Quang phổ nguyên tử là nghiên cứu về bức xạ điện từ hấp thụ và phát ra bởi các nguyên tử. Vì các phần tử độc đáo có phổ đặc trưng (ký hiệu) nên phổ dụng quang phổ nguyên tử, đặc biệt là phổ điện từ hoặc phổ khối lượng, để xác định các thành phần nguyên tố. Nó có thể được chia ra bởi nguồn nguyên tử hoặc bằng loại quang phổ được sử dụng. Trong trường hợp thứ hai, bộ phận chính giữa quang phổ và quang phổ khối. Quang phổ khối thường cho kết quả phân tích tốt hơn đáng kể, nhưng cũng phức tạp hơn đáng kể. Sự phức tạp này chuyển thành chi phí mua hàng cao hơn, chi phí hoạt động cao hơn, đào tạo nhân viên nhiều hơn và một số lượng lớn các thành phần có khả năng thất bại. Bởi vì quang phổ quang phổ thường rẻ hơn và có hiệu suất phù hợp với nhiều tác vụ nên phổ biến hơn rất nhiều Phóng xạ hấp thụ nguyên tử là một trong những thiết bị phân tích phổ biến nhất được sử dụng và bán.
Quang phổ học
Các điện tử tồn tại ở mức năng lượng (tức là các orbital nguyên tử) trong một nguyên tử. Các quỹ đạo nguyên tử được lượng tử hoá, có nghĩa là chúng tồn tại dưới dạng các giá trị được xác định thay vì liên tục (xem: orbital nguyên tử). Các electron có thể di chuyển giữa các orbitals, nhưng khi làm như vậy chúng phải hấp thụ hoặc phát ra năng lượng bằng với sự khác nhau năng lượng giữa các mức năng lượng quỹ đạo lượng tử cụ thể của nguyên tử đó. Trong quang phổ quang học, năng lượng hấp thụ để di chuyển một điện tử tới mức năng lượng cao hơn (quỹ đạo cao hơn) và / hoặc năng lượng phát ra khi electron di chuyển tới mức năng lượng thấp hơn được hấp thụ hoặc phát ra dưới dạng photon (các hạt ánh sáng). Bởi vì mỗi phần tử có một số điện tử duy nhất, một nguyên tử sẽ hấp thụ / giải phóng năng lượng theo một khuôn mẫu duy nhất cho sự nhận dạng nguyên tố (ví dụ Ca, Na, vv) và do đó sẽ hấp thụ / phát ra các photon theo một mẫu duy nhất tương ứng. Loại nguyên tử có trong một mẫu, hoặc lượng nguyên tử có trong một mẫu có thể được suy ra từ việc đo những thay đổi này trong bước sóng ánh sáng và cường độ ánh sáng.
Quang phổ quang học được chia ra thành quang phổ hấp thụ nguyên tử và quang phổ phát xạ nguyên tử. Trong quang phổ hấp thụ nguyên tử, ánh sáng của một bước sóng định trước được truyền qua một tập hợp các nguyên tử. Nếu bước sóng của nguồn ánh sáng có năng lượng tương ứng với sự chênh lệch năng lượng giữa hai mức năng lượng trong các nguyên tử, một phần của ánh sáng sẽ được hấp thụ. Sự khác biệt giữa cường độ ánh sáng phát ra từ nguồn (ví dụ, đèn) và ánh sáng thu được bởi máy dò mang lại giá trị hấp thụ. Giá trị hấp thụ này sau đó có thể được sử dụng để xác định nồng độ của một nguyên tố nhất định (hoặc nguyên tử) trong mẫu. Mối quan hệ giữa nồng độ các nguyên tử, khoảng cách ánh sáng di chuyển qua bộ sưu tập các nguyên tử, và phần hấp thụ ánh sáng được cho bởi luật Beer-Lambert. Trong quang phổ phát xạ nguyên tử, cường độ ánh sáng phát ra trực tiếp tỷ lệ thuận với nồng độ các nguyên tử.
Quang phổ khối
Để biết thêm chi tiết về chủ đề này, xem Phổ khối.
Quang phổ khối nguyên tử cũng tương tự như các loại quang phổ khối khác ở chỗ nó bao gồm một nguồn ion, một máy phân tích khối lượng và một máy dò. Các đặc tính của các nguyên tử được xác định bởi tỷ lệ khối lượng của chúng (thông qua máy phân tích khối lượng) và nồng độ của chúng được xác định bởi số lượng ion phát hiện được. Mặc dù nghiên cứu đáng kể đã được đi vào tuỳ biến quang phổ khối cho các nguồn ion nguyên tử, nó là nguồn ion khác với hầu hết các hình thức phổ khối khác. Các nguồn ion này cũng phải làm nguyên tử mẫu, hoặc bước phun hóa phải diễn ra trước khi ion hóa. Các nguồn ion nguyên tử nói chung là các sửa đổi của nguyên tử quang phổ quang học nguyên tử.
Nguồn Ion và nguyên tử
Các nguồn có thể được điều chỉnh theo nhiều cách, nhưng các danh sách dưới đây cho phép sử dụng chung một số nguồn. Trong số này, lửa là phổ biến nhất do chi phí thấp và sự đơn giản của họ. Mặc dù phổ thông ít phổ biến, phù hợp với quy nạp, đặc biệt là khi sử dụng với quang phổ khối, được công nhận cho hiệu suất phân tích nổi bật của họ và tính linh hoạt của chúng.
Đối với tất cả các quang phổ nguyên tử, một mẫu phải được bốc hơi và xả. Đối với quang phổ khối lượng nguyên tử, một mẫu cũng phải được ion hóa. Việc bốc hơi, phun hoá, và ion hóa thường, nhưng không phải lúc nào cũng hoàn thành với một nguồn duy nhất. Một cách khác, một nguồn có thể được sử dụng để làm bay hơi mẫu, trong khi một nguồn khác được sử dụng để làm nguyên tử (và có thể ion hóa). Một ví dụ về việc này là quang phổ phát xạ plasma nguyên tử bằng phương pháp quy nạp bằng laze, trong đó một laser được sử dụng để làm bốc hơi một mẫu rắn và một plasma liên kết với quy nạp được sử dụng để làm nguyên tử hơi.
Với ngoại lệ của ngọn lửa và lò nung than chì, được sử dụng phổ biến nhất cho quang phổ hấp thụ nguyên tử, hầu hết các nguồn được sử dụng cho quang phổ phát xạ nguyên tử.
Các nguồn lấy mẫu lỏng gồm có ngọn lửa và tia lửa (nguồn nguyên tử), plasma kết hợp quy nạp (nguyên tử và nguồn ion), lò graphite (nguồn nguyên tử), plasma vi sóng (nguyên tử và nguồn ion) và plasma trực tiếp (nguyên tử và nguồn ion ). Các nguồn lấy mẫu rắn bao gồm laser (nguyên tử và nguồn hơi), nguồn phóng xạ (nguyên tử và nguồn ion), hồ quang (nguyên tử và nguồn ion), tia lửa (nguyên tử và nguồn ion), và than graphite (nguồn nguyên tử và hơi). Các nguồn lấy mẫu khí gồm có nguồn ngọn lửa (nguồn nguyên tử), plasma kết hợp quy nạp (nguyên tử và nguồn ion), plasma vi sóng (nguyên tử và nguồn ion), plasma trực tiếp (nguyên tử và nguồn ion) và phát ra ánh sáng (nguồn nguyên tử và ion ).