Espectrometria de absorção atômica (AAS) como uma técnica de análise quantitativa baseada na absorção seletiva da radiação de luz de comprimento de onda específico da substância, sua base física-química principal pode ser desmontada em dois módulos principais do processo de atomização e do mecanismo de absorção de características, ambos juntos construíram a vantagem técnica de alta sensibilidade e alta seletividade deste método.
Processo de atomização: transformação de amostras em átomos radicais livres
A atomização é um passo fundamental para o AAS, cujo objetivo é separar os elementos a serem medidos da amostra em átomos em estado radical livre, fornecendo pontos de massa absorvente para a absorção subsequente das características. Dependendo do método de atomização, ele é dividido em duas categorias:
Atomização de chamas
A amostra é evaporada, secada e dissolvida por meio de chamas de alta temperatura (por exemplo, a temperatura da chama de ar-acetileno é de cerca de 2300 ° C e a temperatura da chama de óxido de nitrogênio-acetileno é de cerca de 2700 ° C) para gerar átomos de estado básico.
Características: fácil operação, baixo custo e rápida análise, adequado para a medição da maioria dos elementos metálicos.
Limitações: a temperatura da chama é limitada e é menos sensível a elementos difíceis de fundir (como tungstênio, molibdênio) e elementos fáceis de formar óxidos voláteis difíceis (como cromo, alumínio).
Atomização não de chama (por exemplo, atomização de forno de grafite)
O uso de tubos de grafite para gerar alta temperatura sob alta tensão e grande corrente (até 3000 ° C), permitindo que a amostra passe por secagem, cinza, atomização e purificação em quatro fases, gerando átomos de estado básico.
Características: alta sensibilidade (3-4 graus de quantidade mais elevados do que o método de chama), pode analisar amostras sólidas e líquidas diretamente, aplicável à medição de elementos em traços (como chumbo, cádmio).
Limitações: Precisão ligeiramente inferior ao método de chama e vulnerável à interferência do substrato.
Fatores que influenciam a eficiência da atomização:
Temperatura: Temperaturas insuficientes podem causar atomização incompleta e temperaturas excessivas podem desencadear interferências de ionização.
Matrizos de amostra: Matrizos complexos podem afetar a eficiência da atomização por meio de interferências químicas (como a geração de compostos voláteis difíceis) ou interferências físicas (como a alteração da viscosidade da amostra).
Método de amostragem: o volume excessivo de amostragem pode ter efeitos de resfriamento sobre a chama ou aumentar a dificuldade de eliminação do forno de grafite.
Mecanismo de absorção característico: absorção seletiva de radiação de ressonância por átomos de estado básico
A absorção característica é a base quantitativa do AAS, cujos mecanismos principais são os seguintes:
Fenômeno de absorção de ressonância
Quando a frequência da radiação entrante é igual à energia necessária para que os elétrons do átomo saltem do estado base para o primeiro estado excitado, os átomos do estado base absorvem energia e saltam para o estado excitado, formando um espectro de absorção característico.
Características: A estrutura atômica de cada elemento é única e suas linhas de absorção de ressonância (por exemplo, 589,0 nm de sódio, 285,2 nm de magnésio) podem servir como base para a qualificação dos elementos.
Seletividade: os átomos são altamente seletivos na absorção de radiação, absorvendo apenas a radiação que corresponde à sua própria diferença energética, evitando assim interferências de fundo.
A relação quantitativa da Lei de Lambert-Biel é que a absorção (A) é proporcional à concentração (C) do elemento a medir na amostra, ou seja, A = K·C, onde K é constante e contém o efeito de todas as condições experimentais.
Aplicação: Medindo a absorção de soluções padrão e desconhecidas, desenhando curvas padrão, a concentração de elementos a medir no líquido desconhecido pode ser obtida.
Pré-requisito: as condições experimentais (por exemplo, temperatura, eficiência de atomização, comprimento do caminho óptico) devem ser consistentes para garantir
K
A constantez.
Ampliação espectral e força de absorção
A linha de absorção atômica não é uma linha estritamente geométrica, mas ocupa uma certa faixa de frequência (metade de largura de cerca de 10−3 a 10−2 nm), principalmente afetada pelos seguintes fatores:
Ampliação Doppler: causada pelo movimento térmico atômico, quanto maior a temperatura, maior a largura.
Ampliação de colisão: colisões interatómicas reduzem a vida média dos átomos em estado excitado, causando uma largura da linha espectral (dividida em largura de Kruzmark e largura de Lorentz).
Ampliação do campo, efeito de auto-absorção: Em campos elétricos fortes ou amostras de alta concentração, a linha espectral pode se alargar ainda mais.
Impacto: o alargamento da linha espectral reduz a intensidade de absorção, mas o efeito de alargamento pode ser minimizado e a sensibilidade da medição melhorada selecionando fontes de luz de linha aguda (como lâmpadas catódicas) e otimizando as condições experimentais (como o controle da temperatura de atomização, pressão).
Implementação tecnológica: sistemas instrumentais e supressão de interferências
A base física-química do AAS é realizada por meio de sistemas de instrumentos de precisão, complementados por técnicas de inibição de interferência:
Composição do sistema de instrumentos
Fonte de luz: Emissão de radiação de ressonância característica dos elementos a serem medidos (como lâmpadas catódicas) exige uma grande intensidade de radiação, baixo fundo e alta estabilidade.
Atomizador: Atomização de amostras (fogo ou forno de grafite).
Sistema de espectroscopia: separa as linhas espectrais das características das linhas espectrais de interferência (por exemplo, rastres ou prismas).
Sistema de detecção: converte sinais ópticos em sinais elétricos (por exemplo, tubos fotoelétricos ou detectores CCD).
Tecnologia de supressão de interferências
Interferenças físicas: eliminadas através da formulação de soluções padrão com composições semelhantes ou usando métodos padrão de adição.
Interferência química: adição de liberadores (por exemplo, liberação de cálcio por fosfato), protetores (por exemplo, ferro protetor EDTA) ou melhoradores de matriz (por exemplo, nitrato de litânio para melhorar a determinação do alumínio).
Interferença de ionização: a adição de deionizantes (como compostos de elementos de metais alcalinos) inibe a ionização dos átomos a serem medidos.
Interferência espectral: inibido através da redução da largura das fendas, a escolha de linhas não-ressonantes ou a utilização de técnicas de correção de fundo do efeito Seemann.