Aatomiemissioonispektroskoopia (AES) on keemilise analüüsi meetod, mis kasutab leegi, plasma, kaare või sädeme kiirgava valguse intensiivsust kindlal lainepikkusel, et määrata proovis elemendi kogus.
Aatomi spektrijoone lainepikkus annab elemendi identiteedi, samas kui kiiratava valguse intensiivsus on võrdeline elemendi aatomite arvuga. See on aatomiemissioonispektroskoopia olemus. See võimaldab analüüsida elemente ja füüsilisi nähtusi laitmatu täpsusega.
Analüüsi spektraalmeetodid
Materjali (analüüdi) proov viiakse leeki gaasina, pihustuslahusena või väikese traadi, tavaliselt plaatina, silmusega. Leegi kuumus aurustab lahusti ja lõhub keemilised sidemed, luues vabu aatomeid. Soojusenergia muudab viimase ka ergastatudelektroonilised olekud, mis seejärel kiirgavad valgust, kui naasevad endisele kujule.
Iga element kiirgab valgust iseloomuliku lainepikkusega, mis hajub võre või prisma abil ja tuvastatakse spektromeetris. Selle meetodi puhul kõige sagedamini kasutatav trikk on dissotsiatsioon.
Leegiheite mõõtmise levinud rakendus on leelismetallide reguleerimine farmaatsiaanalüütika jaoks. Selleks kasutatakse aatomiemissiooni spektraalanalüüsi meetodit.
Induktiivselt seotud plasma
Induktiivsidestatud plasma aatomiemissioonispektroskoopia (ICP-AES), mida nimetatakse ka induktiivselt sidestatud plasma optilise emissioonispektromeetriaks (ICP-OES), on keemiliste elementide tuvastamiseks kasutatav analüütiline meetod.
See on emissioonispektroskoopia tüüp, mis kasutab induktiivselt seotud plasmat ergastatud aatomite ja ioonide tootmiseks, mis kiirgavad elektromagnetilist kiirgust konkreetsele elemendile iseloomulike lainepikkuste juures. See on leegi meetod, mille temperatuur jääb vahemikku 6000–10 000 K. Selle kiirguse intensiivsus näitab elemendi kontsentratsiooni proovis, mida kasutatakse spektroskoopilise analüüsimeetodi rakendamisel.
Peamised lingid ja skeem
ICP-AES koosneb kahest osast: ICP ja optiline spektromeeter. ICP-põleti koosneb 3 kontsentrilisest kvartsklaasist torust. Raadiosagedusgeneraatori (RF) väljund- või "töö" mähis ümbritseb osa sellest kvartspõletist. Plasma loomiseks kasutatakse tavaliselt gaasi argooni.
Põleti sisselülitamisel tekib mähise sees tugev elektromagnetväli, mida läbib võimas RF-signaal. Selle RF-signaali genereerib RF-generaator, mis on sisuliselt võimas raadiosaatja, mis juhib "töömähist" samal viisil, nagu tavaline raadiosaatja saateantenni.
Tüüpilised instrumendid töötavad sagedusel 27 või 40 MHz. Läbi põleti voolav argoongaas süttib Tesla seadmega, mis tekitab argooni voolus lühikese tühjenduskaare, et algatada ionisatsiooniprotsess. Niipea kui plasma süttib, lülitub Tesla seade välja.
Gaasi roll
Gaas argoon ioniseerub tugevas elektromagnetväljas ja voolab läbi spetsiaalse pöörlemissümmeetrilise mustri RF-mähise magnetvälja suunas. Neutraalsete argooni aatomite ja laetud osakeste vahel tekkivate mitteelastsete kokkupõrgete tulemusena tekib stabiilne kõrgtemperatuuriline plasma umbes 7000 K.
Perist altiline pump toimetab vesi- või orgaanilise proovi analüütilisse nebulisaatorisse, kus see muudetakse uduks ja süstitakse otse plasmaleeki. Proov põrkub koheselt plasmas elektronide ja laetud ioonidega ning laguneb ise viimaseks. Erinevad molekulid jagunevad oma vastavateks aatomiteks, mis seejärel kaotavad elektrone ja taasühenduvad plasmas korduv alt, kiirgades kiirgust asjaomaste elementide iseloomulikel lainepikkustel.
Mõnedes konstruktsioonides kasutatakse plasma "lõikamiseks" kindlas kohas nihkegaasi, tavaliselt lämmastikku või kuiva suruõhku. Seejärel kasutatakse ühte või kahte ülekandeläätse, et fokusseerida kiiratav valgus difraktsioonvõrele, kus see jaotatakse optilise spektromeetriga komponentide lainepikkusteks.
Teistes konstruktsioonides langeb plasma otse optilisele liidesele, mis koosneb avast, millest väljub pidev argooni vool, mis suunab selle kõrvale ja tagab jahutuse. See võimaldab plasmast eralduval valgusel siseneda optilisse kambrisse.
Mõned konstruktsioonid kasutavad optilisi kiude, et edastada osa valgusest eraldi optilistesse kaameratesse.
Optiline kaamera
Selles mõõdetakse pärast valguse jagamist selle erinevateks lainepikkusteks (värvideks) intensiivsust fotokordisti toru või torude abil, mis on füüsiliselt paigutatud nii, et "vaadata" iga kaasatud elemendirea konkreetset lainepikkust.
Kaasaegsemates seadmetes rakendatakse eraldatud värve paljudele pooljuhtfotodetektoritele, nagu laenguga seotud seadmed (CCD). Neid detektori massiive kasutavates seadmetes saab samaaegselt mõõta kõigi lainepikkuste intensiivsust (süsteemi ulatuses), võimaldades instrumendil analüüsida kõiki elemente, mille suhtes seade hetkel tundlik on. Seega saab aatomiemissioonispektroskoopia abil proove väga kiiresti analüüsida.
Edasine töö
Seejärel võrreldakse iga joone intensiivsust eelnev alt mõõdetud teadaolevate elementide kontsentratsioonidega ja seejärel arvutatakse nende akumulatsioon interpoleerimise teel piki kalibreerimisjooni.
Lisaks korrigeerib spetsiaalne tarkvara tavaliselt häireid, mis on põhjustatud erinevate elementide olemasolust antud näidiste maatriksis.
ICP-AES rakenduste näited hõlmavad metallide tuvastamist veinis, arseeni toiduainetes ja valkudega seotud mikroelementide tuvastamist.
ICP-OES-i kasutatakse laialdaselt mineraalide töötlemisel, et pakkuda kaalude koostamiseks erinevate voogude hindeandmeid.
2008. aastal kasutati seda meetodit Liverpooli ülikoolis, et näidata, et Chi Rho amulett, mis leiti Shepton Malletist ja mida varem peeti üheks varasemaks tõendiks kristluse kohta Inglismaal, pärineb alles 19. sajandist.
Sihtkoht
ICP-AES-i kasutatakse sageli pinnases leiduvate mikroelementide analüüsimiseks ja seetõttu kasutatakse seda kohtuekspertiisis kuriteopaig alt või ohvritelt jne leitud mullaproovide päritolu kindlakstegemiseks. Kuigi pinnasetõendid ei pruugi olla ainsad. üks kohtus, tugevdab see kindlasti teisi tõendeid.
See on kiiresti muutumas ka analüütiliseks meetodiks toitainete taseme määramiseks põllumajandusmuldades. Seda teavet kasutatakse seejärel saagikuse ja kvaliteedi maksimeerimiseks vajaliku väetisekoguse arvutamiseks.
ICP-AESkasutatakse ka mootoriõli analüüsiks. Tulemus näitab, kuidas mootor töötab. Selles kuluvad osad jätavad õlisse jäljed, mida saab tuvastada ICP-AES-iga. ICP-AES analüüs võib aidata kindlaks teha, kas osad ei tööta.
Lisaks suudab see määrata, kui palju õlilisandeid on alles, ja seega näidata, kui palju kasutusiga on jäänud. Õlianalüüsi kasutavad sageli autopargi juhid või autoentusiastid, kes on huvitatud oma mootori jõudluse kohta võimalikult palju teada saama.
ICP-AES-i kasutatakse ka mootoriõlide (ja muude määrdeainete) tootmisel kvaliteedikontrolliks ning tootmis- ja tööstusspetsifikatsioonidele vastavuse tagamiseks.
Teist tüüpi aatomispektroskoopia
Aatomabsorptsioonspektroskoopia (AAS) on spektraalanalüütiline protseduur keemiliste elementide kvantitatiivseks määramiseks, kasutades optilise kiirguse (valguse) neeldumist vabade aatomite poolt gaasilises olekus. See põhineb valguse neeldumisel vabade metalliioonide poolt.
Analüütilises keemias kasutatakse meetodit konkreetse elemendi (analüüdi) kontsentratsiooni määramiseks analüüsitud proovis. AAS-i saab kasutada enam kui 70 erineva elemendi määramiseks lahuses või otse tahkestes proovides elektrotermilise aurustamise teel ning seda kasutatakse farmakoloogilistes, biofüüsikalistes ja toksikoloogilistes uuringutes.
Aatomabsorptsioonspektroskoopia esimest korda19. sajandi alguses kasutati analüüsimeetodina ning selle aluseks olevad põhimõtted kehtestasid teisel poolel Saksamaa Heidelbergi ülikooli professorid Robert Wilhelm Bunsen ja Gustav Robert Kirchhoff.
Ajalugu
AAS-i tänapäevase vormi töötas suures osas välja 1950. aastatel rühm Austraalia keemikuid. Neid juhtis Sir Alan Walsh Rahvaste Ühenduse Teaduslike ja Tööstusuuringute Organisatsiooni (CSIRO) keemilise füüsika osakonnast Melbourne'is, Austraalias.
Aatomabsorptsioonspektromeetrial on palju rakendusi erinevates keemiavaldkondades, näiteks metallide kliiniline analüüs bioloogilistes vedelikes ja kudedes, nagu täisveri, plasma, uriin, sülg, ajukude, maks, juuksed, lihaskoed, sperma, mõnes ravimitootmisprotsessis: väike kogus katalüsaatorit jääb lõppravimisse ja veeanalüüs metallisisalduse määramiseks.
Tööskeem
Meetod kasutab proovi aatomabsorptsioonispektrit, et hinnata proovis teatud analüütide kontsentratsiooni. Mõõdetud neeldumise ja nende kontsentratsiooni vahelise seose loomiseks on vaja teada koostisainete sisalduse standardeid ning seepärast põhineb see Beer-Lamberti seadusel. Aatomiemissioonspektroskoopia põhiprintsiibid on täpselt sellised, nagu ülalpool artiklis loetletud.
Lühid alt öeldes saab pihustis olevate aatomite elektronid lühikese ajaga üle kanda kõrgematele orbitaalidele (ergastatud olek).ajaperiood (nanosekundid), neelates teatud koguse energiat (antud lainepikkusega kiirgus).
See neeldumisparameeter on spetsiifiline konkreetse elektroonilise ülemineku jaoks konkreetses elemendis. Reeglina vastab iga lainepikkus ainult ühele elemendile ja neeldumisjoone laius on vaid mõni pikmeeter (pm), mis muudab tehnika elementaalselt selektiivseks. Aatomiemissioonispektroskoopia skeem on sellele väga sarnane.
