6.2.5 Atomic absorption spectroscopy
AAS is een krachtige analytische techniek voor de analyse van elementen aanwezig in complexe monsters zoals voedsel en biologische en milieumonsters door het meten van de straling geabsorbeerd door het doelelement.112 moderne AAS systemen zijn uitgerust met een stralingsbron, verstuiver, monochromator, detector systeem, en een computer. De schematische demonstratie van een atomaire absorptiespectrometer is weergegeven in Fig. 6.3.
figuur 6.3. De schematische demonstratie van een atomaire absorptiespectrometer.
In AAS-gebaseerde analyse komt de straling die de monochromator bereikt uit drie bronnen. Deze zijn een verzwakte bundel van de stralingsbron (d.w.z., holle kathodelamp), die een specifieke emissie is; emissie van de atomen van het monster met inbegrip van zowel doel-als niet-doelatomen, die worden opgewekt door de vlam (niet-specifieke emissie); en straling als gevolg van de verbranding van brandstof om de vlam te leveren. AAS-systemen zijn ontworpen en gefabriceerd om niet-specifieke emissies uit het bereiken van de detector te elimineren. Dit wordt bereikt door een monochromator tussen de verstuiver (d.w.z., vlam) en de detector te plaatsen. De monochromator in AAS-systemen verspreidt golflengten van licht die niet specifiek zijn voor het doelelement en isoleert een lijn die specifiek is. Daarom is de straling die de detector bereikt de som van de straling van de verzwakte stralingsbronstraal en straling uitgezonden door aangeslagen analyte atomen in de verstuiver. Aangezien de hoeveelheid straling die door atomen van doelelement in de vlam wordt geabsorbeerd cruciaal is, is het noodzakelijk om voor emissie van opgewekte analyteatomen in de vlam te corrigeren. Dit gebeurt met behulp van een bundelhakselaar loodrecht op het lichtpad tussen de stralingsbron en de verstuiver. AAS vereist het gebruik van stralingsbronnen die een smaller emissiespectrum hebben dan de absorptielijnbreedte van de te analyseren spoorelementen. Anders worden lage absorptiewaarden verkregen, wat de gevoeligheid vermindert. Stralingsbronnen die worden gebruikt in AAS zijn holle kathodelampen, elektrodeless ontladingslampen, continue lichtbronnen en damp ontladingslampen, die efficiënt worden gebruikt in AAS-systemen. Onder deze stralingsbronnen worden holle kathodelampen vaker gebruikt in AAS-systemen.
een holle kathodelamp bestaat uit een holle buis gevuld met een inert gas zoals Ne of Ar bij het drukbereik tussen 1 en 5 torr, een anode gemaakt van wolfraam en een kathode gemaakt van de metalen vorm van het te detecteren element.113 de schematische afbeelding van een holle kathode lamp is afgebeeld in Fig. 6.4. Wanneer spanning (d.w.z. 300 V) op de elektroden wordt toegepast, zendt de holle kathodelamp straling uit die kenmerkend is voor het metaal in de kathode. Als de kathode bijvoorbeeld uit Fe bestaat, wordt een Fe-spectrum uitgezonden. Aangezien de straling door de vlam gaat die het geatomiseerde Monster bevat, zullen alleen Fe-atomen deze straling absorberen omdat de uitgezonden golflengten van de holle kathodelamp specifiek zijn voor ijzeratomen. Dit betekent dat het nodig is om een andere lamp te gebruiken voor elk element te analyseren. Er is echter een beperkt aantal in de handel verkrijgbare meerdelementlampen die kathoden bevatten die uit meer dan één element zijn vervaardigd. Holle kathodelampen voor de analyse van ongeveer 60 elementen zijn in de handel verkrijgbaar.
figuur 6.4. De schematische weergave van een holle kathode lamp.
daarentegen worden elektrodeless gasontladingslampen gebruikt in zowel atomaire absorptie-als atomaire fluorescentiespectrometrie. Dit type lamp bevat geen elektroden maar een holle glazen vat gevuld met een inert gas zoals Ar.114 De ontlading wordt geproduceerd door een hoogfrequente generator spoel in plaats van een elektrische stroom. Elektrodeless ontladingslampen zijn handig voor de analyse van vluchtige elementen zoals Hg, As en Cd. Het belangrijkste nadeel van elektrodeless ontladingslampen is hun korte levensduur.
het tweede belangrijke deel van de AAS is de verstuiver waar het ion of de moleculen in de gasfase op het basisniveau worden geatomiseerd. De verstuivingsefficiëntie van de verstuiver heeft een cruciaal effect op de succesvolle analyse van AAS-gebaseerde analyses. De gevoeligheid van de analyse is recht evenredig met de mate van verstuiving van het te analyseren metaal. Verstuivers worden traditioneel verdeeld in twee groepen die vlamgebaseerde verstuivers en vlamloze verstuivers zijn.
bij vlamverstuivers wordt het monster met de analyt gemengd met het gasmengsel dat de vlam in vloeibare vorm vormt. In dit gasmengsel wordt de monstervloeistof in de nevel gedispergeerd. Het resulterende mengsel wordt geleverd aan de vlamkop en aan de vlam die de verbrandingszone is. Ten slotte wordt het verstuivingsproces in vlam uitgevoerd. In vlamverstuivers hangt de vlamtemperatuur af van het type brandbaar en brandbaar gas in het gasmengsel dat de vlam vormt. Lucht / acetyleen is het meest gebruikte gasmengsel. Hoewel er praktische toepassingen van vlamverstuivers zijn, heeft dit type verstuiver een aantal nadelen, zoals de analyse van een beperkt aantal elementen, niet geschikt voor het werken in het vacuüm UV-gebied, moeilijkheden bij de analyse van kleine hoeveelheden monsters en lage gevoeligheid. Het ontwerp en de ontwikkeling van vlamloze verstuivers heeft geleid tot de eliminatie van dergelijke problemen.
in atomaire absorptiespectrofotometers zijn de belangrijkste systemen die als verstuiver worden ontwikkeld de grafietovens die ook elektrothermische verstuivers worden genoemd.115 dit soort verstuivers vereisen een stroombron te verwarmen. Zeer kleine monstervolumes in het bereik tussen 5 en 50 µL zijn vereist en de gevoeligheid is veel hoger dan vlamgebaseerde verstuivers. Het belangrijkste nadeel van dit type verstuiver is hun hoge kosten.
AAS werd met succes toegepast voor de analyse van zware metalen in milieumonsters. Zo ontwikkelden Naseri en collega ‘ s een dispersieve vloeistof–vloeistof micro-extractietechniek voor de gevoelige analyse van Pb2+ – ionen in leidingwater, mineraalwater, putwater en zeewatermonsters. In hun onderzoek bedroegen de verrijkingsfactor en de detectiegrenswaarden respectievelijk 150 en 0,02 µg L−1.116
in een ander onderzoek van Shamsipur en Ramezani 117 werd de bepaling van de hoeveelheden Au-ionen van ultratrace in monsters van silicaaterts en leidingwater met succes uitgevoerd met behulp van een AAS-systeem met een grafietoven. Hiervoor werd een dispersieve vloeistof–vloeistof micro-extractiestap toegepast voorafgaand aan de AAS-analyse. De verkregen detectielimiet-en verrijkingsfactor-waarden waren respectievelijk 0,005 ng mL-1 EN 388.
in een interessante studie die werd gerapporteerd door Ebrahimzadeh en Behbahani118 werden Pb2+ – ionen in watermonsters met succes bepaald met behulp van het AAS-systeem. In hun studie werden de ionen geprinte polymeren voorbereid voor de preconcentratie van Pb2+ – ionen in water. De aantoonbaarheidsgrens was 0,75 µg L-1.
Leśniewska en collega ‘ s ontwierpen en bereidden ion-geprinte polymeren in de richting van Cr3+ – ionen in rivierwater, leidingwater en gemeentelijke rioolwatermonsters.119 de geprepareerde Ion-geprinte polymeren werden efficiënt gebruikt voor de preconcentratie van de target Cr3+ – ionen uit milieumonsters. De analyse van Cr3 + – ionen werd uitgevoerd met behulp van een elektrothermaal AAS-systeem. De bereikte detectiegrens was 0,018 ng mL-1.
in een andere belangrijke studie,120 Mohammadi et al. rapporteerde de toepassing van vlam AAS-systemen voor de gevoelige analyse van Ag+ – ionen in watermonsters. Voorafgaand aan de analyse van target Ag+–ionen door AAS, werd een dispersieve vloeistof-vloeistof micro-extractiestap toegepast. In hun onderzoek werden de detectiegrens en de verrijkingsfactor waarden vastgesteld op respectievelijk 1,2 ng mL−1 en 16 ng.
Rivas en collega ‘ s analyseerden met succes SB3+–Sb5+ en As3+–As5+ ionen in zeewater, leidingwater en flessenwatermonsters.121 preconcentratie van doelionen werd uitgevoerd door een dispersieve vloeistof–vloeistof micro-extractietechniek toe te passen voordat ze door AAS werden geanalyseerd. De bereikte detectiegrenswaarden voor As3+ en Sb3+ waren respectievelijk 0,01 en 0,05 µg mL-1. De verkregen verrijkingsfactor was 115.