14.1 : Espectroscopia Atômica: Absorção, Emissão e Fluorescência

A espectroscopia atômica é uma ferramenta vital na análise elementar, tanto qualitativa quanto quantitativamente. Ela pode ser amplamente dividida em métodos de espectroscopia óptica, espectroscopia de massa e espectroscopia de raios X. Os métodos espectroscópicos ópticos são espectroscopia de absorção atômica (AAS), espectroscopia de emissão atômica (AES) e espectroscopia de fluorescência atômica (AFS). A primeira etapa em todos os três métodos é a atomização, onde as amostras sólidas, líquidas ou em fase de solução são convertidas em átomos e íons em fase gasosa.

Na AAS, as amostras gasosas interagem com a radiação eletromagnética e absorvem fótons com as energias exatas que promovem os elétrons de átomos do estado fundamental para seus estados excitados. Por exemplo, o elétron 3s desemparelhado do átomo de Na é promovido para o orbital 3p, 4p ou 5p na absorção de radiação de 285 nm, 330 nm ou 590 nm, respectivamente. A redução na luz transmitida de certos comprimentos de onda é medida pelo detector e visualizada com um espectro de absorbância ou transmitância.

Na AES, os átomos da fase gasosa no estado fundamental são excitados eletronicamente com calor ou energia de descarga elétrica. Esses átomos em fase gasosa, de alta energia e curta duração, relaxam de volta ao estado fundamental, emitindo fótons correspondentes à diferença de energia. A intensidade da luz emitida é detectada e convertida em um sinal elétrico que fornece uma impressão digital da amostra. Por exemplo, transições eletrônicas de átomos de Na excitados dos orbitais 3p, 4p e 5p de volta para o orbital 3s resultam em emissões em torno de 590 nm, 330 nm e 285 nm, respectivamente. A radiação emitida é medida e processada em um espectro.

Na AFS, os átomos da fase gasosa do estado fundamental são irradiados por um comprimento de onda característico e promovidos ao estado eletronicamente excitado. Desde que a transição sem radiação não ocorra, os átomos do estado excitado relaxam para o estado fundamental por fluorescência no comprimento de onda exato correspondente à energia que absorveram. O detector geralmente está em um ângulo reto em relação ao feixe de origem, onde apenas as emissões de fluorescência devem alcançá-lo.

Ao contrário dos espectros moleculares, os espectros atômicos têm linhas nítidas devido à ausência de vários estados de energia rotacional e vibracional que levam ao alargamento do pico em espectros moleculares.