tornano a stati di energia più bassi, emettono luce a specifiche lunghezze d'onda, caratteristiche di ogni elemento. Lo spettro di emissione atomica risultante, che consiste in linee discrete in corrispondenza di queste lunghezze d'onda, consente di identificare e quantificare vari elementi all'interno del campione.

La strumentazione AES condivide somiglianze con gli spettrometri ad assorbimento atomico ma con adattamenti specifici per il rilevamento delle emissioni. Le fonti ad alta temperatura, in particolare il plasma ad accoppiamento induttivo (ICP), sono essenziali nell’AES poiché raggiungono energia sufficiente per eccitare gli atomi ai loro stati di emissione. Altre fonti di plasma includono il plasma indotto da microonde (MIP) e il plasma a corrente continua (DCP). La sorgente più ampiamente utilizzata, l’ICP, raggiunge temperature fino a 10.000 K, creando un ambiente stabile per eccitazione ed emissione coerenti. ICP-AES, noto anche come ICP-OES (spettrometria di emissione ottica), consente l'analisi multielemento posizionando più rilevatori in una matrice semicircolare attorno alla sorgente di emissione per acquisire letture simultanee su un range di lunghezze d'onda.

L’AES offre diversi vantaggi rispetto ai tradizionali metodi di assorbimento atomico, come le tecniche a fiamma ed elettrotermiche. Grazie alle sorgenti ad alta temperatura che dissociano le molecole complesse, l’AES è meno suscettibile alle interferenze chimiche, consentendo letture spettrali più pulite. La tecnica consente l'analisi multielemento simultanea, migliorando significativamente l'efficienza analitica. Inoltre, l’AES copre un intervallo di concentrazione più ampio, il che la rende adatta a diversi tipi di campioni.

Nonostante questi vantaggi, l’AES ha dei limiti. Gli spettri complessi prodotti da sorgenti ad alta temperatura aumentano la probabilità di interferenze spettrali, complicando l'analisi quantitativa. Per affrontare queste sfide, gli strumenti per l’AES richiedono sistemi ottici ad alta risoluzione, spesso più costosi di quelli utilizzati nella spettrometria di assorbimento atomico. Inoltre, mentre l’AES è potente per l'analisi multielemento, le tecniche di assorbimento atomico rimangono preziose per l'analisi di singoli elementi grazie alla loro semplicità, economicità e precisione.

L’AES è ampiamente utilizzata nel monitoraggio ambientale, nella scienza dei materiali e nei laboratori clinici per analizzare metalli, oligoelementi e altre sostanze inorganiche. La sua capacità di eseguire analisi multi-elemento rapide rende l’AES particolarmente utile per testare suolo, acqua e campioni biologici. L'elevata sensibilità e l'ampia gamma elementare degli strumenti AES consentono misurazioni accurate sia per concentrazioni in tracce che significative, rendendolo uno strumento versatile per l'analisi elementare in vari campi scientifici.

In AES, l'analisi quantitativa si basa sulla misurazione dell'intensità della luce emessa, che è proporzionale alla popolazione di atomi eccitati. Secondo la distribuzione di Boltzmann, questa popolazione di stati eccitati dipende dalla temperatura della sorgente di eccitazione, con temperature più elevate che producono maggiori emissioni. Le curve di calibrazione, spesso lineari su diversi ordini di grandezza, vengono create analizzando standard noti per correlare le intensità di emissione con le concentrazioni elementari. Le tecniche di standardizzazione sono fondamentali per controllare le variazioni nell'efficienza di eccitazione e altri fattori strumentali, consentendo una quantificazione accurata degli elementi in campioni diversi.