|
Atomemissionsspektrometrie (AES)
Definition
- Messung der charakteristischen Lichtemission angeregter Atome und anschließende qualitative und
quantitative Auswertung.
Anwendungsgebiet
- Bestimmung von Metallen, vor allem der 1. und 2. Hauptgruppe.
Messprinzip
- Durch Zufuhr von Energie werden die Elektronen der Atome auf höhere Energieniveaus angehoben.
- Von diesen Energieniveaus stürzen sie unter Abgabe von Energie (Lichtquanten) auf niedrigere Energieniveaus zurück.
- Da die beobachteten Energieübergänge nicht nur vom Grundzustand ausgehen müssen, sind Emissionsspektren oftmals linienreicher als Absorptionsspektren und es kommt zur Entstehung von Banden.
- Praktisch sind alle Linien im Spektrum
Doppellinien, da die Elektronen im angeregten Zustand unterschiedliche
Spins annehmen können, die etwas andere Energieniveaus aufweisen.
- Trotz der Quantelung der Energie treten
keine extrem scharfen Linien auf, da der aufgrund der Schwingungen der
Atome vorhandene Dopplereffekt diese verbreitert. Je breiter die
beobachtete Linie ist, desto stärker ausgeprägt ist dieser Einfluss.
Aufbau
- Häufigste Anwendungsform ist die Flammenphotometrie, bei der eine wässrige
Lösung der zu analysierenden Substanz in eine Flamme gesprüht und die
daraus resultierende Lichtemission gemessen wird.
- Zur Atomisierung und Anregung können auch andere Verfahren eingesetzt
werden, z.B. Plasmaöfen (in der ICP-AES)
oder Lichtbogen.
Bemerkungen
- Die Temperatur hat entscheidenden Einfluss auf die Intensität der
Lichtemission. Dies folgt aus der Boltzmann-Gleichung:
| N* |
: |
Zahl der Atome im angeregten Zustand |
| N0 |
: |
Zahl der Atome im Grundzustand |
| g |
: |
statistischer Faktor (Gewichtung des oberen Niveaus) |
| ΔE |
: |
Anregungsenergie |
| k |
: |
Boltzmann-Konstante |
| T |
: |
absolute Temperatur (in K) |
- Für die D-Linie des Natriums erhält man danach bei einer Flammentemperatur
von 2500 °C ein Verhältnis von nur 2:10000, d.h. es sind nur zwei von 10000
Atomen im angeregten Zustand. Eine Erhöhung der Flammentemperatur um 200 °C
verdoppelt bereits die Anzahl der angeregten Atome.
- Allerdings lässt sich die
Temperatur nicht beliebig erhöhen, da der zunehmenden Emission aufgrund höherer
Temperatur eine zunehmende Ionisierung entgegen wirkt.
- Bei sehr hohen Temperaturen
werden auch die Ionen zur Emission angeregt. Dieses Spektrum überlagert dann das
der Atomemission.
Auswertung
- Theoretisch ist die gemessene Lichtemission eine lineare Funktion der Konzentration des emittierenden Atoms.
- In der Praxis wird dieser theoretische Zusammenhang jedoch durch Sekundärvorgänge in der Flamme soweit gestört,
dass mit Eichkurven gearbeitet werden muss.
- Diese berücksichtigen Vorgänge und Eigenschaften der Flamme wie Geometrie,
Temperatur und Eigenemission.
Verfahren
|
