Атомдық спектроскопия: атомдардың сәуле шығару/сіңіруін зерттеу. Элементтік құрамын анықтауға қолданылады. Оптикалық және массалық спектрометрия түрлері бар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Атомдардың жұтатын/шығаратын электромагниттік сәулеленуді зерттеу
Study of electromagnetic radiation absorbed/emitted by atoms
Физикада атомдық спектроскопия – атомдар жұтатын және шығаратын электромагниттік сәулеленуді зерттеу саласы. Әрбір элементтің өзіндік эмиссиялық спектрі болғандықтан, атомдық спектроскопия элементтік құрамын анықтау үшін қолданылады. Оны атомдастыру көзіне немесе қолданылатын спектроскопия түріне қарай жіктеуге болады. Соңғы жағдайда, негізгі жіктелу оптикалық және массалық спектрометрия болып табылады. Массалық спектрометрия, әдетте, аналитикалық көрсеткіштерді жақсырақ қамтамасыз етеді, бірақ ол күрделірек. Бұл күрделілік сатып алу құнының жоғары болуына, пайдалану шығындарының артуына, операторларды оқыту қажеттілігіне және бұзылуы мүмкін компоненттер санының көбеюіне әкеледі. Оптикалық спектроскопия көбінесе арзан және көптеген міндеттерге қанағаттандырарлық нәтиже беретіндіктен, ол кеңінен таралған. Атомдық сіңіру спектрометрлері – ең көп сатылатын және қолданылатын талдау құралдарының бірі.
In physics, atomic spectroscopy is the study of the electromagnetic radiation absorbed and emitted by atoms. Since unique elements have unique emission spectra, atomic spectroscopy is applied for determination of elemental compositions. It can be divided by atomization source or by the type of spectroscopy used. In the latter case, the main division is between optical and mass spectrometry. Mass spectrometry generally gives significantly better analytical performance, but is also significantly more complex. This complexity translates into higher purchase costs, higher operational costs, more operator training, and a greater number of components that can potentially fail. Because optical spectroscopy is often less expensive and has performance adequate for many tasks, it is far more common. Atomic absorption spectrometers are one of the most commonly sold and used analytical devices.
Атомдық спектроскопия
Электрондар атом ішінде энергия деңгейлерінде (яғни атомдық орбитальдарда) болады. Атомдық орбитальдар квантталған, яғни олар үздіксіз болудың орнына белгілі бір мәндер ретінде қана бар (қараңыз: атомдық орбитальдар). Электрондар орбитальдар арасында жылжуы мүмкін, бірақ осы үшін олар атомның нақты квантталған орбитальдық энергия деңгейлері арасындағы энергия айырмасына тең энергияны жұтуы немесе шығаруы керек. Оптикалық спектроскопияда электронды жоғары энергия деңгейіне (жоғары орбитальға) жылжыту үшін жұтылған энергия және/немесе электрон төмен энергия деңгейіне жылжығанда шығарылған энергия фотондар (жарық бөлшектері) түрінде жұтылады немесе шығарылады. Әрбір элементтің электрон саны ерекше болғандықтан, атом энергияны элементтік идентификациясына тән үлгіде жұтады/шығарады (мысалы, Ca, Na және т.б.) және осылайша фотондарды да соған сәйкес бірегей үлгіде жұтады/шығарады. Үлгідегі атомдардың типін немесе үлгідегі атомдардың мөлшерін жарық толқын ұзындығы мен жарық қарқындылығының осы өзгерістерін өлшеу арқылы анықтауға болады. Атомдық спектроскопия атомдық жұту спектроскопиясы және атомдық шығару спектроскопиясына бөлінеді. Атомдық жұту спектроскопиясында алдын ала белгіленген толқын ұзындығы бар жарық атомдар жиынтығынан өтеді. Егер жарық көзінің толқын ұзындығы атомдардағы екі энергия деңгейінің арасындағы энергия айырмасына сәйкес келетін энергияға ие болса, жарықтың бір бөлігі жұтылады. Көзден (мысалы, шамнан) шығарылған жарық қарқыны мен детектор жинаған жарық қарқыны арасындағы айырмашылық жұту мәнін береді. Осы жұту мәнін үлгідегі белгілі бір элементтің (немесе атомдардың) концентрациясын анықтау үшін пайдалануға болады. Атомдардың концентрациясы, жарық атомдар жиынтығынан өтетін қашықтық және жұтылған жарықтың үлесі арасындағы қатынас Бер–Ламберт заңымен берілген. Атомдық шығару спектроскопиясында шығарылған жарықтың қарқыны атомдардың концентрациясына тікелей пропорционалды.
Electrons exist in energy levels (i. e. atomic orbitals) within an atom. Atomic orbitals are quantized, meaning they exist as defined values instead of being continuous (see: atomic orbitals). Electrons may move between orbitals, but in doing so they must absorb or emit energy equal to the energy difference between their atom's specific quantized orbital energy levels. In optical spectroscopy, energy absorbed to move an electron to a higher energy level (higher orbital) and/or the energy emitted as the electron moves to a lower energy level is absorbed or emitted in the form of photons (light particles). Because each element has a unique number of electrons, an atom will absorb/release energy in a pattern unique to its elemental identity (e. g. Ca, Na, etc.) and thus will absorb/emit photons in a correspondingly unique pattern. The type of atoms present in a sample, or the amount of atoms present in a sample can be deduced from measuring these changes in light wavelength and light intensity. Atomic spectroscopy is further divided into atomic absorption spectroscopy and atomic emission spectroscopy. In atomic absorption spectroscopy, light of a predetermined wavelength is passed through a collection of atoms. If the wavelength of the source light has energy corresponding to the energy difference between two energy levels in the atoms, a portion of the light will be absorbed. The difference between the intensity of the light emitted from the source (e. g., lamp) and the light collected by the detector yields an absorbance value. This absorbance value can then be used to determine the concentration of a given element (or atoms) within the sample. The relationship between the concentration of atoms, the distance the light travels through the collection of atoms, and the portion of the light absorbed is given by the Beer–Lambert law. In atomic emission spectroscopy, the intensity of the emitted light is directly proportional to the concentration of atoms.
Иондық және атомдық көздер
Көздерді көптеген тәсілдермен бейімдеуге болады, бірақ төмендегі тізімдер бірқатар көздердің жалпы қолданылуын көрсетеді. Олардың ішінде жалындар ең көп таралған, себебі олардың құны төмен және қолдануы оңай. Индуктивті түрлендірілген плазмалар, әсіресе массалық спектрометрлермен қолданылғанда, олардың жоғары талдау өнімділігі мен әмбебаптығы үшін танымал, бірақ олар жалындарға қарағанда әлдеқайда сирек қолданылады. Барлық атомдық спектроскопия үшін үлгі буланып, атомдастырылуы керек. Атомдық массалық спектрометрия үшін үлгі иондалуы да қажет. Булану, атомдастыру және иондалу көбінесе, бірақ әрқашан емес, бір көзден жүзеге асырылады. Балама ретінде, бір көз үлгіні буландыру үшін, ал екіншісі атомдастыру (және мүмкін иондау) үшін қолданылуы мүмкін. Мысалы, лазерлік абляция индуктивті түрлендірілген плазмалық атомдық эмиссиялық спектрометриясында лазер қатты үлгіні буландыру үшін, ал индуктивті түрлендірілген плазма буды атомдастыру үшін қолданылады. Атомдық сіңіру спектроскопиясында ең көп қолданылатын жалындар мен графит пештерін қоспағанда, көптеген көздер атомдық эмиссия спектроскопиясында қолданылады. Сұйық үлгіні алу көздеріне жалындар мен ұшқыштар (атомдық көз), индуктивті түрлендірілген плазма (атомдық және иондық көз), графит пеш (атомдық көз), микротолқынды плазма (атомдық және иондық көз) және тұрақты ток плазмасы (атомдық және иондық көз) жатады. Қатты үлгіні алу көздеріне лазерлер (атомдық және бу көзі), жарқыраған разряд (атомдық және иондық көз), доға (атомдық және иондық көз), ұшқын (атомдық және иондық көз) және графит пештері (атомдық және бу көзі) жатады. Газ үлгілерін алу көздеріне жалындар (атомдық көз), индуктивті түрлендірілген плазма (атомдық және иондық көз), микротолқынды плазма (атомдық және иондық көз), тұрақты ток плазмасы (атомдық және иондық көз) және жарқыраған разряд (атомдық және иондық көз) жатады.
Sources can be adapted in many ways, but the lists below give the general uses of a number of sources. Of these, flames are the most common due to their low cost and their simplicity. Although significantly less common, inductively coupled plasmas, especially when used with mass spectrometers, are recognized for their outstanding analytical performance and their versatility. For all atomic spectroscopy, a sample must be vaporized and atomized. For atomic mass spectrometry, a sample must also be ionized. Vaporization, atomization, and ionization are often, but not always, accomplished with a single source. Alternatively, one source may be used to vaporize a sample while another is used to atomize (and possibly ionize). An example of this is laser ablation inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, where a laser is used to vaporize a solid sample and an inductively coupled plasma is used to atomize the vapor. With the exception of flames and graphite furnaces, which are most commonly used for atomic absorption spectroscopy, most sources are used for atomic emission spectroscopy. Liquid sampling sources include flames and sparks (atom source), inductively coupled plasma (atom and ion source), graphite furnace (atom source), microwave plasma (atom and ion source), and direct current plasma (atom and ion source). Solid sampling sources include lasers (atom and vapor source), glow discharge (atom and ion source), arc (atom and ion source), spark (atom and ion source), and graphite furnace (atom and vapor source). Gas sampling sources include flame (atom source), inductively coupled plasma (atom and ion source), microwave plasma (atom and ion source), direct current plasma (atom and ion source), and glow discharge (atom and ion source).