Атомная абсорбция основана на способности отдельных атомов поглощать излучение с определённой длиной волны. Процесс поглощения происходит, когда энергия фотона совпадает с энергией перехода электрона атома из основного состояния в возбуждённое. В аналитической химии этот принцип используется для количественного определения элементов в пробах с высокой точностью и чувствительностью.
Ключевой момент: поглощение излучения происходит только атомами в газовой фазе, обычно в виде свободных атомов, не образующих молекулы или ионные комплексы.
Атомизация Для достижения газофазного состояния используется атомизатор — чаще всего пламя или графитовая трубка. В пламени образуются свободные атомы, находящиеся преимущественно в основном состоянии. В графитовой трубке атомизация происходит при высоких температурах, что позволяет работать с малыми объёмами пробы и повышает чувствительность метода.
Абсорбция излучения Свет, проходящий через атомный облак, частично поглощается атомами. Количество поглощённого света определяется законом Бугера–Ламберта–Бера:
$$ A = \log_{10} \frac{I_0}{I} = \varepsilon \, c \, l $$
где A — абсорбция, I0 и I — интенсивности падающего и прошедшего через образец света, ε — молярный коэффициент абсорбции, c — концентрация атомов, l — длина поглощаемого слоя.
Выбор длины волны Для измерений используется резонансная длина волны, соответствующая переходу электрона конкретного элемента. Это обеспечивает селективность метода, исключая влияние соседних элементов.
Наиболее распространены лампы с полым катодом и электрооптические источники. Лампы с полым катодом создают спектр линии конкретного элемента, что идеально подходит для атомной абсорбции. Полихроматические источники требуют применения монохроматоров для выделения нужной длины волны.
Ключевой момент: стабильность источника критична для точности измерений, так как флуктуации интенсивности напрямую влияют на результаты.
Пламенная атомизация Используется смесь газа и воздуха или ацетилена. Образуется аэрозоль, который распыляется в пламя. Температура пламени контролирует степень атомизации. Пламенная атомизация подходит для массового анализа с низкой и средней чувствительностью.
Графитовая трубка Проба помещается в микроколбу графитовой трубки и нагревается в несколько этапов: сушка, разложение и атомизация. Метод обеспечивает высокую чувствительность и малые объёмы пробы.
Химическая атомизация Используются реагенты, способствующие образованию атомов в газовой фазе при сравнительно низких температурах, применимо для некоторых металлов с низкой температурой атомизации.
Матрица пробы Присутствие других элементов может изменять температуру атомизации или образовывать трудно разрушаемые соединения, что снижает эффективность абсорбции.
Турбулентность и поток газа Неправильное распределение пробы в пламени или трубке приводит к изменению концентрации атомов в поглощающем слое.
Интерференции
Атомная абсорбция позволяет определять элементы в диапазоне от микрограмм до нанограмм на миллилитр пробы. Линейность калибровочной зависимости ограничена низкими концентрациями, при которых выполняется закон Бугера–Ламберта–Бера. Для высоких концентраций необходимо использовать разбавление или корректировку данных.
Метод широко используется для анализа металлов в воде, почве, биологических жидкостях, промышленных материалах. Он обеспечивает высокую селективность, минимальные объёмы проб, возможность автоматизации и интеграции с современными аналитическими системами.
Ключевой аспект: атомная абсорбция сочетает простоту спектрофотометрии с высокой чувствительностью и селективностью, что делает её фундаментальным инструментом современной аналитической химии.