6.2.5 spectroscopia de absorbție atomică
AAS este o tehnică analitică puternică pentru analiza elementelor prezente în probe complexe, cum ar fi probele alimentare și biologice și de mediu, prin măsurarea radiației absorbite de elementul țintă.112 sistemele moderne AAS sunt echipate cu o sursă de radiații, atomizor, monocromator, sistem de detectare și un computer. Demonstrația schematică a unui spectrometru de absorbție atomică este prezentată în Fig. 6.3.
figura 6.3. Demonstrația schematică a unui spectrometru de absorbție atomică.
în analiza bazată pe AAS, radiația care ajunge la monocromator provine din trei surse. Acestea sunt un fascicul atenuat de la sursa de radiație( adică lampa cu catod gol), care este o emisie specifică; emisia de la atomii probei incluzând atât atomii țintă, cât și atomii nontarget, care sunt excitați de flacără (emisie nespecifică); și radiația rezultată din arderea combustibilului pentru a furniza flacăra. Sistemele AAS sunt proiectate și fabricate pentru a elimina emisiile nespecifice de la atingerea detectorului. Acest lucru se realizează prin poziționarea unui monocromator între atomizor (adică flacără) și detector. Monocromatorul din sistemele AAS dispersează lungimi de undă de lumină care nu sunt specifice elementului țintă și izolează o linie specifică. Prin urmare, radiația care ajunge la detector este suma radiației din fasciculul sursei de radiație atenuată și radiația emisă de atomii de analit excitați din atomizor. Deoarece cantitatea de radiație absorbită de atomii elementului țintă din flacără este crucială, este necesar să se corecteze emisia de la atomii de analit excitați din flacără. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui tocător de fascicul perpendicular pe calea luminii dintre sursa de radiație și atomizor. AAS necesită utilizarea surselor de radiații care au un spectru de emisie mai restrâns decât lățimea liniei de absorbție a oligoelementelor care trebuie analizate. În caz contrar, se obțin valori scăzute de absorbție, ceea ce reduce sensibilitatea. Sursele de radiații utilizate în AAS sunt lămpi cu catod gol, lămpi cu descărcare fără electrod, surse de lumină continuă și lămpi cu descărcare de vapori, care sunt utilizate eficient în sistemele AAS. Printre aceste surse de radiații, lămpile cu catod gol sunt mai frecvent utilizate în sistemele AAS.
o lampă cu catod gol constă dintr-un tub gol umplut cu un gaz inert, cum ar fi Ne sau Ar, la intervalul de presiune cuprins între 1 și 5 torr, un anod fabricat din tungsten și un catod format din forma metalică a elementului care urmează să fie detectat.113 Reprezentarea schematică a unei lămpi cu catod gol este prezentată în Fig. 6.4. Când tensiunea (adică 300 V) este aplicată electrozilor, lampa cu catod gol emite radiații caracteristice metalului din catod. De exemplu, dacă catodul este format din Fe, va fi emis un spectru Fe. Deoarece radiația trece prin flacăra care conține proba atomizată, numai atomii Fe vor absorbi această radiație, deoarece lungimile de undă emise de lampa catodică goală sunt specifice atomilor de fier. Aceasta înseamnă că este necesară utilizarea unei lămpi diferite pentru fiecare element care urmează să fie analizat. Cu toate acestea, există un număr limitat de lămpi multielement disponibile în comerț care conțin catozi din mai multe elemente. Lămpile catodice goale pentru analiza a aproximativ 60 de elemente sunt disponibile în comerț.
figura 6.4. Reprezentarea schematică a unei lămpi cu catod gol.
pe de altă parte, lămpile cu descărcare fără electrod sunt utilizate atât în spectrometria de absorbție atomică, cât și în spectrometria de fluorescență atomică. Acest tip de lampă nu conține electrozi, ci un vas de sticlă gol umplut cu un gaz inert, cum ar fi Ar.114 descărcarea este produsă mai degrabă de o bobină de generator de înaltă frecvență decât de un curent electric. Lămpile cu descărcare fără electrod sunt convenabile pentru analiza elementelor volatile precum Hg, As și Cd. Principalul dezavantaj al lămpilor cu descărcare fără electrod este durata lor scurtă de viață.
a doua parte importantă a AAS este atomizorul în care ionul sau moleculele din faza gazoasă sunt atomizate la nivelul de bază. Eficiența de atomizare a atomizorului are un efect crucial asupra analizei de succes a analizelor bazate pe AAS. Sensibilitatea analizei este direct proporțională cu gradul de atomizare a metalului de analizat. Atomizoarele sunt în mod tradițional împărțite în două grupuri, care sunt atomizoare pe bază de flacără și atomizoare fără flacără.
în cazul atomizoarelor pe bază de flacără, proba care conține analitul este amestecată cu amestecul de gaz care formează flacăra în formă lichidă. În acest amestec de gaze, lichidul de probă este dispersat în ceață. Amestecul rezultat este livrat la capul flăcării și la flacăra care este zona de ardere. În cele din urmă, procesul de atomizare se desfășoară în flacără. În atomizoarele de flacără, temperatura flăcării depinde de tipul de gaz inflamabil și combustibil din amestecul de gaze care formează flacăra. Aerul / acetilena este cel mai frecvent utilizat amestec de gaze. Deși există aplicații practice ale atomizoarelor cu flacără, acest tip de atomizor prezintă unele dezavantaje, cum ar fi analiza unui număr limitat de elemente, care nu sunt potrivite pentru lucrul în regiunea UV în vid, dificultăți în analiza cantităților mici de probe și sensibilitate scăzută. Proiectarea și dezvoltarea atomizoarelor fără flacără au dus la eliminarea unor astfel de probleme.
în spectrofotometrele de absorbție atomică cele mai importante sisteme dezvoltate ca atomizoare sunt cuptoarele de grafit numite și atomizoare electrotermice.115 aceste tipuri de atomizoare necesită încălzirea unei surse de alimentare. Sunt necesare volume foarte mici de eșantioane cuprinse între 5 și 50 unqtl, iar sensibilitatea este mult mai mare decât atomizoarele pe bază de flacără. Principalul dezavantaj al acestui tip de atomizor este costul ridicat al acestora.
AAS a fost aplicat cu succes pentru analiza poluanților metalelor grele în probele de mediu. De exemplu, Naseri și colegii săi au dezvoltat o tehnică de microextracție lichid–lichid dispersiv pentru analiza sensibilă a ionilor Pb2+ din apa de la robinet, apa minerală, apa de puț și probele de apă de mare. În studiul lor, factorul de îmbogățire și valorile limită de detecție obținute au fost de 150 și, respectiv, 0,02 hectolitri L−1.116
într-un alt studiu realizat de Shamsipur și Ramezani,117 determinarea cantităților ultratrace de ioni de UA în probele de minereu de silicat și probele de apă de la robinet a fost realizată cu succes prin utilizarea unui sistem AAS cu un cuptor de grafit. În acest scop, a fost aplicată o etapă de microextracție lichid–lichid dispersiv înainte de analiza AAS. Valorile limită de detecție și ale factorului de îmbogățire obținute au fost de 0,005 ng mL-1 și, respectiv, 388.
într-un studiu interesant raportat de Ebrahimzadeh și behbahani118 Pb2+ ionii din probele de apă au fost determinați cu succes prin utilizarea sistemului AAS. În studiul lor s-au pregătit polimeri cu amprentă ionică pentru preconcentrarea ionilor Pb2+ în apă. S−a constatat că limita de detecție a fost de 0,75 hectolitri L-1.
le Inqutlnewska și colegii săi au proiectat și pregătit polimeri imprimați ionic pentru ionii Cr3+ din apa râului, apa de la robinet și probele de canalizare municipale.119 polimerii întipăriți ionic preparați au fost utilizați eficient pentru preconcentrarea ionilor țintă Cr3 + din probele de mediu. Analiza ionilor Cr3 + a fost efectuată prin utilizarea unui sistem AAS electrotermic. Limita de detecție atinsă a fost de 0,018 ng mL−1.
într-un alt studiu important,120 Mohammadi și colab. a raportat aplicarea sistemelor flame AAS pentru analiza sensibilă a ionilor Ag+ în probele de apă. Înainte de analiza ionilor țintă Ag + de către AAS, a fost aplicată o etapă de microextracție lichid-lichid dispersiv. În studiul lor, limita valorilor factorului de detecție și îmbogățire a fost obținută ca 1,2 ng mL−1 și, respectiv, 16.
Rivas și colegii săi au analizat cu succes ionii Sb3+–Sb5+ și As3+–As5+ din apa de mare, apa de la robinet și probele de apă îmbuteliată.121 Preconcentrarea ionilor țintă a fost realizată prin aplicarea unei tehnici de microextracție lichid–lichid dispersiv înainte de analiza lor de către AAS. Valorile limită de detecție pentru As3+ și Sb3+ obținute au fost de 0,01 și, respectiv, 0,05 ml−1, de la 0,05. Factorul de îmbogățire obținut a fost de 115.