Atomemissionsspektrometrie (AES)
Definition
- Analytisches Verfahren, bei dem die charakteristische Lichtemission thermisch angeregter Atome gemessen und anschließend qualitativ und quantitativ ausgewertet wird.
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 [1] N0 : Zahl der Atome im Grundzustand [1] g : statistischer Faktor (Gewichtung des oberen Niveaus) DE : Anregungsenergie k : Boltzmann-Konstante T : absolute Temperatur [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
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Siehe auch: