Uvod
U poglavlju o kvantnomehaničkoj strukturi atoma rečeno je sve što je potrebno za osnovno razumijevanje mehanizama nastanka i interpretaciju atomskih spektara. Ovdje to nećemo ponavljati, ali ćemo se usmjeriti na praktične aspekte tog važnog niza analitičkih metoda.
Osnove atomske spektroskopije
Što je atomska spektroskopija?
Atomska spektroskopija je niz eksperimentalnih metoda, koje se temelje na apsorpciji, emisiji i fluorescenciji atoma ili iona.
Dva područja elektromagnetskog spektra daju informacije o atomima: područje ultraljubičastog i vidljivog (UV/vis) zračenja te područje rentgenskih zraka. Spektri u UV/vis području se dobivaju prebacivanjem uzoraka u plinsko stanje odgovarajućim termičkim tretmanom, što zovemo atomizacijom. Kao što je ranije rečeno, plinoviti uzorci mogu emitirati ili apsorbirati svjetlost, a mogu i fluorescirati. Svi ti procesi mogu dati vrlo vrijedne kvalitativne i kvantitativne podatke o uzorku.
Atomska spektroskopija je niz eksperimentalnih metoda
koje se temelje na apsorpciji, emisiji i fluorescenciji atoma ili iona.
Dva područja elektromagnetskog spektra daju informacije o atomima:
- područje ultraljubičastog i vidljivog (UV/vis) zračenja
- područje rentgenskih zraka.
Spektri u UV/vis području se dobivaju prebacivanjem uzoraka u
plinsko stanje odgovarajućim termičkim tretmanom.
To zovemo atomizacijom.
Plinoviti uzorci mogu emitirati ili apsorbirati svjetlost, a mogu i fluorescirati.
Svi ti procesi mogu dati vrlo vrijedne
kvalitativne i kvantitativne podatke o uzorku.
Emisijski i apsorpcijski atomski spektri
Atomska spektroskopija
U izvedbenom smislu, emisijska i apsorpcijska spektroskopija su konceptualno slične. Razlika je u načinu dobivanja spektara. Kod emisijske spektroskopije snimamo spektar atomiziranog uzorka i dobivamo spektar, koji se sastoji od nekoliko svjetlih linija. Kod apsorpcijske spektroskopije propuštamo svjetlost iz izvora kroz atomizirani uzorak te snimamo prolaznu svjetlost. Rezultat je kontinuirani spektar s nizom tamnih linija.
Kod emisijske spektroskopije uzorak je potrebno zagrijati na znatno više temperaturure u odnosu na apsorpcijsku spektroskopiju.
U izvedbenom smislu, emisijska i apsorpcijska spektroskopija su konceptualno slične.
Razlika je u načinu dobivanja spektara.
Kod emisijske spektroskopije snimamo spektar atomiziranog uzorka i dobivamo spektar.
Taj spektar se sastoji od nekoliko svjetlih linija.
Kod apsorpcijske spektroskopije propuštamo svjetlost iz izvora
kroz atomizirani uzorak te snimamo prolaznu svjetlost.
Rezultat je kontinuirani spektar s nizom tamnih linija.
Kod emisijske spektroskopije je potrebno uzorak zagrijati
na znatno više temperaturure u odnosu na apsorpcijsku spektroskopiju.
I emisijski i apsorpcijski spektri u principu daju istu informaciju:
položaji svjetlih ili tamnih linija direktan su odraz
razlike energijskih razina zastupljenih atoma.
Energija svjetlosti i bilo koje linije u atomskim spektrima je dana izrazom:
[latex]\mathit{E}=\mathit{h\nu }=\frac{\mathit{hc}}{\mathit{\lambda }}[/latex]
a ta energija odgovara razlici između energijskih razina u atomu:
[latex]\mathit{E} = \mathit{E}_{2} - \mathit{E}_{1}[/latex]
Dakle:
[latex]\mathit{\lambda }=\frac{\mathit{hc}}{\mathit{E}_2-\mathit{E}_1}[/latex]
Analizom položaja linija možemo dobiti kvalitativnu informaciju o sastavu uzorka.
Mjerenje intenziteta linija daje kvantitativnu informaciju,
tj. koncentracije pojedinačnih elemenata.
I emisijski i apsorpcijski spektri u principu daju istu informaciju: položaji svjetlih ili tamnih linija direktan su odraz razlike energijskih razina zastupljenih atoma. Naime, energija svjetlosti, dakle i bilo koje linije u atomskim spektrima, je dana izrazom:
[latex]\mathit{E}=\mathit{h\nu }=\frac{\mathit{hc}}{\mathit{\lambda }}[/latex]
a ta energija odgovara razlici između energijskih razina u atomu:
[latex]\mathit{E} = \mathit{E}_{2} - \mathit{E}_{1}[/latex]
Dakle:
[latex]\mathit{\lambda }=\frac{\mathit{hc}}{\mathit{E}_2-\mathit{E}_1}[/latex]
Analizom položaja linija možemo, dakle, dobiti kvalitativnu informaciju o sastavu uzorka, dok nam mjerenje intenziteta linija daje kvantitativnu informaciju, tj. koncentracije pojedinačnih elemenata.
Primjena
U znanosti i tehnologiji
Metode atomske spektroskopije široko se primjenjuju u kemijskoj analizi. Spomenuli smo da nam mjerenje položaja linija daje informaciju o kemijskom sastavu, dok iz intenziteta dobivamo koncentracije pojedinačnih elemenata.
Atomska apsorpcijska spektroskopija je osjetljiva metoda, kojom se može mjeriti više od 60 metala i polumetala. Spektri nemetala su obično smješteni u dalekom UV području, što stvara eksperimentalne probleme u primjeni metode.
Emisijska spektroskopija se najviše primjenjuje u određivanju alkalijskih i zemnoalkalijskih elemenata, a najširu primjenu je našla u analizi bioloških uzoraka. Metoda je, uz različitu uspješnost, primjenjiva za određivanje barem polovice elemenata periodnog sustava.
Te metode nalaze vrlo široku primjenu u geokemiji te analizi teških metala, njihovom unosu kroz hranu, kretanju u okolišu i sličnim procesima.
Metode atomske spektroskopije široko se primjenjuju u kemijskoj analizi.
Spomenuli smo da nam mjerenje položaja linija daje informaciju o kemijskom sastavu,
dok iz intenziteta dobivamo koncentracije pojedinačnih elemenata.
Atomska apsorpcijska spektroskopija je osjetljiva metoda.
Tom se može mjeriti više od 60 metala i polumetala.
Spektri nemetala su obično smješteni u dalekom UV području.
To stvara eksperimentalne probleme u primjeni metode.
Emisijska spektroskopija se najviše primjenjuje u
određivanju alkalijskih i zemnoalkalijskih elemenata.
Najširu primjenu je našla u analizi bioloških uzoraka.
Metoda je, uz različitu uspješnost,
primjenjiva za određivanje barem polovice elemenata periodnog sustava.
Te metode nalaze vrlo široku primjenu u geokemiji te analizi teških metala,
njihovom unosu kroz hranu, kretanju u okolišu i sličnim procesima.
