表1 金属元素分析のためのEPA試料処理法

原子吸光分光法

ElenaSevostianova

選択的に吸収する原子媒体に電磁波を通過させて吸収スペクトルを測定する方法。 9157>

（アカデミックプレス科学技術用語辞典）

1.原子核を選択的に吸収する媒体に電磁波を通すことにより、振動や回転の遷移を伴わない純粋な電子遷移を生成する研究

1. はじめに

2 機器構成

3 FAASによる測定技術とEPA法

4 Perkin-Elmer SpectrophotometerModel 460の取扱説明書

5. 原子吸光の資料

1. はじめに

図1. 原子吸光法で検出可能な元素をピンク色で示した周期表

原子吸光法は、試料が吸収したエネルギー量（光子の形で、つまり波長の変化）を測定する方法である。 具体的には、試料を透過した光の波長(after)を検出器で測定し、元々試料を透過していた波長(before)と比較する。

どんな原子でも、外殻の電子の配置によって、エネルギーを吸収する波長のパターンが異なる。 このため、純粋な試料の定性分析が可能です。

既知の元素が試料中にどれだけ存在するかを知るためには、まず既知の量を用いて比較のための基礎を確立しなければならない。 これは検量線を作成することで行うことができます。 このとき、既知の波長を選択し、その波長で放出されるエネルギーだけを検出器で測定します。 しかし、試料中の標的原子の濃度が高くなると、それに比例して吸収も大きくなります。 したがって、ある化合物の濃度が既知の場合、その濃度に対応する吸光度を記録することになります。 この直線から、吸光度から測定対象物質の濃度を推定することができます。

原子吸光（AA）現象は、1802年に太陽のスペクトルにフラウンホーファー線が発見されたことにより初めて観測されました。 しかし、1953年にオーストラリアの物理学者アラン・ウォルシュが、原子吸光が定量的な分析に利用できることを実証しました。 原子吸光分析とは、気化した基底状態の原子による光の吸収を測定し、その吸収を濃度と関連付けるものである。 入射した光線は、ベールの法則に従って、原子蒸気の吸収により減衰する。

原子吸光分光法（AAS）のプロセスには2つの段階がある。

1. 1.試料の微粒化

2.光源からの放射線の自由原子による吸収

液体または固体試料は、炎または黒鉛炉の中で微粒化されます。 紫外光または可視光の吸収により、自由原子は基底状態から励起状態へと電子遷移する。

AAで最良の結果を得るには、システムの機器および化学パラメータは、目的の元素の中性基底状態原子の生成に向けられたものでなければならない。 一般的な方法は、液体試料を火炎に導入することである。 このような変換はすべて火炎内の幾何学的に定義された領域で行われます。 したがって、光源（通常は中空陰極ランプ）からの光が、中性原子の最大数を含む火炎の領域を通って導かれるように、装置のパラメータを設定することが重要です。 中空陰極ランプが発する光は、測定したい元素の励起原子から放出される。 したがって、放射エネルギーは、原子化された試料によって吸収可能な波長に直接対応する。 この方法では、試料中の他の元素は一般に選択した波長を吸収しないので、測定に支障をきたすことはなく、感度と選択性が得られます。

Top ＞2 装置＜9157＞ ＜9307＞＜8222＞＜9157＞ ＜9307＞図2. パーキンエルマー社製分光光度計Model460

原子吸光（原子吸光実験の模式図参照）には、試料に熱エネルギーを与える方法が2種類あります。 グラファイトファーネスAASは、グラファイト管に強い電流を流し、試料を加熱する方法です。 フレームAAS（写真上）では、ネブライザーを使って炎に試料を吸引する。 炎には、適切な波長の光線が照射されている。 炎（熱エネルギー）により、原子は基底状態から第一励起状態へ遷移する。 原子が遷移するとき、ビームからの光の一部を吸収する。 溶液の濃度が高いほど、より多くの光エネルギーが吸収される！

光ビームは、ターゲット金属に固有のランプによって生成される。 ランプは、ビームが炎の最も熱い部分を横切るように完璧に配置されなければならない。 炎を通過した光はモノクロメーターで受光され、指定された波長の放射線を透過するように設定され、検出器に入射する。 検出器は光線の強さを測定します。 光線の一部が金属に吸収されると、光線の強度が低下します。 検出器はその減少を吸収として記録します。 その吸収は、データシステムによって出力装置に表示されます。

私たちは、一連の校正標準器を通したサンプル中の金属の濃度を求めることができます。 測定器は、与えられた濃度によって発生する吸収を記録します。 標準物質の濃度に対して吸収をプロットすると、検量線が作図されます。 次に、試料溶液の吸収を調べ、検量線を用いて試料溶液中の濃度を決定することができます

3．測定技術とEPAMethods Using FAAS

原子吸光分光法は金属元素の微量および主要濃度の測定に広く用いられる分析法である。 EPAは、様々なマトリックスからのサンプル中の金属濃度を決定するためにこの技術を採用しています。

A) サンプル調製

必要な情報に応じて、特定の環境マトリックスから総回収可能金属、溶解金属、懸濁金属および総金属が得られる可能性があります。 表1は、環境マトリックスと必要な情報の観点から、サンプル処理に関するEPAメソッド番号をリストアップしたものです。 より詳細な情報については、EPA 文書 SW-846 “Test methods for evaluating solid wastes” を参照することができる。

これらの方法では適切な酸分解が採用されます。 塩酸分解は、黒鉛炉原子吸光分析法で分析される試料には適していません。これは、黒鉛炉の霧化の際に干渉を引き起こす可能性があるからです。 EPAQA/QCでは、干渉チェックサンプル、キャリブレーションの検証、キャリブレーションスタンダード、ブランコントロール、およびリニアダイナミックレンジを含むいくつかのステップを経てキャリブレーションを行うことが要求されています。

しかし残念ながら、特に金属化合物の濃度が高くなると、未吸収放射線、迷光、高濃度での分子の不均衡な分解など、さまざまな理由で直線性から外れることがよくある。 図3は応答曲線の理想化と偏差を示したもので、曲率を完全に避けることは不可能であるが、最小にすることは可能である。 また，応答曲線の直線性を確保することが望ましい。 経験則では、標準曲線を適切にフィッティングするための十分な情報を得るために、最低5つの標準物質とブランクを準備する必要があります。特定の装置で手動曲率補正機能が利用できる場合は、製造元に相談する必要があります。 図3.理想化/偏差応答曲線

サンプル濃度が高すぎて直線性応答範囲での正確な分析ができない場合、吸光度を最適な作業範囲にするのに役立つ3つの選択肢があります。

1) サンプル希釈

2) より低い吸収率を持つ別の波長を使用する

3) バーナーハンドを回転させて経路長を短くする。

C) EPA method for metalanalysis

Flame atomic absorptionmethods are called as direct aspiration determinations.これは、直接吸引法と呼ばれるものです。 通常、単一元素の分析として行われ、スペクトル間の干渉が比較的少ない。 元素によっては、使用する炎の温度や種類が重要な場合があります。

グラファイトファーネス原子吸光分析法は、電気的に加熱されたグラファイトファーネスで炎を置き換えます。 この手法の大きな利点は、検出限界が極めて低いことである。 比較的清浄な試料に適用できるが、干渉が問題となることがある。 分析者は、分析する試料と必要な情報に適した一連の分析プロトコルを確立することが重要である。 表2にEPAマニュアルSW-846に掲載されている各種金属分析法の一覧を示す。

D) 干渉

分析対象元素濃度と火炎中の基底状態の人口分布は比例すると考えられているので、その濃度は、火炎中の基底状態の人口分布に比例しています。 分析対象元素の基底状態集団に影響を与えるあらゆる要因は干渉として分類される。 また、このパラメータを読み取る装置の能力に影響を及ぼす可能性のある要因も干渉に分類することができる。 最も一般的な干渉は以下の通りです。

A) スペクトル干渉は、光源と重なる放射によるものです。 干渉放射は、他の元素や化合物の輝線であったり、炎や溶媒、分析試料からの一般的な背景放射であったりする。 これは通常、有機溶媒を使用する場合に起こるが、マグネシウムが存在するナトリウム、銅と鉄、ニッケルと鉄を測定する場合にも起こりうる。

B) 炎中で解離しない化合物が生成すること。 最も一般的な例は、カルシウムとストロンチウムのリン酸塩の形成である

C) 被分析物がイオン化すると信号が減少する。

D) マトリックス干渉: 検液の表面張力や粘度と標準液の粘度の差によって起こる。

1) 線幅の広がり。 ドップラー効果

この効果は、原子が観測線に沿って異なる速度成分を持つために生じる。 ローレンツ効果

この効果は、発光または吸収する原子の環境に存在する異種原子の濃度の結果として生じる。 クエンチング効果

低圧のスペクトル源では、共鳴線の励起状態に非常に近い振動レベルを持つ異種ガス分子が存在するため、火炎中でクエンチング衝突が起こることがある。 自己吸収または自己反転効果

放射線を出している原子と同じ種類の原子は、線の中心で翼よりも最大の放射線を吸収し、線の形と強度が変化することになる。

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4.放射線を吸収している蒸気が放射線を出している蒸気よりかなり温度が低いとこの効果は深刻です。 パーキンエルマー社製分光光度計Model 460の取扱説明書

ランプ取り付け

ガス点火

バーナー位置合わせ

キャリブレーション

5. 原子吸光資源

EPA document SW-846 “Test methods for evaluatingsolid wastes”.

Textbooks:

Haswell, S.J., 1991. 原子吸光分析法；理論、設計、応用。 エルゼビア、アムステルダム。

Reynolds, R.J. et al., 1970.Atomic Absorption Spectroscopy. バーンズ & ノーブル社, ニューヨーク.

シュレンク, W.G., 1975. アナリティカル・アトミック・スペクトロスコピー. Plenum Press, New York.

ヴァルマ, A., 1985. 原子吸光分析ハンドブック. 第1巻. CRC Press, Boca Raton.

原子吸光分光法に関連する学術雑誌：

Journal ofAnalytical Atomic Spectrometry

発行元。 Royal Society ofChemistry

SpectrochimicaActa Part B: Atomic Spectroscopy

発行。 エルゼビアサイエンス

社