Атомно-абсорбционная спектрометрия

АТОМНО-АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ (ААС), раздел оптической спектроскопии, изучающий закономерности поглощения (абсорбции) оптического излучения свободными атомами в газовой фазе. Возникновение ААС можно отнести к 1802 году, когда У. Волластон обнаружил тёмные линии в спектре излучения Солнца, позже (1814-15) объяснённые И. Фраунгофером поглощением света в солнечной атмосфере. Широко используется в физике и астрофизике (определение коэффициента диффузии атомов, температуры газа, химического состава звёзд и др.), физической химии (определение давления насыщенных паров, теплот испарения и др.). Наибольшее применение ААС нашла в аналитической химии, составляя основу атомно-абсорбционного анализа (ААА) - метода количественного определения элементного состава вещества по спектрам поглощения атомов. В основе аналитических приложений лежит избирательное поглощение атомом оптического излучения строго определённых длин волн. Как спектроаналитический метод впервые реализован австралийским физиком А. Уолшем в 1955 году.

Для измерения атомного поглощения используют атомно-абсорбционные спектрофотометры. Исследуемое вещество, как правило, предварительно переведённое в раствор, вводится в специальное устройство - атомизатор, где нагревается до высоких температур и испаряется, превращаясь в атомарный пар. Через образовавшийся слой атомов пропускают оптическое излучение интенсивности I₀ на длине волны, характеристической для определяемого элемента (например, для атомов свинца это излучение с длиной волны 283,3 нм). Просвечивающее излучение поглощается атомами тем сильнее, чем выше их концентрация в исследуемом веществе. Излучение интенсивности I, прошедшее через поглощающий слой, направляется далее в монохроматор, в котором выделяется требуемый спектральный интервал, детектируется приёмником оптического излучения и обрабатывается с помощью компьютера (рис.).

Измеряемой величиной является абсорбционность, или оптическая плотность, А, определяемая соотношением А = lg(I₀/I). Согласно закону Бугера - Ламберта - Бера, абсорбционность прямо пропорциональна концентрации атомов определяемого элемента в анализируемой пробе.

В качестве атомизатора наиболее часто применяют пламя смесей пропан - бутан - воздух, ацетилен - воздух, ацетилен - оксид азота(I) с температурами 1900 °С, 2000 °С и 2700 °С соответственно. В 1959 году российский химик Б. В. Львов предложил в качестве атомизатора использовать нагреваемые электрическим током до 3000 °С трубчатые графитовые мини-печи. Отличительная особенность последних - значительно более высокая чувствительность измерений, обусловленная локализацией атомного пара в мини-печи. В качестве источника просвечивающего излучения в ААС используются лампы с полым катодом или безэлектродные спектральные лампы, в которых возбуждается линейчатое излучение, характерное для определяемого элемента. Применяются также источники сплошного спектра, главным образом ксеноновые лампы, в спектре излучения которых присутствуют все длины волн.

ААА используют для определения более 50 элементов периодической системы. Наиболее широко метод применяют для определения металлов; не определяют газы и некоторые неметаллы, аналитические линии которых располагаются в области вакуумного УФ-излучения с длиной волны менее 190 нм. При использовании пламенного атомизатора пределы обнаружения для большинства элементов в растворах составляют 10^-6-10^-4%, в электротермическом варианте - 10^-9— 10^-7%. Достоинства метода: высокая точность определения, как следовых количеств, так и макроконцентраций элементов в пробе, хорошая воспроизводимость результатов, низкие пределы обнаружения, простота анализа.

Лит.: Львов Б. В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. М., 1966; Брицке М.Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ. М., 1982; Ермаченко Л. А. Атомно-абсорбционный анализ в санитарно-гигиенических исследованиях. М., 1997; Пупышев А. А. Практический курс атомно-абсорбционного анализа. Екатеринбург, 2003.