14.1 : Spektroskopia atomowa: absorpcja, emisja i fluorescencja

Spektroskopia atomowa jest istotnym narzędziem w analizie pierwiastkowej, zarówno jakościowej, jak i ilościowej. Można ją ogólnie podzielić na spektroskopię optyczną, spektroskopię masową i metody spektroskopii rentgenowskiej. Optyczne metody spektroskopowe to spektroskopia absorpcji atomowej (AAS), spektroskopia emisji atomowej (AES) i spektroskopia fluorescencji atomowej (AFS). Pierwszym krokiem we wszystkich trzech metodach jest atomizacja, w której próbki stałe, ciekłe lub w fazie roztworu są przekształcane w atomy i jony w fazie gazowej.

W AAS próbki gazowe oddziałują z promieniowaniem elektromagnetycznym i absorbują fotony z dokładnymi energiami, które promują elektrony atomów stanu podstawowego do ich stanów wzbudzonych. Na przykład niesparowany elektron 3s atomu Na zostaje przeniesiony na orbital 3p, 4p lub 5p po absorpcji promieniowania o długości odpowiednio 285 nm, 330 nm lub 590 nm. Redukcja światła przepuszczanego o określonych długościach fal jest mierzona przez detektor i wizualizowana za pomocą widma absorbancji lub transmisji.

W AES atomy fazy gazowej w stanie podstawowym są elektronicznie pobudzane ciepłem lub energią wyładowania elektrycznego. Te krótkotrwałe, wysokoenergetyczne wzbudzone atomy fazy gazowej relaksują się z powrotem do stanu podstawowego, emitując fotony odpowiadające przerwie energetycznej. Intensywność emitowanego światła jest wykrywana i przekształcana na sygnał elektryczny, który daje odcisk palca próbki. Na przykład przejścia elektroniczne wzbudzonych atomów Na z orbitali 3p, 4p i 5p z powrotem na orbital 3s powodują emisje odpowiednio około 590 nm, 330 nm i 285 nm. Emitowane promieniowanie jest mierzone i przetwarzane na widmo.

W AFS atomy fazy gazowej w stanie podstawowym są napromieniowywane charakterystyczną długością fali i promowane do stanu wzbudzonego elektronicznie. Pod warunkiem, że nie nastąpi przejście bezpromieniste, atomy w stanie wzbudzonym relaksują się do stanu podstawowego poprzez fluorescencję przy dokładnej długości fali odpowiadającej energii, którą pochłonęły. Detektor zwykle znajduje się pod kątem prostym do wiązki źródłowej, gdzie powinny docierać tylko emisje fluorescencyjne.

W przeciwieństwie do widm molekularnych, widma atomowe mają ostre linie ze względu na brak różnych stanów energii obrotowej i wibracyjnej, które prowadzą do poszerzenia piku w widmach molekularnych.