Spectroscopia de Absorbție Atomică cu Flacără

Spectroscopia de absorbţie atomică are la bază legea lui Kirchoff care spune că un element emite aceleaşi linii spectrale pe care este capabil să le şi absoarbă. În principiu, analiza spectroscopică de absorbţie atomică (AAS) este o tehnică specială în domeniul spectroscopiei UV-VIS şi constă în plasarea în traseul radiaţiei specifice unui anumit element a unui flux de atomi excitaţi ai aceluiaşi element. Fluxul de atomi care mai conţine pe lângă elementul analizat şi alte elemente va absorbi din radiaţia specifică o intensitate de radiaţie proporţională cu concentraţia lui. Cu un senzor fotoelectric plasat după fluxul de atomi excitaţi se măsoară cantitatea de radiaţii trecute (neabsorbite) din radiaţia incidentă. Spectroscopia de absorbţie atomică (AAS) este o metodă comparativă. Pentru obţinerea curbei de etalonare se folosesc etaloane de concentraţie cunoscută care se aduc pe rând în stare excitată măsurându-se pentru fiecare absorbţia.

Fig.1 Schema de principiu a spectroscopiei de absorbţie atomică

În figura 1. este prezentată schema de principiu a spectroscopiei de absorbţie atomică (AAS). Ca surse de radiaţii specifice unui anumit element se pot folosi lămpi speciale. Radiaţia specifică unui element se obţine prin montarea lămpii cu catod găurit care emite liniile spectrale caracteristice elementului. De asemenea, se poate folosi ca sursă şi o radiaţie policromatică din care se selectează cu un monocromator cu o lungime de undă specifică elementului cercetat. Ultima soluţie este mai comodă şi mai ieftină în schimb nu are o rezoluţie şi o precizie la fel de ridicată ca şi cea cu lămpi specifice. Lampa cu deuteriu este o lampă cu descărcare în atmosferă de deuteriu, cu un spectru continuu in UV, cu lungimea de undă de cca 340-350nm. Radiaţia ei se suprapune peste cea a lămpii cu catod cilindric gol având rol de corecţie a fondului. Fondul apare ca urmare a atenuării şi interferenţelor dintre radiaţia lămpii cu catod cilindric gol şi speciile moleculare sau particulele solide din zona de observare. Semnalul datorită fondului este scăzut electronic din semnalul total. Pentru obţinerea fluxului de atomi excitaţi se pot folosi surse termice cum sunt flacăra sau cuptorul de grafic sau surse reci cum sunt vaporii de mercur. Rolul monocromatorului plasat după sursa de excitaţie este acela de a descompune radiaţia policromatică rezultată ca urmare a excitării în radieţie aranjată după lungimea de undă specifică fiecărui element şi de a selecta din spectru lungimea de undă corespunzătoare elementului analizat. Caracteristica de bază a spectroscopiei de absorbţie atomică este înalta selectivitate datorită îngustimii liniilor spectrale ceea ce duce la folosirea ei în principal în analiza concentraţiilor mici şi a urmelor de amestecuri sau aliaje multicomponent. Tot datorită acestei caracteristici, la ora actuală AAS este folosită ca structură de analiză în cromatografia gazoasă, spectroscopul fiind plasat după coloana de separare.

Sistemul optic. Rolul sistemului optic este acela de a capta radiaţia de la lampa cu catod cilindric gol şi de la lampa cu deuteriu şi a le direcţiona prin mediul de absorbţie(flacără, tub grafit) ce conţine atomii liberi ai substanţei de analizat si de o conduce pe urmă în monocromator. Configuraţia sistemelor optice poate fi cu un singur fascicul, figura 2., sau cu dublu fascicul, figura 3. Este evident că sistemul cu dublu fascicul este mai performant întrucat dă fascicului la referinţă lipsit de radiaţia de fond cât şi de aportul elementului de analizat. De asemenea, la ambele sisteme este folosită modulaţia optică a radiaţiei ceea ce duce la o amplificare mult mai fidelă şi exacta. Rolul monocromatorului este acela de a crea o dispersie unghiulară cât mai mare a liniilor spectrale emise de lampa cu catod cilindric gol în funcşie de lungimea de undă în vederea obţinerii unei rezoluţii cât mai înalte. Sistemul de separare a liniilor în monocromator poate fi o prismă, o reţea de difracţie sau ambele.

Detectorul fotoelectric – este un fotomultiplicator sau un element CCD care dă un curent sau o tensiune proporţională cu intensitatea radiaţiei ce cade pe el.

Sistemul de afişare şi înregistrare reprezintă practic toată partea electronică margând de la amplificarea fotocurentului dat de detector până la procesarea automată a datelor urmată de tipărirea automată a buletinului de încercare.

Fig. 2. Sistem optic cu fascicul simplu de radiaţie 1-lampă cu catod cilindric gol, 2-lampă cu deuteriu, 3-modulator optic, 4- flacără, 5-arzător, 6- monocromator, 7-fotodetector