Như chúng ta đã biết, vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên tử là phần tử cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố hoá học. Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất. Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng (hay tần số) xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử. Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử. Nếu gọi năng lượng của nguồn bức xạ điện tử đã bị nguyên tử hấp thụ là ∆E thì ta có:
E ∆ = Em - E0 = hv hay λ c h E = ∆
Trong đó: E0 và Em là năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích m; h là hằng số Planck; c là tốc độ ánh sáng trong chân không; λ là độ dài sóng của bức xạ hấp thụ.
Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng ∆Ei mà nguyên tử đã hấp thụ ta sẽ có một vạch phổ hấp thụ với độ dài sóng λ đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa là
phổ hấp thụ nguyên tử là phổ vạch.
Qúa trình hấp thụ chỉ xảy ra đối với các vạch phổ nhạy, các vạch phổ đặc trưng và các vạch phổ cuối cùng của các nguyên tố.
Nếu kích thích nguyên tử bằng năng lượng Em ta có phổ phát xạ nguyên tử, bằng chùm tia đơn sắc ta có phổ hấp thụ nguyên tử.
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, đám hơi nguyên tử của mẫu trong ngọn lửa hay trong cuvet graphit là môi trường hấp thụ bức xạ (hấp thụ năng lượng của tia bức xạ). Phân tử hấp thụ năng lượng của tia bức xạ hv và các nguyên tử tự do trong đám hơi nguyên tử đó. Do đó muốn có phổ hấp thụ nguyên tử, trước hết phải tạo ra được đám hơi nguyên tử tự do, sau đó chiếu vào nó một chùm tia sáng có những bước sóng nhất định
22
ứng với các tia phát xạ nhạy của nguyên tố cần nghiên cứu. Khi đó các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng lượng của chùm tia đó và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
Hình 1.1: Quá trình hấp thụ, phát xạ và huỳnh quang của một nguyên tử Trong đó: Eo: Mức năng lượng ở trạng thái cơ bản.
Em: Mức năng lượng ở trạng thái kích thích. ∆E: Năng lượng nhận vào (kích thích). + hv: Photon kích thích.
- hv : Photon phát xạ.