Das Atomabsorptionsspektrometer ist ein Präzisionsinstrument für die Analyse von Spurmetallelementen, dessen Arbeitsprinzip auf der Absorption der charakteristischen Lichtstrahlung durch Atome im Grundzustand basiert. Die Arbeitskette kann eindeutig in fünf Kernteile unterteilt werden: Lichtquelle, Atomizator, Spektralsystem, Detektor und Datenverarbeitungssystem.
1. Lichtquelle: Die „reine“ Charakteristiklinie des zu messenden Elements emittiert
Das Instrument verwendet eine hohle Katodenlampe als Lichtquelle, deren Katode aus zu messenden Elementen besteht. Es emittiert das charakteristische Wellenlängenspektrum des Elements mit einer extrem schmalen Breite (0,002 nm), hoher Intensität und Stabilität. Diese "scharfe Linienlichtquelle" ist eine Voraussetzung für eine hochselektive und empfindliche Messung, da sie fast ausschließlich von den Grundatomen des gleichen Elements in der Probe absorbiert wird.
Atomizator: Umwandlung der Probe in eine "Grundzustands-Atomwalke"
Das ist das „Herz“ des Instruments. Die Probenlösung wird in den Atomizator eingeführt, um das zu messende Element von einem Verbindungszustand in freie, im Grundzustand befindliche gasförmige Atome zu verwandeln. Die Hauptmethoden sind:
Flammenatomisierung: Die Verbrennung von Gasen (wie Acetylen) und Hilfsgasen (wie Luft) erzeugt hohe Temperaturen, die schnell, aber etwas weniger effizient sind.
Atomierung des Graphenofens: Trocknung, Grauerung, Atomierung und Reinigung durch Programmerwärmung in einem elektrisch betriebenen Graphenrohr, hohe Atomierungseffizienz und weit höhere Empfindlichkeit als die Flammenmethode.
3. Spektralsystem: "Ziel"-Wellenlängenlicht auswählen
Der Strahl, der aus dem Atomizator kommt, enthält die charakteristischen Spektrallinien der Lichtquelle und die von dem Atomizator selbst erzeugten Hintergrundstrahlung. Das Spektralsystem, das hauptsächlich aus einem Raster besteht, funktioniert wie ein "Monofarbfilter", dessen Kernaufgabe es ist, die für die Messung verwendete charakteristische Resonanzspektralinie genau zu trennen und zu screenen und sie auf den Detektor zu projizieren, um Störungen durch andere Licht zu minimieren.
Detektoren und Datenverarbeitungssysteme: Messung und Berechnung der Absorption
Ein Detektor (in der Regel ein Photomultiplikator oder ein Feststoffdetektor) ist für die Umwandlung von Lichtsignalen verantwortlich, die nach der Absorption von Atomdampf geschwächt werden, in elektrische Signale. Das System misst das Verhältnis zwischen der emittierenden Lichtintensität (I0) der Lichtquelle und der durch das Atom absorbierten Lichtintensität (I).
Gemäß dem Lambert-Beer-Gesetz ist die Absorption A = lg (I0/I), deren Wert in direktem Verhältnis zur Konzentration der Atome im Grundzustand in der Probe ist. Durch den Vergleich der Absorption einer unbekannten Probe mit der Absorption einer Standardserienlösung mit bekannten Konzentrationen kann der Gehalt an zu messenden Elementen in der Probe genau berechnet werden.
Zusammenfassend ist die Arbeitskette des Atomabsorptionsspektrometers ein feiner Prozess mit einer Ringverbindung: Das "reine" Licht, das von einer bestimmten Lichtquelle ausgesendet wird, wird durch die von dem Atomizator vergastete Atomwalke durchgeführt, wird durch das Spektralsystem gereinigt und vom Detektor genau erfasst, wie hoch es absorbiert wird, und wird schließlich durch Datenverarbeitung die Schwächung des Lichtsignals direkt in den Konzentrationswert des Elements umgewandelt.