6.2.5 Atomic absorption spectroscopy
AAS jest potężną techniką analityczną do analizy pierwiastków obecnych w złożonych próbkach, takich jak żywność oraz próbki biologiczne i środowiskowe poprzez pomiar promieniowania pochłoniętego przez element docelowy.112 nowoczesnych systemów AAS wyposażonych jest w źródło promieniowania, atomizer, monochromator, system detekcyjny i komputer. Schematyczny pokaz spektrometru absorpcji atomowej przedstawiono na Fig. 6.3.
rysunek 6.3. Schematyczny pokaz atomowego spektrometru absorpcyjnego.
w analizie opartej na AAS promieniowanie docierające do monochromatora pochodzi z trzech źródeł. Jest to wiązka atenuowana ze źródła promieniowania (tj. lampa z pustą katodą), która jest emisją indywidualną; emisja z atomów próbki, w tym zarówno atomów docelowych, jak i nietrwałych, które są wzbudzane przez płomień(emisja niespecyficzna); i promieniowania wynikającego ze spalania paliwa w celu zapewnienia płomienia. Systemy AAS są projektowane i wytwarzane w celu wyeliminowania niespecyficznych emisji pochodzących z detektora. Osiąga się to poprzez umieszczenie monochromatora między rozpylaczem (tj. płomieniem) a detektorem. Monochromator w systemach AAS rozprasza długości fal światła, które nie są specyficzne dla elementu docelowego i izoluje linię, która jest specyficzna. Dlatego promieniowanie docierające do detektora jest sumą promieniowania z atenuowanej wiązki źródła promieniowania i promieniowania emitowanego przez wzbudzone Atomy analitu w rozpylaczu. Ponieważ ilość promieniowania pochłoniętego przez atomy elementu docelowego w płomieniu jest kluczowa, konieczne jest skorygowanie emisji z wzbudzonych atomów analitu w płomieniu. Odbywa się to za pomocą rozdrabniacza wiązki prostopadłego do ścieżki światła między źródłem promieniowania a rozpylaczem. AAS wymaga stosowania źródeł promieniowania, które mają węższe widmo emisyjne niż szerokość linii absorpcji analizowanych pierwiastków śladowych. W przeciwnym razie uzyskuje się niskie wartości absorbancji, co zmniejsza czułość. Źródła promieniowania stosowane w AAS to lampy z pustą katodą, bezelektrodowe lampy wyładowcze, ciągłe Źródła światła i lampy wyładowcze z parą wodną, które są skutecznie stosowane w systemach AAS. Wśród tych źródeł promieniowania, lampy z pustą katodą są częściej stosowane w systemach AAS.
lampa z pustą katodą składa się z pustej rury wypełnionej gazem obojętnym, takim jak Ne lub Ar, w zakresie ciśnienia od 1 do 5 torr, anody wykonanej z wolframu i katody wykonanej z metalowej formy wykrywanego elementu.113 schematyczne przedstawienie lampy z pustą katodą przedstawiono na Fig. 6.4. Gdy napięcie (tj. 300 V) jest przyłożone do elektrod, lampa z pustą katodą emituje promieniowanie, które jest charakterystyczne dla metalu w katodzie. Na przykład, jeśli katoda jest wykonana z Fe, zostanie wyemitowane widmo Fe. Ponieważ promieniowanie przechodzi przez płomień zawierający rozpyloną próbkę, tylko atomy Fe będą absorbować to promieniowanie, ponieważ emitowane długości fal z pustej lampy katodowej są specyficzne dla atomów żelaza. Oznacza to, że konieczne jest użycie innej lampy dla każdego analizowanego elementu. Istnieje jednak ograniczona liczba dostępnych na rynku lamp wieloelementowych, które zawierają katody wykonane z więcej niż jednego elementu. W handlu dostępne są lampy z pustą katodą do analizy około 60 elementów.
rysunek 6.4. Schematyczne przedstawienie lampy z pustą katodą.
z drugiej strony, bezelektrodowe lampy wyładowcze są stosowane zarówno w absorpcji atomowej, jak i spektrometrii fluorescencji atomowej. Ten typ lampy nie zawiera elektrod, ale puste szklane naczynie wypełnione gazem obojętnym, takim jak Ar.114 wyładowanie jest wytwarzane przez cewkę generatora wysokiej częstotliwości, a nie prąd elektryczny. Bezelektrodowe lampy wyładowcze są wygodne do analizy elementów lotnych, takich jak Hg, As i Cd. Główną wadą bezelektrodowych lamp wyładowczych jest ich krótka żywotność.
drugą ważną częścią AAS jest rozpylacz, w którym jony lub cząsteczki w fazie gazowej są rozpylane na poziomie podstawowym. Wydajność rozpylania rozpylacza ma decydujący wpływ na pomyślną analizę analiz opartych na AAS. Czułość analizy jest wprost proporcjonalna do stopnia rozpylenia analizowanego metalu. Rozpylacze są tradycyjnie podzielone na dwie grupy, które są rozpylacze na bazie płomienia i rozpylacze bezpłomieniowe.
w przypadku rozpylaczy na bazie płomienia próbka zawierająca analit miesza się z mieszaniną gazu tworzącą płomień w postaci ciekłej. W tej mieszaninie gazowej próbka cieczy jest rozpraszana we mgle. Otrzymana mieszanina jest dostarczana do głowicy płomienia i do płomienia, który jest strefą spalania. Wreszcie proces rozpylania odbywa się w płomieniu. W rozpylaczach płomienia temperatura płomienia zależy od rodzaju łatwopalnego i palnego gazu w mieszaninie gazów tworzących płomień. Powietrze / acetylen jest najczęściej stosowaną mieszaniną gazów. Chociaż istnieją praktyczne zastosowania rozpylaczy płomieniowych, ten rodzaj rozpylacza ma pewne wady, takie jak analiza ograniczonej liczby elementów, nie nadaje się do pracy w próżniowym obszarze UV, trudności w analizie małych ilości próbek i niska czułość. Projektowanie i rozwój bezpłomieniowych rozpylaczy doprowadziło do wyeliminowania takich problemów.
w spektrofotometrach absorpcji atomowej najważniejszymi systemami opracowanymi jako rozpylacze są piece grafitowe, które są również nazywane rozpylaczami elektrotermicznymi.115 tego typu rozpylacze wymagają podgrzewania źródła zasilania. Wymagane są bardzo małe objętości próbek w zakresie od 5 do 50 µL, a czułość jest znacznie wyższa niż rozpylacze na bazie płomienia. Główną wadą tego typu rozpylaczy jest ich wysoki koszt.
AAS został z powodzeniem zastosowany do analizy zanieczyszczeń metali ciężkich w próbkach środowiskowych. Na przykład Naseri i współpracownicy opracowali technikę dyspersyjnej mikroekstrakcji ciecz-ciecz do wrażliwej analizy jonów Pb2+ w próbkach wody z kranu, wody mineralnej, wody ze studni i wody morskiej. W ich badaniu uzyskano współczynnik wzbogacenia i wartości graniczne wykrywalności odpowiednio 150 i 0,02 µg L−1.116
w innym badaniu przeprowadzonym przez Shamsipur i Ramezaniego,117 oznaczanie ultratrace ilości jonów Au w próbkach rud krzemianowych i próbkach wody wodociągowej zostało z powodzeniem przeprowadzone przy użyciu systemu AAS z piecem Grafitowym. W tym celu przed analizą AAS zastosowano etap dyspersyjnej mikroekstrakcji ciecz–ciecz. Uzyskane wartości graniczne wykrywalności i współczynnika wzbogacania wynosiły odpowiednio 0,005 ng mL−1 i 388.
w ciekawym badaniu opisanym przez Ebrahimzadeh i Behbahani118 jonów Pb2+ w próbkach wody z powodzeniem oznaczono za pomocą systemu AAS. W ich badaniach przygotowano polimery z nadrukiem jonowym do wstępnego zagęszczania jonów Pb2+ w wodzie. Granica wykrywalności wynosiła 0,75 µg L-1.
Leśniewska i współpracownicy zaprojektowali i przygotowali polimery z nadrukiem jonowym w kierunku jonów Cr3+ w próbkach wody rzecznej, wody wodociągowej i ścieków komunalnych.119 przygotowane polimery z nadrukiem jonowym zostały skutecznie wykorzystane do wstępnego zagęszczenia docelowych jonów Cr3+ z próbek środowiskowych. Analizę jonów Cr3+ przeprowadzono za pomocą elektrotermicznego systemu AAS. Granica wykrywalności wynosiła 0,018 ng mL−1.
W Innym ważnym badaniu, 120 Mohammadi et al. odnotowano zastosowanie systemów płomienia AAS do wrażliwej analizy jonów Ag+ w próbkach wody. Przed analizą docelowych jonów Ag+ przez AAS zastosowano etap dyspersyjnej mikroekstrakcji ciecz-ciecz. W ich badaniach granicę wartości współczynnika detekcji i wzbogacenia uzyskano odpowiednio jako 1,2 ng mL−1 i 16.
Rivas i współpracownicy z powodzeniem przeanalizowali jony Sb3+–SB5+ i As3+–As5+ w próbkach wody morskiej, wody z kranu i wody butelkowanej.121 wstępną koncentrację jonów docelowych przeprowadzono stosując technikę dyspersyjnej mikroekstrakcji ciecz-ciecz przed ich analizą za pomocą AAS. Granica wartości wykrywalności dla As3+ i SB3+ wynosiła odpowiednio 0,01 i 0,05 µg mL−1. Uzyskany współczynnik wzbogacenia wynosił 115.