2.1.4.1. Cơ sở của phương phỏp
Nguyờn tử bao gồm hạt nhõn và cỏc electron chuyển động xung quanh hạt nhõn. Ở điều kiện thường nguyờn tử khụng thu và cũng khụng phỏt năng lượng dưới dạng cỏc bức xạ. Lỳc này nguyờn tử ồn tai ở dạng cơ bản. Đú là trạng thỏi bền vững và nghốo năng lượng nhất của nguyờn tử.
Nhưng khi nguyờn tử ở trạng thỏi hơi tự do, nếu ta chiếu những chựm tia sỏng cú những bước súng ứng với tần số xỏc định vào đỏm hơi nguyờn tử đú, thỡ cỏc nguyờn tử tự do sẽ hấp thụ cỏc bức xạ cú bước súng nhất định ứng đỳng với cỏc bức xạ mà nú cú thể phỏt ra trong quỏ trinh phỏt xạ của nú. Lỳc này nguyờn tử đó nhận năng lượng của cỏc tia bức xạ chiếu vào nú và chuyển
lờn trạng thỏi kớch thớch cú năng lượng cao hơn trạng thỏi cơ bản. Quỏ trỡnh đú gọi là quỏ trỡnh hấp thụ năng lượng của nguyờn tử tự do ở trạng thỏi hơi và tạo ra phổ nguyờn tử của nguyờn tố đú. Phổ sinh ra trong quỏ trỡnh này được gọi là phổ hấp thụ nguyờn tử (AAS).
2.1.4.2. Nguyờn tắc của phộp đo AAS
Phộp đo phổ hấp thụ nguyờn tử dựa trờn cơ sở nguyờn tử ở trạng thỏi hơi cú khả năng hấp thu cỏc bức xạ cú bước súng nhất định mà nú cú thể phỏt ra trong quỏ trinh phỏt xạ khi chiếu một chựm tia sỏng cú bước súng nhất định vào đỏm hơi nguyờn tử đú. Để thực hiện cỏc phộp đo phổ, người ta thực hiện cỏc qui trỡnh sau:
Chuyển mẫu phõn tớch thành trạng thỏi hơi của nguyờn tử tự do (quỏ trỡnh nguyờn tử húa mẫu). Đõy là việc rất quan trọng của phộp đo vỡ chỉ cú cỏc nguyờn tử tự do ở trạng thỏi hơi mới cú khả năng cho phổ hấp thụ nguyờn tử. Số nguyờn tử tự do ở trạng thỏi hơi là yếu tố quyết định cường độ vạch phổ. Cú hai kĩ thuật nguyờn tử húa mẫu là kĩ thuật nguyờn tử húa mẫu trong ngọn lửa (F-AAS) và kĩ thuật nguyờn tử húa mẫu khụng ngọn lửa (EST-AAS). Nguyờn tắc chung là dựng nhiệt độ cao để húa hơi và nguyờn tử húa mẫu phõn tớch.
Sau khi chiếu chựm tia sỏng phỏt xạ của nguyờn tố cần phõn tớch từ nguồn bức xạ vào đỏm hơi nguyờn tử đú để chỳng hấp thụ những bức xạ đơn sắc nhạy hay bức xạ cộng hưởng cú bước súng nhất định ứng đỳng với tia phỏt xạ nhạy của chỳng. Nguồn phỏt xạ chựm tia đơn sắc cú thể là đốn catụt rỗng HCl, cỏc đốn phúng điện khụng điện cực (EDL) hay nguồn phỏt xạ liờn tục đó được biến điệu. Ở đõy, cường độ bức xạ bị hấp thụ tỉ lệ với số nguyờn tử tự do cú mụi trường hấp thụ theo cụng thức:
I = I0.e-Kλ NI (1.1) Trong đú:
I0: là cường độ của chựm sỏng đơn sắc và đi vào mụi trương hấp thụ I: là cường độ của chựm sỏng đơn sắc và đi ra mụi trường hấp thụ
vị thể tớch)
Kλ: hệ số hấp thụ đặc trưng cho từng loại nguyờn tử l: chiều dài của mụi trường hấp thụ (const)
Tiếp đú nhờ hệ thống mỏy quang phổ người ta thu được toàn bộ chựm sỏng, phõn ly và chọn một vạch hấp thụ nguyờn tử cần phõn tớch để đo cường độ của nú. Cường độ chớnh là tớn hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyờn tử. Nếu Aλ là độ hấp thụ quang của chựm bức xạ cú cường độ I0, sau khi ra khỏi mụi trường hấp thụ cũn lại I, ta cú:
Aλ = lg(I0/I) = 2,303.Kλ.N.l (1.2)
Giữa N và nồng độ C của nguyờn tố trong dung dịch phõn tớch cú quan hệ với nhau. Thực nghiệm cho thấy trong một giới hạn nhất định của nồng độ C thỡ:
N = ka.Cb (1.3) Trong đú:
- ka là hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào tất cả cỏc điều kiện húa hơi và nguyờn tử húa mẫu.
- b là hằng số bản chất phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyờn tử (0<b<l).
Từ (1.2) và (1.3) ta cú:
Aλ = a.Cb (1.4) Trong đú: a = k.ka là hằng số thực nghiệm
Với b = 1. Thỡ quan hệ A, C tuyến tớnh:
Aλ = a.C (1.5)
Phương trỡnh (1.4) được coi là phương trỡnh cơ sở của phộp đo định lượng cỏc nguyờn tố theo phương phỏp phổ hấp thụ nguyờn tử.
2.1.3.3 Phộp định lượng của phương phỏp
Sự phụ thuộc của cường độ vạch hấp thụ nguyờn tử của một nguyờn tố vào nồng độ của nguyờn tố đú trong dung dịch mẫu phõn tớch được nghiờn cứu trong một khoảng nồng độ C nhất định của nguyờn tố trong mẫu phõn tớch, cường độ vạch phổ hấp thụ và số nguyờn tử N của nguyờn tố trong đỏm hơi
nguyờn tử tuõn theo định luật Lambe-Bia: A = k.N.l Trong đú: A là cường độ hấp thụ của vạch phổ
k là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ mụi trường hấp thụ của nguyờn tử.
l là bề dày lớp hấp thụ (cm)
N là số nguyờn tử của nguyờn tố trong đỏm hơi nguyờn tử.
Nếu gọi C là nồng độ của nguyờn tố cần phõn tớch cú trong mẫu đem đo phổ thỡ quan hệ giữa N và C được biểu diễn:
N = ka.Cb
Trong đú:
- b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào nồng độ C, tớnh chất hấp thụ nguyờn tử của nguyờn tố đú.
- ka là hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả cỏc điều kiện húa hơi và nguyờn tử húa mẫu.
Như vậy, ta cú phương trỡnh cơ sở của phộp định lượng cỏc nguyờn tố theo phổ hấp thụ nguyờn tử của nú là:
Aλ = a.Cb
a = k.ka gọi là hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào tất cả cỏc điều kiện thực nghiệm để húa hơi và nguyờn tử húa mẫu.