Spettrofotometria di assorbimento atomico (AAS)

Principi Fondamentali della Spettrofotometria di Assorbimento Atomico

La spettrofotometria di assorbimento atomico (AAS) è una tecnica analitica di precisione utilizzata per la determinazione quantitativa di elementi metallici e alcuni non metalli presenti in campioni vari. Il principio su cui si basa l'AAS è l'assorbimento selettivo di radiazioni elettromagnetiche da parte di atomi vaporizzati. Gli atomi, quando esposti a una specifica lunghezza d'onda, assorbono fotoni e transitano da uno stato energetico fondamentale a uno stato eccitato. Ogni elemento possiede un set unico di lunghezze d'onda corrispondenti alle transizioni elettroniche possibili, che si manifestano come linee spettrali distintive nel loro spettro di assorbimento. La larghezza di queste linee spettrali è influenzata da vari fattori, tra cui l'allargamento di Lorentz dovuto alle collisioni tra particelle, l'allargamento Doppler causato dal movimento termico degli atomi e l'allargamento naturale, che è una conseguenza diretta del principio di indeterminazione di Heisenberg.

Processo di Atomizzazione e Misurazione dell'Assorbimento

Per effettuare una misurazione accurata, il campione viene prima atomizzato, ovvero trasformato in atomi liberi, attraverso l'uso di una fiamma o un fornetto di grafite. Successivamente, si irradia il campione con una sorgente di luce di lunghezza d'onda specifica per l'elemento da analizzare. La quantità di radiazione assorbita è direttamente proporzionale alla concentrazione degli atomi nello stato fondamentale presenti nel cammino ottico. Questa relazione è descritta dalla legge di Beer-Lambert, che stabilisce che l'assorbimento di luce è proporzionale al numero di atomi assorbenti e alla lunghezza del cammino ottico attraverso il campione.

Sorgenti di Radiazione Specifiche per l'Assorbimento Atomico

Nella spettrofotometria di assorbimento atomico, le sorgenti di radiazione sono scelte per fornire lunghezze d'onda precise, corrispondenti alle transizioni atomiche degli elementi da analizzare. La lampada a catodo cavo è la sorgente più utilizzata, costituita da un catodo fatto dell'elemento target e un anodo, entrambi posti all'interno di un bulbo riempito di un gas inerte come argon o neon. Quando il catodo viene eccitato elettricamente, gli atomi dell'elemento si vaporizzano e, urtando con il gas inerte, emettono radiazione alle lunghezze d'onda caratteristiche. Esistono lampade specifiche per ogni elemento, oltre a lampade multielemento che possono essere utilizzate per l'analisi simultanea di più elementi.

Tecniche di Atomizzazione Senza Fiamma

Le tecniche di atomizzazione senza fiamma, come l'uso di un fornetto di grafite, sono particolarmente utili per l'analisi di campioni con bassa concentrazione di analita. Il campione viene introdotto nel fornetto e attraversa diverse fasi di riscaldamento: essiccamento, pirolisi e atomizzazione. Questo processo consente di eliminare i componenti volatili e di ottenere un'atomizzazione efficiente. Il segnale di assorbimento, misurato durante l'atomizzazione, è proporzionale alla quantità di analita presente. Per minimizzare le interferenze, si utilizzano tecniche come il riscaldamento trasversale e la piattaforma di L'vov, che migliorano l'uniformità del riscaldamento e la completezza dell'atomizzazione.

Rivelatori e Elaborazione dei Segnali in AAS

I rivelatori in AAS sono generalmente tubi fotomoltiplicatori, che convertono i fotoni assorbiti in un segnale elettrico. La sensibilità e la precisione delle misurazioni sono influenzate dalla corrente di fondo e dal rumore di fondo. Il sistema di elaborazione dei segnali è progettato per discriminare il segnale utile da quello di interferenza, permettendo una lettura accurata dell'intensità di assorbimento e, di conseguenza, della concentrazione dell'analita nel campione.

Gestione delle Interferenze in AAS

Le interferenze in AAS possono essere di tipo spettrale o non spettrale. Le interferenze non spettrali riguardano la formazione e la presenza di atomi dell'analita nel cammino ottico, mentre quelle spettrali sono causate da assorbimenti sovrapposti di altre specie chimiche. Per contrastare queste interferenze, si utilizzano tecniche come la correzione di fondo con il metodo Zeeman, che sfrutta l'effetto Zeeman per dividere la riga spettrale in componenti polarizzate magneticamente, permettendo di isolare l'assorbimento dell'analita da quello di fondo.