Ugrás a tartalomhoz

ATOMABSZORPCIÓS SPEKTROMETRIA

Dr. Posta József

Hallgatói Információs Központ

Az atomabszorpciós spektrometria elve

Az atomabszorpciós spektrometria elve

Az atomabszorpciós spektrometria elvét a következő lépésekkel lehet jellemezni. A vizsgálandó elemet alapállapotú szabad atomokká alakítjuk. Az így létrehozott atomgőzön a vizsgálandó elemre jellemző hosszúságú fénynyalábot bocsátunk keresztül és mérjük a fényintenzitás csökkenését, amely egyértelmű kapcsolatban áll a fényelnyelést okozó atomok koncentrációjával. A fényintenzitás csökkenésének jellemzésére szolgáló mérési adatot, amelyet műszeresen észlelünk abszorbanciának (belső transzmissziós sűrűségnek) nevezzük. Az abszorbancia fogalma egy matematikai művelet eredménye: az adott hullámhosszon mért „Io” kezdeti fényintenzitás és az elnyelő közegen történő áthaladás utáni „I” csökkent fényintenzitás hányadosának tízes alapú logaritmusa (3).

(3)

Az abszorbancia és a vizsgált elem koncentrációja közötti összefüggést a Lambert-Beer törvény adja meg (4). Eszerint

(4)

ahol az „a” az abszorpciós együttható, a „c” az atomizáló közeg egységnyi térfogatában jelenlevő alapállapotú atomok száma, az „l” pedig az elnyelő közeg rétegvastagsága, amin a fénynyaláb áthalad. Az abszorpciós együttható anyagi állandó, amelynek nagysága az adott atom szerkezetétől függ. Ennek nagyságát befolyásolni nem tudjuk. Az elnyelő közeg rétegvastagságát az atomizáló rendszer geometriai elrendezésével adott határok (1–10 cm) között változtathatjuk. Az abszorbancia nagyságát legnagyobb mértékben az alapállapotú atomok koncentrációjának változtatásával befolyásolhatjuk. Az atomabszorpciós módszerek kimutatási képességének növekedését éppen azzal érjük el, hogy egy adott koncentrációjú minta atomizálása során a fényútban minél nagyobb atomkoncentrációt hozunk létre.

Az atomabszorpciós spektrometria a vizsgált atomra jellemző hullámhosszúságú elektromágneses sugárzásnak az alapállapotú atomok által történő elnyelésén alapszik. Azt nevezzük alapállapotú atomnak, amelynek minden elektronja a kvantummechanika törvényei által megszabott alappályán kering. Ennek megfelelően az alapállapotú atom nem bocsát ki fényt. Külső fényforrás adott hullámhosszúságú fényét viszont képes elnyelni. Ezért az atomabszorpciós spektrometriában olyan megvilágító fényforrásra van szükség, amely az adott elemre jellemző hullámhosszúságú fénysugarat bocsát ki.

A megvilágító fényforrás fényének elnyelése következtében az alapállapotú atom gerjesztett atommá alakul, azaz legalább egy elektronja egy magasabb energiaszintű pályára ugrik. Az atom ebben a gerjesztett állapotban igen rövid ideig, 10–9 másodpercig tartózkodik, majd visszaugrik az alappályára. Eközben az atom adott energiájú foton formájában sugározza ki a két állapot közötti „ΔΕ” energiakülönbséget (1. animáció) (5).

1. animáció

(5)

Az (5) összefüggésben a „h” a Planck-féle hatáskvantum, melynek értéke 6,626·10─34 Js, a „ν” pedig a kibocsátott fény rezgésszáma. Mértékegysége 1/s. A rezgésszám azoknak a periódusoknak (szinusz hullámoknak) a száma, amely az adott hullámhosszúságú fény 1 másodperc alatt megtett útjára rámérhető. A fény 1 másodperc alatt kerekítve 300 000 km utat tesz meg. Ezért a c (300000 km/s) fénysebességből és a rezgésszámból egyszerűen kiszámolható az emittált fény „λhullámhossza (6).

(6)

A fény jellemzésére a rezgésszámhoz hasonló természetű adat a hullámszám (ν*). A hullámszám 1 cm úthosszra eső hullámok száma. Mértékegysége: 1/cm.

A fényelnyelés jellemzésére az abszorbancián kívül ma már kevéssé használatos mennyiség a T transzmittancia (átbocsátó képesség) és annak százszorosa, a T% százalékos fényátbocsátó képesség (transzmisszió %).

(7)

(8)

Ezek a mennyiségek azt fejezik ki, hogy az abszorbeáló közeg a rajta keresztülhaladó fény intenzitásának hanyadrészét illetve hány százalékát engedi át. A relatív fényintenzitás csökkenésére ugyancsak használható mennyiség az α abszorpciófok.

(9)

Az abszorpciófok és az átbocsátóképesség (transzmittancia) összege mindig 1.

(10)

3.1. egyenlet -


A régi analóg (mutatós) műszereken látszólagos előnyt jelentett a transzmittancia skála alkalmazása, mert ez lineáris skála volt. De miután a koncentráció nem a transzmittanciával, hanem az abszorbanciával áll lineáris összefüggésben, a transzmittancia és az abszorpciófok ma már ritkábban használatos.

Megjegyzendő továbbá, hogy a korábbi szakkönyvek az abszorbanciát extinkciónak nevezték és jelölése E volt, az a abszorpciós együtthatót ε betűvel jelölték és neve extinkciós koefficiens volt. Az IUPAC szerint jelenleg a vonal vagy sávspecifikus elnyelés elnevezése: abszorbancia, Jele: A.