Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là một kỹ thuật phân tích định lượng dựa trên sự hấp thụ chọn lọc của vật chất đối với bức xạ ánh sáng bước sóng cụ thể, cơ sở vật lý hóa học cốt lõi của nó có thể được phân tách thành hai mô-đun lớn của quá trình nguyên tử hóa và cơ chế hấp thụ đặc trưng, cả hai đã hợp tác xây dựng các ưu điểm kỹ thuật của phương pháp này về độ nhạy cao và tính chọn lọc cao.
I. Quá trình nguyên tử hóa: chuyển đổi từ mẫu sang nguyên tử trạng thái gốc tự do
Nguyên tử hóa là một bước quan trọng trong AAS, mục tiêu của nó là tách các nguyên tố được đo ra khỏi mẫu thành các nguyên tử trạng thái cơ bản tự do, cung cấp một điểm khối hấp thụ ánh sáng cho sự hấp thụ đặc trưng tiếp theo. Tùy thuộc vào cách nguyên tử hóa, nó chủ yếu được chia thành hai loại:
Phương pháp nguyên tử hóa ngọn lửa
Thông qua ngọn lửa nhiệt độ cao (chẳng hạn như nhiệt độ ngọn lửa không khí acetylen khoảng 2300 ° C và nhiệt độ ngọn lửa nitơ oxit acetylen khoảng 2700 ° C) làm cho mẫu bay hơi, khô, phân ly và cuối cùng tạo ra các nguyên tử trạng thái cơ bản.
Tính năng: Dễ vận hành, chi phí thấp, phân tích nhanh, phù hợp để xác định hầu hết các nguyên tố kim loại.
Hạn chế: Nhiệt độ ngọn lửa bị hạn chế và ít nhạy cảm với các nguyên tố chịu lửa như vonfram, molypden và các nguyên tố dễ hình thành oxit dễ bay hơi như crom, nhôm.
Phương pháp nguyên tử hóa không ngọn lửa (ví dụ như nguyên tử hóa lò than chì)
Sử dụng ống than chì để tạo ra nhiệt độ cao (lên đến 3000 ℃) dưới dòng điện cao áp, làm cho mẫu trải qua bốn giai đoạn làm khô, xám, nguyên tử hóa và thanh lọc để tạo ra các nguyên tử trạng thái cơ bản.
Tính năng: Độ nhạy cao (3-4 đơn đặt hàng cường độ cao hơn so với phương pháp ngọn lửa), mẫu rắn, lỏng có thể được phân tích trực tiếp, thích hợp để xác định các nguyên tố vi lượng như chì, cadmium.
Hạn chế: Độ chính xác thấp hơn một chút so với phương pháp ngọn lửa và dễ bị nhiễu ma trận.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả nguyên tử hóa:
Nhiệt độ: Nhiệt độ không đủ sẽ dẫn đến nguyên tử hóa không đầy đủ, nhiệt độ quá cao có thể gây nhiễu ion hóa.
Ma trận mẫu: Ma trận phức tạp có thể ảnh hưởng đến hiệu quả nguyên tử hóa thông qua sự can thiệp hóa học, chẳng hạn như tạo ra các hợp chất khó bay hơi hoặc can thiệp vật lý, chẳng hạn như thay đổi độ nhớt của mẫu.
Chế độ lấy mẫu: quá nhiều mẫu có thể có hiệu ứng làm mát trên ngọn lửa, hoặc làm tăng độ khó của việc loại bỏ tàn dư của lò than chì.
B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)
Hấp thụ tính năng là cơ sở định lượng của AAS và cơ chế cốt lõi của nó như sau:
Hiện tượng hấp thụ cộng hưởng
Khi tần số của bức xạ tới bằng với năng lượng cần thiết để một electron trong nguyên tử nhảy từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích đầu tiên, các nguyên tử trạng thái cơ bản hấp thụ năng lượng và chuyển sang trạng thái kích thích, tạo thành phổ hấp thụ đặc trưng.
Tính đặc trưng: Cấu trúc nguyên tử của mỗi nguyên tố là duy nhất và các đường hấp thụ cộng hưởng của nó có (ví dụ: 589,0 nm đối với natri, 285,2 nm đối với magiê) có thể được sử dụng làm cơ sở cho tính chất của các nguyên tố.
Chọn lọc: Các nguyên tử có tính chọn lọc cao đối với sự hấp thụ bức xạ và chỉ hấp thụ bức xạ phù hợp với sự khác biệt về mức năng lượng của chính chúng, do đó tránh nhiễu nền.
Mối quan hệ định lượng của định luật Lambert-Beer, trong đó độ hấp thụ (A) tỷ lệ thuận với nồng độ (C) của nguyên tố được đo trong mẫu, tức là A=K ⋅ C, trong đó K là hằng số và chứa ảnh hưởng của tất cả các điều kiện thí nghiệm.
Ứng dụng: Bằng cách đo độ hấp thụ của dung dịch tiêu chuẩn và dung dịch chưa biết, vẽ đường cong tiêu chuẩn, nồng độ của các yếu tố được đo trong chất lỏng chưa biết có thể được tìm thấy.
Điều kiện tiên quyết: Điều kiện thí nghiệm (ví dụ: nhiệt độ, hiệu quả nguyên tử hóa, chiều dài đường dẫn ánh sáng) cần phải phù hợp để đảm bảo
K
Tính bền vững.
Mở rộng đường quang phổ và cường độ hấp thụ
Các đường hấp thụ nguyên tử không phải là các đường hình học nghiêm ngặt, nhưng chiếm một dải tần số nhất định (khoảng 10−3∼10−2 nm ở nửa chiều rộng), chủ yếu bị ảnh hưởng bởi:
Doppler trở nên rộng hơn: do chuyển động nhiệt của nguyên tử, nhiệt độ càng cao thì độ rộng càng đáng kể.
Sự va chạm trở nên rộng hơn: Sự va chạm giữa các nguyên tử làm giảm tuổi thọ trung bình của các nguyên tử ở trạng thái kích thích, gây ra các vạch quang phổ rộng hơn (được chia thành Hruzmark rộng hơn và Lorentz rộng hơn).
Hiệu ứng mở rộng trường, tự hấp thụ: Trong trường điện mạnh hoặc mẫu nồng độ cao, các vạch quang phổ có thể mở rộng hơn nữa.
Tác động: Độ rộng của đường quang phổ làm giảm cường độ hấp thụ, nhưng bằng cách chọn nguồn sáng đường sắc nét (ví dụ: đèn cathode rỗng) và tối ưu hóa các điều kiện thí nghiệm (ví dụ: kiểm soát nhiệt độ nguyên tử hóa, áp suất), hiệu ứng mở rộng có thể được giảm thiểu và độ nhạy đo được cải thiện.
III. Thực hiện công nghệ: Hệ thống thiết bị và ức chế nhiễu
Cơ sở vật lý và hóa học của AAS cần được thực hiện thông qua một hệ thống thiết bị chính xác được bổ sung bởi các kỹ thuật ức chế nhiễu:
Thành phần hệ thống dụng cụ
Nguồn sáng: Phát ra bức xạ cộng hưởng đặc trưng của các yếu tố cần đo (chẳng hạn như đèn cathode rỗng), đòi hỏi cường độ bức xạ lớn, nền thấp và độ ổn định cao.
Atomizer: để đạt được nguyên tử hóa mẫu (ngọn lửa hoặc lò than chì).
Hệ thống quang phổ: Tách các đường phổ đặc trưng khỏi các đường phổ nhiễu (chẳng hạn như lưới hoặc lăng kính).
Hệ thống phát hiện: Chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện (chẳng hạn như ống nhân quang hoặc đầu dò CCD).
Công nghệ ngăn chặn nhiễu
Rối loạn vật lý: Loại bỏ bằng cách xây dựng một giải pháp tiêu chuẩn với các thành phần tương tự hoặc bằng cách sử dụng phương pháp bổ sung tiêu chuẩn.
Rối loạn hóa học: Thêm chất giải phóng (ví dụ: canxi giải phóng phosphate), chất bảo vệ (ví dụ: sắt bảo vệ EDTA) hoặc chất cải tiến ma trận (ví dụ: xác định nhôm cải tiến lanthanum nitrate).
Sự can thiệp ion hóa: Các chất khử ion hóa, chẳng hạn như các hợp chất kim loại kiềm, được thêm vào để ức chế sự ion hóa của các nguyên tử được đo.
Sự can thiệp phổ: bị ức chế bằng cách giảm chiều rộng khe, chọn các đường không cộng hưởng hoặc bằng cách sử dụng kỹ thuật hiệu chỉnh nền hiệu ứng Seman.