14.16 : Fotometria płomieniowa: Przegląd

Fotometria płomieniowa, znana również jako spektrometria emisyjna płomienia, to technika stosowana do jakościowej i ilościowej analizy pierwiastków obecnych w próbce, wykorzystująca płomień jako źródło energii wzbudzenia. Koncepcja fotometrii płomieniowej została zrealizowana na początku lat 60. XIX wieku przez Kirchhoffa i Bunsena, którzy odkryli, że określone pierwiastki emitują charakterystyczne promieniowanie, gdy są pobudzane w płomieniach. Pierwszy przyrząd opracowany w tym celu został użyty do pomiaru sodu (Na) w popiele roślinnym przy użyciu płomienia Bunsena. Jednak wyzwaniem było znalezienie najskuteczniejszego sposobu wprowadzenia próbki do płomienia. Dopiero w 1929 roku, kiedy Lundegardh wprowadził nebulizator, dokonano znaczącego przełomu, umożliwiającego powtarzalne wprowadzenie próbki do płomienia.

W spektrometrii emisyjnej płomienia nebulizator przekształca próbkę cieczy w drobną mgiełkę lub aerozol. Osiąga się to poprzez przepuszczenie strumienia gazu pod wysokim ciśnieniem nad końcem rurki kapilarnej zawierającej próbkę i zasysanie jej do komory rozpyłowej. Aerozol wytworzony następnie trafia do palnika, gdzie ciepło płomienia usuwa rozpuszczalnik, tworząc suche cząstki, które ulegają lotnieniu i wytwarzają wolne atomy do analizy.

Wczesne instrumenty wykorzystywały kwarcowe spektrografy pryzmatyczne i rejestrację fotograficzną do rozpraszania i wychwytywania linii emisyjnych atomów. Jednak postępy w zakresie filtrów optycznych i elektrycznych fotodetektorów zastąpiły te komponenty, poprawiając precyzję i wygodę.

Fotometria płomieniowa polega na wprowadzeniu roztworu próbki do nebulizatora, który zamienia go w drobną mgiełkę lub aerozol. Rozpylona próbka wchodzi następnie do płomienia wraz z powietrzem lub tlenem i gazem paliwowym, takim jak propan lub acetylen. Płomień zapewnia wzbudzenie termiczne niezbędne do pobudzenia atomów w próbce. Gdy te wzbudzone atomy się rozluźniają, ich emitowane promieniowanie jest wykrywane przez fotokomórkę lub fotopowielacz.

Fotometria płomieniowa jest szczególnie skuteczna w pomiarze pierwiastków sodu, potasu, litu i wapnia. Płomień używany w fotometrii płomieniowej to zazwyczaj płomień propan-powietrze o zakresie temperatur 1900-2000 °C, chociaż można również stosować alternatywne płomienie, takie jak butan-powietrze lub gaz ziemny-powietrze. Fotometria płomieniowa ma pewne ograniczenia, które można pokonać, stosując wyższe temperatury i bardziej redukujące płomienie, takie jak powietrze-acetylen, wraz z detekcją spektrometryczną o wyższej rozdzielczości. Jednak te podejścia nie są konkurencyjne cenowo w porównaniu z szerzej stosowaną techniką absorpcyjnej spektrometrii atomowej płomieniowej lub AAS.