Hoofdstuk 5: Atoomspectrometrie
1. Atomaire stralingsprocessen
Emissie
Emissie= het verschijnsel dat atomen licht kunnen uitstralen
Bv. Gele licht van de natriumlampen die de autowegen verlichten
Bij kamertemperatuur zijn alle atomen van een gegeven metaal in grondtoestand
Temperatuur verhogen het buitenste elektron kan energie opnemen
geëxciteerd atoom ontstaat (korte levensduur van deze aangeslagen
toestand)
Bij het terugkeren naar de grondtoestand: opgenomen energie wordt terug
vrijgegeven ovv elektromagnetische straling (licht)
Zie afbeelding p. 98
Energie E uitgezonden door deze elektromagnetische straling wordt weergegeven door
h∗c
E=
λ
C = lichtsnelheid
h = constante van plank = 6,36 x 10^-34
λ = de golflengte
Energie is omgekeerd evenredig met de golflengte van de elektromagnetische straling
De golflengte van het uitgezonden licht bepaalt ook de kleur en zo heeft elk element zijn eigen kleur
Meeste elementen hebben geen vlamkleuring omdat ze licht uitzenden met golflengten niet
detecteerbaar door onze ogen (UV-straling)
o Bijgevolg kan men uit de golflengte en/of de frequentie van het uitgezonden licht
bepalen welk element zich in de vlam bevindt
Elektronen kinnen zich maar op bepaalde afstanden van de kern bevinden of op bepaalde
energieniveaus
Emissiespectrum is hoofdzakelijk een lijnenspectrum waarvan de lijnen
karakteristiek zijn voor het geëxciteerd element ieder element zendt zijn
eigen specifiek lijnenspectrum uit, waardoor bepaalde uitgezonden emissielijnen
specifiek zijn voor een bepaald element
o Kunnen gebruikt worden voor de identificatie en kwantificatie voor dit
element
Zie p. 100 voorbeeld
Absorptie
Elektronen van een atoom kunnen in een hogere energietoestand komen
door stralingsabsorptie (afkomstig van een lichtstraal door een vlam)
Na-atomen in een hete vlam absorberen bv. straling behorende bij de 3s-3p-
overgang sterke absorptie bij 589,0 nm waarbij het valentie-elektron gaat van 3s
naar 3p
, o M.a.w. licht met een golfengte van 589,0 nm bezit de ideale hoeveelheid
energie om het valentie-elektron van Na te laten exciteren van het 3s naar
het 3p subniveau
AAS is gebaseerd op absorptie van straling door vrije atomen
Zie voorbeeld 101
Atomaire-emissiespectrometrie (AES) of vlamfotometrie
AES:
Atomen worden door een vlam geëxciteerd
Bij het terugvallen naar de grondtoestand zenden deze atomen licht uit (emissie) met een
specifieke golflengte
Dit licht wordt opgevangen op een detector, de hoeveelheid emissielicht dat gedetecteerd wordt,
kan in verband worden gebracht met de hoeveelheid van het element aanwezig in het monster
zie schema overzicht p.102
Excitatiebron = vlam, waarvan de bereikbare temperatuur afhankelijk is van het verbrandingsgas
o In labo mengeling van propaan en perslucht gebruikt
o Omdat de temperaturen meestal relatief laag zijn (rond 1900 K), wordt AES
voornamelijk toegepast bij de bepaling van gemakkelijk exciteerbare elementen (Na,
K, Li = aardalkalimetalen)
o Voor moeilijk exciteerbare elementen is de energie van de vlam niet groot genoeg
om deze elementen in aangeslagen toestand te brengen
Een oplossing van het te bepalen element wordt d.m.v. perslucht i/d vlam verstoven
o Dit gebeurt i/d verstuivingskamer
o Niet alle opgezogen vloeistof zal de vlam bereiken
o Via de afvoer worden de te grote druppels afgevoerd
Vloeistofdruppels van het analyt gevormd door verstuiving komen samen met brandgas (meestal
propaan) in de brander en uiteindelijk in de vlam terecht
Oplosmiddel (meestal water) verdampt waardoor er kleine zoutkorreltjes ontstaan waarvan het
volume afhangt van de oorspronkelijke druppelgrootte
Het vaste deeltje wordt nu in de vlam volgens een ingewikkeld reactiemechanisme geatomiseerd
o de atoomreactie treedt enkel op aan het oppervlak van het vast deeltje (zoutdeeltje)
1. Atomaire stralingsprocessen
Emissie
Emissie= het verschijnsel dat atomen licht kunnen uitstralen
Bv. Gele licht van de natriumlampen die de autowegen verlichten
Bij kamertemperatuur zijn alle atomen van een gegeven metaal in grondtoestand
Temperatuur verhogen het buitenste elektron kan energie opnemen
geëxciteerd atoom ontstaat (korte levensduur van deze aangeslagen
toestand)
Bij het terugkeren naar de grondtoestand: opgenomen energie wordt terug
vrijgegeven ovv elektromagnetische straling (licht)
Zie afbeelding p. 98
Energie E uitgezonden door deze elektromagnetische straling wordt weergegeven door
h∗c
E=
λ
C = lichtsnelheid
h = constante van plank = 6,36 x 10^-34
λ = de golflengte
Energie is omgekeerd evenredig met de golflengte van de elektromagnetische straling
De golflengte van het uitgezonden licht bepaalt ook de kleur en zo heeft elk element zijn eigen kleur
Meeste elementen hebben geen vlamkleuring omdat ze licht uitzenden met golflengten niet
detecteerbaar door onze ogen (UV-straling)
o Bijgevolg kan men uit de golflengte en/of de frequentie van het uitgezonden licht
bepalen welk element zich in de vlam bevindt
Elektronen kinnen zich maar op bepaalde afstanden van de kern bevinden of op bepaalde
energieniveaus
Emissiespectrum is hoofdzakelijk een lijnenspectrum waarvan de lijnen
karakteristiek zijn voor het geëxciteerd element ieder element zendt zijn
eigen specifiek lijnenspectrum uit, waardoor bepaalde uitgezonden emissielijnen
specifiek zijn voor een bepaald element
o Kunnen gebruikt worden voor de identificatie en kwantificatie voor dit
element
Zie p. 100 voorbeeld
Absorptie
Elektronen van een atoom kunnen in een hogere energietoestand komen
door stralingsabsorptie (afkomstig van een lichtstraal door een vlam)
Na-atomen in een hete vlam absorberen bv. straling behorende bij de 3s-3p-
overgang sterke absorptie bij 589,0 nm waarbij het valentie-elektron gaat van 3s
naar 3p
, o M.a.w. licht met een golfengte van 589,0 nm bezit de ideale hoeveelheid
energie om het valentie-elektron van Na te laten exciteren van het 3s naar
het 3p subniveau
AAS is gebaseerd op absorptie van straling door vrije atomen
Zie voorbeeld 101
Atomaire-emissiespectrometrie (AES) of vlamfotometrie
AES:
Atomen worden door een vlam geëxciteerd
Bij het terugvallen naar de grondtoestand zenden deze atomen licht uit (emissie) met een
specifieke golflengte
Dit licht wordt opgevangen op een detector, de hoeveelheid emissielicht dat gedetecteerd wordt,
kan in verband worden gebracht met de hoeveelheid van het element aanwezig in het monster
zie schema overzicht p.102
Excitatiebron = vlam, waarvan de bereikbare temperatuur afhankelijk is van het verbrandingsgas
o In labo mengeling van propaan en perslucht gebruikt
o Omdat de temperaturen meestal relatief laag zijn (rond 1900 K), wordt AES
voornamelijk toegepast bij de bepaling van gemakkelijk exciteerbare elementen (Na,
K, Li = aardalkalimetalen)
o Voor moeilijk exciteerbare elementen is de energie van de vlam niet groot genoeg
om deze elementen in aangeslagen toestand te brengen
Een oplossing van het te bepalen element wordt d.m.v. perslucht i/d vlam verstoven
o Dit gebeurt i/d verstuivingskamer
o Niet alle opgezogen vloeistof zal de vlam bereiken
o Via de afvoer worden de te grote druppels afgevoerd
Vloeistofdruppels van het analyt gevormd door verstuiving komen samen met brandgas (meestal
propaan) in de brander en uiteindelijk in de vlam terecht
Oplosmiddel (meestal water) verdampt waardoor er kleine zoutkorreltjes ontstaan waarvan het
volume afhangt van de oorspronkelijke druppelgrootte
Het vaste deeltje wordt nu in de vlam volgens een ingewikkeld reactiemechanisme geatomiseerd
o de atoomreactie treedt enkel op aan het oppervlak van het vast deeltje (zoutdeeltje)
