ATOMABSZORPCIÓS SPEKTROMETRIA
Dr. Posta József
Hallgatói Információs Központ
A szabad atomoknak két energiaállapot (i és k szint) közötti megoszlása adott hőmérsékleten termikus egyensúly alapján valósul meg. Egy kiválasztott hőmérsékleten az i és k energiaszinten előforduló atomok számát az alábbiak szerint adhatjuk meg:
(36)
(37)
ahol
ni és nk - az adott energiaszinten levő atomok száma
Ei és Ek - az adott szintekhez tartozó energia nagysága
c - Ei és Ek-tól független állandó
k - Boltzmann állandó
T - abszolút hőmérséklet
gi és gk - statisztikus súlyok
A gi és gk statisztikus súlyok is elektronszerkezeti állandók, az adott (i és k szintű) energiaállapot felépítéséhez szükséges Zeeman és hiperfinom atomi szintek számát adják meg.
A két energiaszinthez tartozó atomszám arányát felírva az alábbi összefüggést kapjuk.
(38)
Ha a (38) összefüggésben az i szintet az alapállapotú atomi szintnek tekintjük, amelynek az energiaértéke Ei = 0, az összefüggés az alábbiak szerint módosul.
(39)
A 0 indexszel az alapállapothoz, 1 indexszel pedig a gerjesztett szinthez tartozó adatokat jelöltük.
2000-4000 K hőmérsékleten, amely tartományban az atomabszorpciós spektrometriás módszerrel lángban és grafitkemencében az alapállapotú szabad atomok előállítása történik, a gerjesztett és az alapállapotú atomok aránya elemenként változik, de a legkönnyebben gerjeszthető elemnél is alig haladja meg az alapállapotú atomok 1%-át. Az 1. táblázatban néhány elemnek az n1/n0 értékeit tüntettük fel különböző hőmérsékleten.
(40)
(1). táblázat - A gerjesztett és alapállapotú atomok arányának függése a hőmérséklettől [12].
| Elem | Gerjesztési energia, eV | Hullámhossz, nm | g1/g0 | n1/n0 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2000 K | 3000 K | 4000 K | ||||
| Zn | 5.80 | 213.9 | 3 | 7.29 ·10-15 | 5.58 ·10-10 | 1.48 ·10-7 |
| Ca | 2.93 | 422.7 | 3 | 1.21 ·10-7 | 3.69 ·10-5 | 6.03 ·10-4 |
| Na | 2.11 | 589.0 | 2 | 0.86 ·10-4 | 5.88 ·10-4 | 4.44 ·10-3 |
| Cs | 1.46 | 852.1 | 2 | 4.44 ·10-4 | 7.24 ·10-3 | 2.98 ·10-2 |
Az 1. táblázat adataiból kitűnik, hogy a gerjesztett atomok aránya az alapállapotú atomokhoz viszonyítva az adott hőmérséklettartományban szinte elhanyagolható. Ez nagy előnye az AAS módszernek a lángfotometriához képest. A gerjesztett atomok aránya, amelyet a lángfotometria használ, erősen függ a hőmérséklettől. Adott tartományon belül a lánghőmérséklet ingadozása a gerjesztett atomokat felhasználó lángfotometriában jelentős hibát eredményezhet, az atomabszorpciós elemzésnél ugyanakkor az ebből adódó hiba elhanyagolható.