Aatomiabsorptsioonspektroskoopia

Ajalugu

Aatomiabsorptsioonspektroskoopia sünniajaks võib lugeda 19. sajandi teist poolt, kui Robert Wilhelm Bunsen ja Gustav Kirchhoff järeldasid naatriumi spektrit uurides, et igal elemendil on unikaalne spekter, mida saab nende elementide tuvastamisel kasutada (nagu sõrmejälgi inimeste tuvastamiseks). Eelnimetatud järeldust võib lugeda AAS-i sünnihetkeks, kuid meetodit saatis teostamise keerukuse tõttu pikka aega edu vaid astronoomias. 
1952. aastal töötas Sir Alan Walsh välja kontseptsiooni AAS-aparatuuri loomiseks . Ta ise meenutas läbimurret: "Lõpetasin loll olemise ja nägin midagi, mis oleks pidanud olema algusest peale iseenesestmõistetav" viidates faktile, et peamiselt prooviti kontsentratsioone mõõta kiiratud valguse mõõtmise teel. Esimese AAS-spektromeetri ehitas 1960. aastatel Austraalia firma Techtron Pty. Ltd. Nüüdsest sai anda proovi sisu kohta ka täpsema kvantitatiivse hinnangu. See aparaat võimaldas suure osa elementide poolautomaatset määramist, hoides kokku nii aega kui ka kemikaale. Meetod võeti kasutusele kiiresti ja laialdaselt erinevates valdkondades nagu meditsiin, põllumajandus, biokeemia, veinitööstus ja teised. Tänaseks on AAS kasutusel peaaegu kõigis analüütikaga tegelevates laboratooriumides.

Teooria

Analüüdi tuvastamiseks kasutatakse ära nähtust, kus gaasifaasis olevad elemendi aatomid absorbeerivad valguskiirgust (valguskvante ehk footoneid) vaid teatud Bohri aatomiteooriast tulenevatel lainepikkustel. Teades, mis lainepikkustel mis element valguskiirgust neelab, on võimalik proovis olevaid elemente tuvastada. Kuigi suurem osa aineid neelavad valguskiirgust mitmel lainepikkusel, kattuvad need lainepikkused teistele ainetele iseloomulike lainepikkustega harva. Üldiselt vastab igale lainepikkusele vaid üks meid huvitav üleminek, seega on elemendi tuvastamine suhteliselt lihtne. Gaasifaasi viidud aatomeid kiiritatakse kvantidega, mille tulemusel võivad nad sobiva lainepikkuse korral minna ergastatud olekusse. Neelduva kvandi energia on seotud elektronide üleminekuga aatomite energianivoodel. Mida keerulisem on elektronorbitaalide ülesehitus (suuremad elektronorbitaalid), seda rohkem on võimalusi elektronide ergastamiseks ja seega lainepikkusi, mida aatom saab elektronergastusel kasutada. Võrreldes proove standardainetega või lineaarregressioonimeetodiga (teadaoleva kontsentratsiooniga proovidega) saab Beeri-Lamberdi seadust kasutades leida elementide kontsentratsioone proovis. Mõõdetakse valgusallikast detektorisse jõudva valguse intensiivsust ning valgusallikast läbi proovi detektorisse jõudnud valguse intensiivsust. Vastavate väärtuste vahe on võrdeline proovi aatomites neeldunud energiaga.

Aparatuur

Aatomiabsorptsioonspektroskoopias kasutatavaid spektromeetreid võib tinglikult jaotada järgmisteks osadeks: atomisaator, valgusallikas, monokromaator, detektor ja infotöötlusvahend, milleks reeglina on vastava tarkvaraga arvuti. Atomiseerimine on vajalik proovi muutmiseks aatomiteks. Kaks kõige tavalisemat atomisatsiooni viisi on leek- ja elektrotermiline atomisatsioon. Saadud aatomeid kiiritatakse valgusallikast tuleneva valguskiirgusega. Enne proovini jõudmist valgus filtreeritakse, valides monokromaatorit kasutades välja vaid uurijaid huvitava elemendiga seotud lainepikkused. Proovi läbinud valgus mõõdetakse detektoris, kust see edastatakse arvutile andmetöötluseks.

Valgusallikad

Kõige tavalisem valgusallikas AAS-i korral on õõneskatoodlamp. Nimetatud lambi kiirgusmaksimumid vastavad lambi ülesehitusele. Tavaliselt peab iga elemendi jaoks kasutama erinevat lampi. Ainult huvipakkuvate lainepikkuste mõõtmiseks kasutatakse mittevajalikke lainepikkusi eemaldavaid monokromaatoreid või valgusfiltreid. Määramaks kindlaks, kas valgus tuleb otse allikast või on proov sellele mõju avaldanud, tuleb valgust korduvalt mõõta. Probleemi saab lahendada, kasutades tiivikuks (inglise chopper) nimetatavad seadet, mis asub aparatuuris valgusallika ja leegi vahel. Tiivik katkestab perioodiliselt detektorisse jõudva valguse. Nii saab kiiresti võrrelda nii proovi läbinud kui proovi mitteläbinud valguse intensiivsust. Teisel juhul on kasutusel perioodiliselt sisse-välja lülituv valgusallikas. Mõlemal juhul on võimalik kindlaks määrata ja seejärel arvutada ainult proovist tuleneva kiirguse intensiivsust.

Detektorid

Detektor on aatomiabsorptsioonspektroskoopia aparatuuris (aatomiabsorptsioonspektromeetris) valguskiirgust registreeriv seade. Kasutada saab kõiki nähtava valguse ja sellele lähedastel lainepikkustel tötöavaid detektoreid. Levinud detektoriteks on fotokordistid (inglise fotomultiplayer tubes), ränifotodioodid ja fototorud. Kõik mainitud detektorid töötavad samal põhimõttel, muundades valguskiirguse elektriimpulssideks, mis registreeritakse, saadetakse infotöötluskeskusse (arvutisse) ja tõlgendatakse elementide kontsentratsiooniks.