Techniklexikon

Atom-Absorptionsspektroskopie

AAS, allgemeines Verfahren der Atomspektroskopie, das auf der frequenzabhängigen Absorption elektromagnetischer Strahlung durch Atome beruht. Grundlage ist die Tatsache, dass ein Atom durch Absorption elektromagnetischer Strahlung von einem energetisch niedrigeren Energieeigenzustand in einen energetisch höheren übergehen kann, wobei die Frequenz des eingestrahlten Lichts gerade der Übergangsfrequenz zwischen zwei atomaren Eigenzuständen entsprechen muss. Die Schwächung des Lichts beim Durchgang durch eine Probe wird beschrieben durch das Lambert-Beersche Gesetz und ist abhängig von der Dicke der Probe und dem Absorptionskoeffizienten des Materials. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Atom aus einem bestimmten Eigenzustand in einen bestimmten anderen Zustand übergeht, ist gegeben durch die quantenmechanischen Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen den beteiligten Zuständen. Diese bestimmen auch die spektrale Breite der Absorptionslinien. (Lorentz-Verteilung). Zusätzlich spielen aber auch eine Reihe anderer Verbreiterungsmechanismen eine Rolle. Aufgrund der Auswahlregeln sind nur Übergänge zwischen ganz bestimmten Zuständen erlaubt. Die Atome der Probe können durch eine Vielzahl verschiedener Atomquellen zur Verfügung gestellt werden. Für die meisten Anwendungen werden gasförmige Proben verwendet. Dabei kommen z.B. Dampfzellen in Frage, bei denen aus einem flüssigen oder festen Reservoir aufgrund des Dampfdrucks Atome in eine Probenkammer diffundieren. Weitere mögliche Quellen für gasförmige Proben sind Flammen, Graphit-Öfen (engl.: furnaces), Heat-Pipes und Atomstrahlen. Ausserdem kann man an flüssigen Proben, wie z.B. Lösungen bestimmter Stoffe, sowie festen Proben, wie z.B. Kristallen, Absorptionsspektroskopie betreiben. In der Abb. sind zwei mögliche Anordnungen der Atom-Absorptionsspektroskopie dargestellt. Die erste Möglichkeit besteht darin, monochromatisches Licht variabler Frequenz durch ein atomares Ensemble zu strahlen und die transmittierte Intensität mit einem Lichtdetektor nachzuweisen. Durch Variation der Lichtfrequenz erhält man ein Absorptionsspektrum. Eine andere mögliche Anordnung besteht aus einer kontinuierlichen Lichtquelle, die ein atomares Ensemble durchstrahlt, einem Spektrometer, das das transmittierte Licht spektral zerlegt, und einem Lichtdetektor, der die Komponenten des vom Spektrometer zerlegten Lichts nachweist. Die heute gebräuchlichsten Lichtquellen der Absorptionsspektroskopie sind Entladungslampen und durchstimmbare Laser. Als Spektrometer kommen hauptsächlich Gitterspektrometer und Prismenspektrometer zum Einsatz. Zur Detektion elektromagnetischer Strahlung werden vorwiegend Photodioden und Sekundärelektronenvervielfacher (Photomultiplier) eingesetzt. Das Hauptanwendungsgebiet der Atom-Absorptionsspektroskopie liegt in der Grundlagenforschung, vor allem zur präzisen Bestimmung atomarer Energieniveaus. Als Anwendung in der Chemie kommt z.B. die Bestimmung von Stoffzusammensetzungen in Frage. [SW]

Atom-Absorptionsspektroskopie: Prinzipielle Anordnung.