9 Fatti sulla spettroscopia di emissione atomica: Guida per principianti!

Spettroscopia di emissione

"La spettroscopia di emissione è una tecnica spettroscopica, indaga la lunghezza d'onda del fotone quando emesso da atomi o molecole durante la transizione dello stato eccitato a uno stato di energia inferiore."

Quindi, la spettroscopia di emissione è una tecnica importante da studiare. Tuttavia, prima di arricchire questo argomento, dobbiamo conoscere alcuni dei concetti di base in breve, come Spettroscopia, spettroscopio o spettrometro, lunghezze d'onda dei fotoni, linea di emissione della spettroscopia atomica e spettri di emissione, ecc. Quindi questo argomento, "Spettroscopia delle emissioni" sarà interessante e facile da capire.

La spettroscopia di emissione è comunemente chiamata spettroscopia di emissione ottica a causa della natura luminosa di ciò che viene emesso.

Che cosa è l' "Spettroscopia" e "Spettrometria"?

Spettroscopia: 

“Spettroscopia lo studio delle interazioni tra materie con vari tipi di radiazioni elettromagnetiche;”

Di solito, viene utilizzato per diverse misurazioni e analisi quantitative; viene utilizzato il termine "Spettrometria".

Cos'è uno spettroscopio o uno spettrometro?

Uno spettrometro o uno spettroscopio è uno strumento che viene utilizzato per separare i componenti della luce, che hanno lunghezze d'onda diverse.

Principio di base della tecnica spettroscopica:

Il principio di base condiviso da tutte le tecniche spettroscopiche è quello di analizzare un fascio di radiazione elettromagnetica su un campione e osservare come risponde a tale stimolo. 

Tipi di spettroscopia

Le tecniche di spettroscopia atomica sono le seguenti: 

  • AAS- Spettroscopia di assorbimento atomico
  • AFS- Spettroscopia a fluorescenza atomica
  • AES- Spettroscopia ad emissione atomica 
  • XRF- Fluorescenza a raggi X. 
  • Spettroscopia di massa MS  
Spettroscopia di emissione
Spettroscopia di emissione

Nella maggior parte di questi metodi (cioè, AAS, AFS e AES), i fenomeni di interazione tra luce ultravioletta e sono stati sfruttati gli elettroni di valenza degli atomi di gas liberi. Nella fluorescenza a raggi X, le particelle cariche ad alta energia si scontrano con gli elettroni all'interno del guscio di un atomo, avviando la successiva emissione di fotoni durante le transizioni. Per la spettroscopia di massa inorganica, gli atomi di analisi ionizzati vengono solitamente distaccati nel campo magnetico applicato in base al rapporto massa/carica (m/z) e utilizzati per ulteriori indagini utilizzando questo fenomeno di base.

Cosa si intende per emissione atomica?

Come sappiamo, l'emissione è la produzione e lo scarico di qualcosa, specialmente gas o radiazioni. Lo spettro è l'elemento distintivo della materia o elemento o sostanza emittente e il tipo di eccitazione a cui è sottoposto per confrontare lo spettro di assorbimento. L'emissione atomica può essere utilizzata per analizzare un atomo gassoso libero. Questo è il metodo più comune per plasma, arco e fiamme, ciascuno dei quali è utile per una soluzione o campioni liquidi: in questo metodo l'aggregato di energia funge da fonte di eccitazione. 

Spettroscopia atomica:

“La spettroscopia atomica è correlata all'assorbimento e all'emissione di radiazioni elettromagnetiche da parte degli atomi. Poiché gli elementi unici hanno spettri caratteristici (firma), la spettroscopia atomica, in particolare lo spettro elettromagnetico o lo spettro di massa, viene applicata per determinare le composizioni elementari ".

Perché la spettroscopia atomica è importante?

La spettroscopia gioca un ruolo sostanziale in vari metodi analitici che forniscono informazioni sulle concentrazioni elementari e sui rapporti degli isotopi. 

  • Viene utilizzato per analizzare protoni o fotoni a raggi X o emissione di raggi X indotta da particelle nella fluorescenza a raggi X e nella spettroscopia a raggi X a dispersione di energia. Quindi la spettroscopia atomica è una tecnica importante utilizzata nella spettroscopia di fluorescenza sfruttando l'interazione con la radiazione elettromagnetica. 

Spettro atomico:

Lo spettro atomico è la gamma di frequenze caratteristiche della radiazione elettromagnetica che vengono assorbite ed emesse da un atomo. Lo spettro atomico fornisce una panoramica visiva di queste orbite di elettroni attorno a un atomo.

Un elettrone può saltare da un orbitale fisso a quello seguente come segue: 

  • L'elettrone dovrebbe assorbire un fotone di una particolare frequenza; Quando un elettrone salta dentro hanno un'energia maggiore.
  • Se salta a un'energia inferiore, deve emettere un fotone di una particolare frequenza. 
  • Lo spettro di emissione di ogni elemento chimico è in gran parte responsabile del colore delle cose ed è unico. Gli spettri atomici possono essere analizzati per scoprire la composizione degli oggetti. 
  • La spiegazione di questo fenomeno è fondamentale per il progresso della meccanica quantistica.

Spettroscopia di emissione atomica

"Spettroscopia di emissione atomica (AES) è una tecnica di analisi che utilizza il intensità della luce emesso da plasma, arco, scintilla e fiamma a una particolare lunghezza d'onda per determinare la quantità di un elemento in un campione. "

La spettroscopia atomica contiene molti metodi analitici utilizzati per calcolare la composizione elementare (potrebbe essere liquida, gassosa o solida) rilevando gli spettri di emissione elettromagnetica, l'intensità di emissione o lo spettro di massa di quel campione. Si potrebbero anche scoprire concentrazioni di elementi di un milione (ppm) o un miliardo di componenti (ppb) di questo campione, quindi potrebbe essere utilizzato per l'analisi del vuoto. Esistono diversi tipi di tecniche di spettroscopia di massa, spettroscopia, emissione, assorbimento e fluorescenza. Poiché ognuno ha i suoi punti di forza e i suoi vincoli, la determinazione di una tecnica adeguata richiede una comprensione fondamentale di ogni metodo. Tuttavia, questo argomento intende offrire solo i metodi di spettroscopia di emissione.

È un sistema di analisi chimica che impiega l'intensità della luce, l'intensità di emissione generata da una fiamma di gas caldo, un arco, un plasma o una scarica a una lunghezza d'onda specifica per accertare il numero di un componente in un campione. Mentre il livello di luce emesso è proporzionale al numero di atomi di questo componente, la lunghezza d'onda della linea spettrale nello spettro di emissione fornisce l'identità di questo componente. Diverse procedure possono eccitare il campione.

Metodo per generare lo spettro di emissione e lo spettro di assorbimento

Spettri di emissione
Metodo per generare lo spettro di emissione e lo spettro di assorbimento

Che cos'è lo spettro di emissione o lo spettro di emissione?

"Lo spettro di emissione di un elemento o di un composto chimico è la gamma di frequenze della radiazione elettromagnetica emessa a causa di un salto di un atomo o di una molecola o durante la transizione da uno stato energetico superiore a uno stato energetico inferiore."

La riga di emissione o la riga spettrale è chiara o scura in uno spettro altrimenti continuo o uniforme, che porta all'emissione o all'assorbimento della luce in un intervallo di frequenza ristretto, rispetto alle frequenze elementari standard. Queste righe spettrali di emissione vengono utilizzate per riconoscere atomi e molecole confrontandoli con le frequenze elementari standard.

Campione di spettri di emissione:

Campione di spettri di emissione
Campione di spettri di emissione Credito immagine: Margot De Baets sito web: pineta

Lo spettro di emissione del ferro (Fe).

1280px Spettro di emissione Fe.svg
Lo spettro di emissione del ferro (Fe)
Credito immagine:
Nilda
, Pubblico dominio, tramite Wikimedia Commons

Tipo di spettroscopia di emissione atomica:

  • ·   Atomica al plasma accoppiato induttivamente Spettroscopia di emissione atomica.
  • ·   Scintilla o arco atomico Spettroscopia di emissione atomica.
  • ·   Atomico a fiamma Spettroscopia di emissione atomica.

Plasma accoppiato induttivamente Spettroscopia di emissione atomica:

La tecnica spettroscopica di emissione atomica al plasma accoppiato induttivamente (ICP-AES) utilizza un plasma accoppiato induttivamente per produrre atomi eccitati e gli ioni emetteranno radiazioni elettromagnetiche a diverse lunghezze d'onda caratteristiche di un componente specifico. I vantaggi della tecnica spettroscopica di emissione atomica al plasma accoppiato induttivamente hanno la limitazione della capacità multielemento, una bassa interferenza chimica e un segnale stabile e riproducibile.

Gli svantaggi sono l'interferenza spettrale (molte linee di emissione), il prezzo e le spese di esercizio e il fatto che i campioni normalmente devono mantenere un rimedio liquido.

La tecnica spettroscopica di emissione atomica è uno schema di indagine chimica che impiega l'intensità della luce generata da una fiamma di gas caldo, un arco, un plasma o una scarica a una lunghezza d'onda specifica per accertare il numero di una sostanza o di un componente. Mentre il livello della luce emessa è proporzionale al numero di atomi di questo componente, la lunghezza d'onda della linea spettrale nello spettro di emissione fornisce l'identità di questo componente. Diverse procedure possono eccitare il campione.

Spettroscopia di emissione atomica a scintilla o arco:

"Un tipo di spettrometria di emissione atomica in cui il campione è eccitato da un arco o una scintilla tra due elettrodi."

La spettroscopia di emissione atomica a scintilla o arco può essere utilizzata per la valutazione di componenti metallici in campioni solidi. Per i materiali non conduttivi, il campione è la miscela con polvere di grafite per renderlo percettibile. Nei metodi di spettroscopia ad arco convenzionali, un campione del suono veniva generalmente macinato e rovinato tramite l'elaborazione di valutazione. Gli atomi eccitati emettono luce a lunghezze d'onda caratteristiche, che potrebbero essere disperse con un monocromatore e rilevate.

In un'epoca precedente, la tecnica dell'arco o della scintilla non era adeguatamente controllata; la valutazione per quei componenti del campione è stata solo qualitativa. Tuttavia, le moderne risorse di scintilla con controllo della scarica sono diventate altamente qualitative. Sia la valutazione della scintilla qualitativa che quella quantitativa sono comunemente utilizzate per produrre la gestione della qualità da fonderie e centri di fusione dei metalli.

Spettroscopia di emissione atomica della fiamma:

Un campione della sostanza viene miscelato o portato (utilizzando un piccolo anello di platino o filo specifico) alla fiamma del gas, o soluzione spruzzata, o direttamente nella fiamma o nel fuoco. La fiamma fa evaporare il solvente del campione dal calore esistente prodotto e rompe i legami intramolecolari per produrre atomi liberi. Questa energia ecciterà l'atomo, in particolare gli elettroni, stati elettronici troppo eccitati che emettono luce quando tornano allo stato elettronico fondamentale. Ogni elemento emette luce o fotone a una lunghezza d'onda caratteristica predefinita, che viene disperso utilizzando un prisma o un apparato a reticolo e infine osservato nello spettrometro.

 L'uso frequente di questa misurazione delle emissioni con fiamma e scintilla è standardizzato per i metalli alcalini per ottenere analisi farmaceutiche.

Qual è la differenza tra la spettroscopia di assorbimento atomico (AAS) e la spettroscopia di emissione atomica (AES)?

  • La tecnica della spettroscopia di assorbimento atomico (AAS) e della spettroscopia di emissione atomica (AES) è un processo spettro-analitico per l'analisi quantitativa di componenti composti che impiega l'assorbimento della radiazione ottica (luce) priva di elettroni dalla condizione gassosa.
  • Nella spettroscopia di assorbimento atomico AAS, quando la luce monocromatica viene bombardata attraverso la sostanza che gli elettroni assorbono energia, viene elencato il livello di assorbimento. Nella tecnica della spettroscopia di emissione atomica (AES), il campione che viene atomizzato nella fiamma assorbe quindi l'energia degli elettroni e si eccita.
  • Le informazioni sugli spettri di eccitazione e di emissione (o spettri di eccitazione e decadimento dell'intensità di emissione), il livello di energia, consentono l'accesso alle informazioni sulle distribuzioni sia negli stati di base che in quelli eccitati.
  • L'uso di diverse sorgenti luminose e sorgenti di eccitazione è specifico del metodo.

Applicazione della spettroscopia di emissione:

  • Un monocromatore a raggi X duro da laboratorio viene utilizzato per applicazioni ad alta risoluzione che sfruttano la spettroscopia di emissione di raggi X. 
  • Un'applicazione standard è anche vicino alle misurazioni della struttura del bordo poiché gli atomi decadono allo stadio di massa, sfruttando l'assorbimento dei raggi X. La radiazione emessa passa solitamente attraverso il monocromatore utilizzato per isolare la specifica lunghezza d'onda caratteristica per questa specifica analisi.
  • La spettroscopia di emissione in AES o spettroscopia di emissione atomica generalmente sfrutta la misura di emissione ottica quantificabile a partire dagli atomi eccitati per valutare la concentrazione e i suoi spettri di emissione. Si potrebbero anche studiare e analizzare ulteriori dettagli riguardanti la struttura elettronica e geometrica dei metalli di transizione.
  • Le misure spettroscopiche basate sullo spettro di emissione e sulla spettroscopia a raggi X non lineare vengono utilizzate per analizzare un diverso tipo di transizione come i composti metallici nella chimica inorganica, la caratterizzazione della catalisi e l'applicazione nella scienza dei materiali.

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