Ugrás a tartalomhoz

ATOMABSZORPCIÓS SPEKTROMETRIA

Dr. Posta József

Hallgatói Információs Központ

Az atom szerkezete és az atomszínképek keletkezése

Az atom szerkezete és az atomszínképek keletkezése

Annak idején az elemek emissziós atomszínképe jelentette az alapot az atomok elektronszerkezetének megfejtéséhez, az elektronhéjak felépítéséhez. A Bohr-féle atommodell szerint az elektronok a nekik megfelelő alappályákon fény kibocsátás nélkül keringenek. Az ilyen energiaállapotú atomok tekinthetők alapállapotúaknak. Ha legalább egy elektron magasabb elektronpályára kerül, majd onnan egy alacsonyabbra, vagy az alappályára visszalép, a pályák közötti energiakülönbségnek megfelelő energiájú (rezgésszámú, hullámhosszúságú) fotont, fotonokat bocsát ki. Bármelyik pályáról bármelyikre lép vissza az elektron, az mindig egy adott hullámhosszúságú színképvonal keletkezésével jár.

3. ábra: A hidrogén emissziós színképe látható és ultraibolya tartományban

Legegyszerűbb a hidrogén színképe (3. ábra). A látható tartományban mindössze négy vonala jelenik meg, de az ultraibolya tartományban a sorozat további, egyre sűrűsödő vonalai figyelhetők meg. 1885-ben Balmer felfedezte, hogy az alábbi képlettel a vonalak ν* hullámszámai igen pontosan kifejezhetők.

(11)

ahol R = 109 678 cm─1 és n = 3, 4, 5,…… ∞. Az R állandót (a svéd fizikus neve után) Rydberg-állandónak nevezzük.

A hidrogén színképének későbbi, részletesebb tanulmányozása a távoli ultraibolya és az infravörös tartományban további színképszériák felfedezéséhez vezetett. Ezeket a szériákat felfedezőikről Lyman-, Paschen-, Bracket- és Pfund-szériának nevezték el. Utóbbi sorozatok hullámszámának kiszámításához a (11) összefüggést annyiban kell változtatni, hogy az első tagban a 22 helyett 12, 32, 42, 52 értékeket kell helyettesíteni. Így a hidrogén spektrumát kifejező általános képlet

(12)

Az n>m. Az m számok (1–5) azt fejezik ki, hogy az adott szériánál az elektron bármely magasabb pályáról melyik pályára ugrik vissza. A Balmer-szériánál, például, mindig a 2. pályára. Mint látható, a legegyszerűbb atom is nagyszámú színképvonallal jellemezhető (4. ábra).

4. ábra: A hidrogén elektronszintjeinek Grotrian diagramja

A hidrogénhez hasonló vonalszériák a többi elem színképében is megfigyelhetők, de a színkép jóval bonyolultabb, mert az egyes szériák átfedésben vannak egymással. Itt is érvényes, hogy a vonalak hullámszáma két egész szám függvényének különbségeként fejezhető ki, ahol n>m. E függvények számértékét termeknek nevezzük.

(13

A különböző szériák jellegük miatt eltérő neveket kaptak. Az s (sharp), p (principal), d (diffuse), f (fundamental) elnevezések jól mutatják, hogy őrízték meg az elektronpálya jelölések az eredetileg a színképekre alkalmazott kifejezéseket.

A elektronpálya átmeneteket a legszemléletesebben az úgynevezett Grotrian diagramokon lehet bemutatni. A diagram függőleges tengelyén a pályákat jellemző energiákat és az azokhoz tartozó elektronszinteket tüntetjük fel. Az egyes elektronszintek közti átmeneteket szimbolizáló nyilakra pedig az adott átmentek által megjelenő színképvonal hullámhosszát írjuk. 5. ábrán a nátriumatom Grotrian diagramját tüntettük fel.

5 .ábra: A nátriumatom elektronszintjeinek Grotrian diagramja

Összegezve, az atomok gerjesztésével nagyszámú színképvonalat tartalmazó spektrumot kapunk. A vasnak például mintegy 10 000 vonalát tartalmazzák a színkép- táblázatok. Az atomabszorpciós spektrometriában e nagyszámú vonal közül rendszerint csak a legkisebb gerjesztési energiával rendelkező egyetlen vonalat használjuk mennyiségi elemzésre. Minden elemnek van még néhány további vonala, amely ugyancsak abszorbeálódik az elem alapállapotú atomjain, de ezeken a vonalakon mérve a módszer analitikai érzékenysége jóval kisebb, mint az optimális elemző vonalon.