原子分光法は、定性的にも定量的にも元素分析に不可欠なツールです。大きく分けて、光学分光法、質量分光法、X 線分光法があります。光学分光法は、原子吸光分光法 (AAS)、原子発光分光法 (AES)、原子蛍光分光法 (AFS) です。3 つの方法のすべてで最初のステップは原子化です。原子化では、固体、液体、または溶液相のサンプルが気相の原子とイオンに変換されます。
AAS では、ガスサンプルが電磁放射と相互作用し、基底状態の原子の電子を励起状態にするのとまったく同じエネルギーを持つ光子を吸収します。たとえば、Na 原子の不対 3s 電子は、それぞれ 285 nm、330 nm、または 590 nm の放射線を吸収すると、3p、4p、または 5p 軌道に昇格します。特定の波長の透過光の減少は検出器によって測定され、吸光度または透過率スペクトルで視覚化されます。
AES では、基底状態の気相原子は熱または放電エネルギーによって電子的に励起されます。これらの短寿命で高エネルギーの励起気相原子は基底状態に戻り、エネルギーギャップに対応する光子を放出します。放出された光の強度が検出され、サンプルの指紋となる電気信号に変換されます。たとえば、励起された Na 原子が 3p、4p、および 5p 軌道から 3s 軌道に戻る電子遷移により、それぞれ 590 nm、330 nm、および 285 nm 付近で放出されます。放出された放射線が測定され、スペクトルに処理されます。
AFS では、基底状態の気相原子に特性波長が照射され、電子励起状態になります。無放射遷移が発生しない場合、励起状態の原子は吸収したエネルギーに対応する正確な波長で蛍光を発して基底状態に緩和します。検出器は通常、光源ビームに対して直角に配置され、蛍光発光のみが検出器に到達します。
分子スペクトルとは異なり、原子スペクトルは、分子スペクトルのピークの広がりにつながるさまざまな回転および振動エネルギー状態がないため、鋭い線を持ちます。
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