Hoe werkt een atoomabsorptiespectrometer?

Atoomabsorptie (AA) is een wetenschappelijke testmethode die wordt gebruikt voor het detecteren van metalen in oplossing. Het monster wordt gefragmenteerd in zeer kleine druppels (verneveld). Vervolgens wordt het in een vlam gebracht. Geïsoleerde metaalatomen interageren met straling die vooraf is ingesteld op bepaalde golflengten. Deze interactie wordt gemeten en geïnterpreteerd. Atoomabsorptie maakt gebruik van verschillende stralingsgolflengten die door verschillende atomen worden geabsorbeerd. Het instrument is het meest betrouwbaar wanneer een eenvoudige lijn absorptie-concentratie relateert. Verstuiver/vlam- en monochromatorinstrumenten zijn essentieel om het AA-apparaat te laten werken. Relevante variabelen van AA zijn onder meer vlamkalibratie en unieke op metaal gebaseerde interacties.

De kwantummechanica stelt dat straling wordt geabsorbeerd en uitgezonden door atomen in vaste eenheden (quanta). Elk element absorbeert verschillende golflengten. Laten we zeggen dat twee elementen (A en B) van belang zijn. Element A absorbeert bij 450 nm, B bij 470 nm. Straling van 400 nm tot 500 nm zou de absorptielijnen van alle elementen bedekken.

Neem aan dat de spectrometer een geringe afwezigheid van straling van 470 nm detecteert en geen afwezigheid bij 450 nm (alle oorspronkelijke straling van 450 nm komt bij de detectoren). Het monster zou een overeenkomstig kleine concentratie hebben voor element B en geen concentratie (of "onder de detectielimiet") voor element A.

Lineariteit varieert met het element. Aan de onderkant wordt lineair gedrag beperkt door aanzienlijke "ruis" in de gegevens. Dit gebeurt omdat zeer lage metaalconcentraties de detectielimiet van het instrument bereiken. Aan het hogere uiteinde wordt de lineariteit afgebroken als de elementconcentratie hoog genoeg is voor meer gecompliceerde interactie tussen straling en atomen. Geïoniseerde (geladen) atomen en molecuulvorming zorgen voor een niet-lineaire absorptie-concentratiecurve.

De verstuiver en de vlam zetten op metaal gebaseerde moleculen en complexen om in geïsoleerde atomen. De meerdere moleculen die elk metaal zou kunnen vormen, betekent dat het moeilijk, zo niet onmogelijk is om een ​​bepaald spectrum aan het bronmetaal te koppelen. De vlam en de verstuiver zijn bedoeld om eventuele moleculaire bindingen te verbreken.

Het afstemmen van vlamkarakteristieken (brandstof/luchtverhouding, vlambreedte, brandstofkeuze, etc.) en verstuiverinstrumentatie kan een uitdaging op zich zijn.

Licht komt de monochromator binnen nadat het door het monster is gegaan. De monochromator scheidt lichtgolven op golflengte. Het doel van deze scheiding is om te achterhalen welke golflengten aanwezig zijn en in welke mate. De ontvangen golflengte-intensiteit wordt gemeten tegen de oorspronkelijke intensiteit. De golflengten worden vergeleken om te bepalen hoeveel van elke relevante golflengte door het monster werd geabsorbeerd. De monochromator vertrouwt op nauwkeurige geometrie om correct te werken. Sterke trillingen of plotselinge temperatuurschommelingen kunnen een monochromator doen breken.

Bijzondere optische en chemische eigenschappen van de onderzochte elementen zijn belangrijk. De bezorgdheid kan zich bijvoorbeeld richten op sporen van radioactieve metaalatomen, of de neiging om verbindingen en anionen (negatief geladen atomen) te vormen. Beide factoren kunnen misleidende resultaten opleveren. Vlameigenschappen zijn ook erg belangrijk. Deze kenmerken omvatten vlamtemperatuur, vlamlijnhoek ten opzichte van de detector, gasstroomsnelheid en consistente verstuiverfunctie.