Spettroscopia atomica di emissione

La spettroscopia atomica di emissione si concentra sullo studio delle transizioni elettroniche degli atomi e degli ioni monoatomici attraverso l’analisi della radiazione emessa dopo la loro eccitazione. Questo metodo prevede l’osservazione della radiazione elettromagnetica generata da un processo di stimolazione specifico.

Quando un atomo assorbe una certa quantità di energia, entra in uno stato eccitato diverso dal suo stato fondamentale. Durante il ritorno allo stato fondamentale da uno stato eccitato, l’atomo emette radiazione attraverso un salto quantico tra due livelli energetici discreti.

La spettroscopia, particolarmente nel campo dello spettro elettromagnetico, rappresenta uno strumento essenziale per esplorare la fisica e la chimica, consentendo di indagare la composizione, la struttura fisica e la configurazione elettronica della materia.

Analisi delle transizioni elettroniche

Nella spettroscopia atomica di emissione, si valuta lo spettro risultante dalle caratteristiche specifiche dell’atomo o dell’ione monoatomico, le quali dipendono dalla carica elettrica e dalla struttura elettronica dell’entità in esame. Questo spettro rappresenta un’impronta digitale unica di ciascun elemento chimico e può essere impiegato per fini analitici.

Spettro a righe nella spettroscopia atomica di emissione

Rappresentazione delle transizioni elettroniche

Ogni transizione elettronica corrisponde a una riga specifica nello spettro. Poiché le possibili transizioni tra gli orbitali sono definite da salti energetici precisi, l’energia emessa sotto forma di radiazione elettromagnetica si manifesta attraverso quantità discrete, generando linee spettrali distinte.

Nell’immagine riportata è presente lo spettro di emissione dell’atomo di idrogeno, evidenziando alcune righe caratteristiche.

Metodi di eccitazione e analisi

Per generare specie eccitate, esistono diversi approcci. Ad esempio, è possibile riscaldare un composto dell’elemento di interesse nella fiamma di un bruciatore Bunsen, osservando il colore caratteristico emesso. Mediante uno spettroscopio è possibile identificare lo spettro a righe dell’elemento in esame.

La sorgente di eccitazione può derivare da una fiamma generata da propano, acetilene, idrogeno o gas di cockeria.

Scelta della fiamma

La selezione del tipo di fiamma dipende dalla temperatura necessaria per trasformare gli elementi in analisi in atomi eccitati, e dall’eventuale interferenza di altri componenti del campione durante il processo di eccitazione.

Le fiamme più fredde, ottenute dalla combustione di aria-propano o aria-gas di cockeria, vengono impiegate per determinare i metalli alcalini e il calcio a una temperatura di circa 1700-1900 °C. A queste temperature, i composti contenenti metalli alcalini vengono parzialmente decomposti negli atomi costituenti e in una piccola frazione di atomi ionizzati.

Utilizzo del Acetilene per la produzione di alte temperature

L’acetilene è utilizzato per generare fiamme che raggiungono temperature comprese tra 2200 e 2300 °C. Queste temperature favoriscono la scissione in atomi degli edifici molecolari e l’ionizzazione degli atomi.

Archi per spettroscopia atomic di emissione

Gli archi utilizzati nella spettroscopia di emissione vengono generati tra due elettrodi di grafite o tra un elettrodo nel materiale da analizzare e un elettrodo di grafite. Questi archi, spesso generati a corrente continua, producono spettri con righe piuttosto larghe. Tuttavia, sono utili per analisi semiquantitative o qualitative di tracce di elementi metallici, richiedendo una sensibilità analitica elevata.

Legge dello spostamento spettroscopico

La Legge dello spostamento spettroscopico, formulata da Kossel e Sommerfeld, afferma che lo spettro di un elemento in arco è simile al primo spettro di scintilla dell’elemento successivo nel sistema periodico. Questo spiega le analogie negli spettri di elementi successivi come sodio, magnesio e alluminio, che perdono rispettivamente un, uno e due elettroni, risultando in ioni con lo stesso numero di elettroni.

Conclusioni

L’utilizzo di fiamme e archi per la spettroscopia atomica di emissione mostra come le diverse condizioni di eccitazione influenzino la formazione degli spettri atomici. La comprensione di queste modalità di eccitazione permette di ottenere informazioni dettagliate sulla composizione degli elementi analizzati.