Che cos'è la spettroscopia di emissione atomica?
La spettroscopia di emissione atomica (AES) è una tecnica analitica che misura l'energia degli atomi in un campione. Al centro di questo metodo è l'aggiunta di energia a un campione per vedere cosa succede agli atomi già presenti. I singoli elementi producono fasci di energia luminosa leggermente diversi dopo che l'energia extra altera temporaneamente l'atomo. La parte del lettore di una macchina per spettroscopia di emissione atomica riconosce l'energia della luce proveniente dal campione e la parte del computer della macchina calcola le concentrazioni dei singoli elementi in un campione dalla lunghezza o dalle lunghezze d'onda della luce in entrata.
Ogni elemento nel mondo, nella sua forma più semplice, è un singolo atomo, anche se molti si presentano in natura quando più atomi sono uniti o combinati con altri elementi. Gli atomi sono minuscole particelle che in genere hanno piccole particelle chiamate protoni e neutroni attaccati insieme in un nucleo centrale noto come nucleo. Anche le particelle più piccole chiamate elettroni circondano continuamente il nucleo.
Gli elettroni si muovono attorno al nucleo in un modo specifico. In modo simile agli hula-hoop di diversi diametri, gli elettroni circolano solo in diametri specifici, con alcuni in orbitali di diametro inferiore e altri in orbitali più grandi. Utilmente per la spettroscopia di emissione atomica, tuttavia, ogni elettrone può passare a un orbitale superiore se è presente sufficiente energia ambientale.
I campioni per l'analisi AES contengono spesso miscele di elementi e composti come il suolo, ad esempio. Una macchina per spettroscopia di emissione atomica, tuttavia, può leggere solo singoli atomi. Pertanto, quando un analista prepara un campione per i test AES, deve scomporre tutte le molecole composte in atomi liberi. Tipicamente, l'analista trasforma il campione in un aerosol aggiungendo energia da fonti come fornaci, laser o scintille.
L'energia extra dalla fonte che rompe il campione è anche l'energia che agisce sugli elettroni negli elementi del campione. Con l'energia extra, gli elettroni saltano su orbitali più alti. Quando cadono indietro dopo che l'energia si è dissipata, l'energia che avevano immagazzinato dalla sorgente emette come fotoni di luce. I fotoni sono come piccoli pacchetti di energia.
Ogni macchina per spettroscopia ha un rilevatore che riconosce la presenza di energia e trasmette tali informazioni a un programma per computer che converte i dati grezzi in descrizioni più chiare. Nel caso di una macchina AES, il rivelatore legge la presenza e l'intensità dei singoli fotoni. L'intensità si riferisce alla lunghezza d'onda della luce e ogni elemento presente nel campione ha una matrice distintiva di fotoni che produrrebbe letture specifiche della lunghezza d'onda. Dai fotoni, quindi, la macchina può capire quali elementi e quanto di ciascuno sono presenti in un singolo campione.
Un altro metodo di analisi della composizione elementare dei campioni è la spettroscopia di assorbimento atomico (AAS). Funziona con gli stessi principi dell'AES, ma invece di leggere la luce emessa da un campione energizzato, la macchina legge la quantità di energia luminosa che il campione assorbe come un'indicazione del tipo e della quantità di elettroni nel campione. AAS è adatto per campioni di gas.