Metody korekce pozaadí v AAS

1. Metoda slepého pokusu

Při této metodě se.provede měření slepé zkoušky na rezonanční Iinii měřeného prvku a potom se změří za stejných podmínek vzorek. Hodnoty absorbancí se odečtou a rozdíl mezi absorbancí naměřenou se vzorkem a absorbancí naměřenou se slepým pokusem se považuje za absorpci způsobenou hledaným prvkem. Pokud se použije jako slepý pokus pouze deionizovaná voda, nelze tímto způsobem korigovat eventuální inteference.

2. Metoda měření na dvou liniích

Tato metoda využívá měření absorbance na dvou vlnových délkách málo rozdílných hodnot při použití téže lampy. Tato metoda je založena na předpokladu, že roztpyl světla způsobený neatomickými druhy je nezávislý na vlnové délce, pokud se tyto vlnové délky od sebe příliš neliší. První měření se provede na primární vlnové absorpční linii měřeného prvku. Tím se změří absorbance prvku včetně absorbance způsobené neatomickými druhy. Druhé měření se provede na blízké vlnové délce, kterou neabsorbuje měřený prvek, ale pouze neatomické druhy. Rozdílem je dána absorbance hledaného prvku. Tato metoda byla původně vyvinuta pro jednopaprskové přístroje, má však dvě základní nevýhody :

· Měření absorbancí se provádí sekvenčně a dobrou korekci pozadí lze získat pouze tehdy, pokud je populace neatomických druhů v obou případech totožná. Toto je málo pravděpodobné zvláště u systémů pracujících s grafitovou kyvetou, kdy nelze předpokládat stejnou koncentraci a distribuci kouřových částic při každém měření.

· Vybraná neabsorpční linie, která se použije pro měření neatomických absorbancí, nemusí být vždy natolik blízká hlavní absorpční atomické linii, aby byl splněn požadavek stejného vlivu absorpce pozadí na obou vlnových liniích.

3. Korekce pomocí lampy se spojitým spektrem

Systém využívající korekci se spojitým spektrem musí být vybaven dvěma lampami - lampou s dutou katodou pro měřený prvek a deuteriovou lampou s kontinuálním spektrem. Lampa s dutou katodou emituje velmi úzké spektrální linie s šířkou asi 0.002 nm, deuteriová lampa je naplněna deuteriem, ve kterém probíhá elektrický výboj a emituje spojité spektrum ve vlnovém rozsahu od 200 do 340 nm. Detekovaný signál atomizovaného vzorku generuje napětí úměrné rozdílu absorpce obou paprsků. Záření z lampy s dutou katodou se absorbuje analyzovaným prvkem i pozadím, záření z deuteriové lampy je prakticky absorbováno pozadím. Diference mezi absorpcí obou těchto paprsků odpovídá pouze absorpci měřeného prvku.

Široký svazek z deuteriové lampy obsahuje pouze zanedbatelné množství velmi úzké absorpční linie prvku. Na obr. 1 je znázorněna absorpce světla, které projde monochromátorem k detektoru při šířce pásma 0,2 nm.

obr. 1. Měření absorbance bez signálu pozadí v pásmu 0,2 nm

I když absorbance píku atomické linie šířky 0,004 je 0,6 absorbančních jednotek, detektor naměří světlo všech vlnových délek, které jsou v této šířce. Naměřená absorbance je v tomto případě 0,012, jak lze snadno vypočítat vynásobením 0,6 × šířka linie 0,004 a vydělením této hodnoty šířkou štěrbiny 0,2 nm. Tato hodnota představuje pouze 2 % z naměřené hodnoty absorbance píku a detektor těžko zaregistruje tak malou změnu absorbance v atomové cele. Pokud se použije větší svazek než je uvedná hodnota 0,2 nm, bude podíl ještě menší.

Obr. 2. a) Absorpce záření naměřená z lampy s dutou katodou, b) Absorpce světla deuteriové lampy

Obrázek 2 a) ilustruje přítomnost pozadí při měření absorpce prvku. Úzký absorpční pás se sečte s plochým signálem pozadí. Při štěrbinách, jejichž hodnoty jsou od 0,1 nm do 1,0 nm, lze předpokládat, že průběh spektra, je. plochý. Šrafovaná úzká plocha ukazuje světlo, které bude absorbováno z lampy s dutou katodou. Na obr. 2 b) ukazuje šrafovaná část světlo absorbované deuteriovou lampou. Jelikož světlo emitované touto lampou je mnohem širší než absorpční šířka prvku, bude určena průměrná hodnota absorbance získaná v průběhu celého měření, která bude mít hodnotu poněkud vyšší než je 0,4. Tato absorbance pozadí (0,4) se odečte od celkové naměřené hodnoty (1,0) a rozdíl představuje hodnotu 0.6 (1,0 - 0,4 ), která odpovídá absorbanci prvku. Tato hodnota by se získala bez příspěvku pozadí a nebo při měření spektra s velmi vysokou rozlišovací schopností. Systém s deuteriovou lampou pro korekci pozadí je schopen řešit většinu problémů spojených s pozadím. Jedním z problémů je neschopnost vyrovnat se s pozadím, které jeví velmi ostré změny intenzity signálů v úzké oblasti vlnových délek při dané šířce štěrbiny. Dalším problémem je skutečnost, že není vždy možné seřídit oba paprsky tak, aby jejich světelná dráha probíhala .přesně atomickou celou, např. grafitovou kyvetou AAS.

4. Zeemanova metoda korekce pozadí

Tento systém používá velmi intenzivní magnetické pole, které rozšíří buď emisní záření zdrojové lampy a nebo absorpční spektrum vzorku. Tento způsob koerekce pozadí umožňuje měření absorpčního signálu velmi blízko u atomové absorpční linie. Magnet lze umístit buď okolo lampy a nebo kolem atomové cely. Většinou se používá druhý způsob. Při umístění magnetu vně lampy s dutou katodou je nutná konstrukční modifikace lampy.

Při Zeemanově efektu dochází k rozdělení jednoduché spektrální linie na tři nebo více komponent, pokud tato linie projde magnetickým polem. Tento efekt je výsledkem různých energetických změn způsobených interakcí mezi magnetickým polem a spinovým a orbitálním magnetickým polem atomu. "Normální" Zeemanův efekt, který vzniká u atomových systémů se spinovým kvantovým číslem 1, nastává v kolmém směru na magnetické pole. Jednoduchá spektrální linie se rozdělí na tři komponenty, které jsou obvykle symetrické vůči originální spektrální linii. Příklad na obr. 3 ukazuje schematicky průběh štěpení linie na vlnové délce 285,2 nm hořčíku .

Obr. 3. Zeemanovo "normální" štěpení

Vzniklé tři komponenty sestávají z jedné linie p a dvou linií s označených s- a s+ v poměru intenzit 1 : 2 : 1. Pokud se použije silné magnetické pole, dojde k posunu s komponent od p komponenty. Mezi prvky, které vykazují tento "normální" efekt, patří Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Pb, Ag a Hg.

Většina ostatních prvků však vykazuje "anomální" efekt s produkcí většího počtu komponent. Jako příklad lze uvést D1 linie sodíku, které se štěpí na dvě p linie a dvě s linie na vlnové délce 589,59 a na šest komponent D2 linií (dvě p linie a čtyři s linie ) na vlnové délce 589,0 nm. Také tyto "anomální" linie jsou symetricky rozděleny od pomyslné nerozdělené čáry, p linie jsou vždy blíže středu než s linie. Situace je ilustrována na obr. 4.

Obr.4. "Anomální" Zemanovo štěpení

Abychom pochopili efekt, který je užitečný pro korekci pozadí, předpokládejme nejdříve normální Zeemanův jev. Jestliže vystavíme paprsek magnetickému poli, rozštěpené p linie se polarizují v horizontální rovině a s linie ve vertikální rovině vůči magnetickému poli. Při této polarizaci se projeví řada efektů. Široký svazek pozadí a rozptylové jevy se nepolarizují a oba polarizované světelné paprsky se zeslabí stejnou mírou. Je-li paprsek polarizován paralelně k poli, paprsek se zeslabí atomovou absorpcí a každým druhem pozadí. Paprsek polarizovaný kolmo k poli se zeslabí pouze pozadím, neboť komponenty jsou posunuty a k atomové absorpci nedojde. Lze tudíž provádět alternativní měření a z těchto měření získat atomovou absorpci korigovanou po odečtení příspěvku absorpce pozadí.

· Výhody použití této techniky:

Používá se pouze jeden zdroj a odpadají problémy se seřizováním. Pozadí se odečítá přímo na vlnové délce atomové absorpce a odpadají problémy v případě silně strukturovaných pozadí. Interferenční problémy mohou nastat pouze v přítomnosti velmi blízkých atomových linií vzdálených od měřené linie asi o 0,01 nm.

Tato technika není omezena při práci s lampami v. ultrafialové oblasti spektra.

· Nevýhody této techniky :

Citlivost techniky je zhruba 2 až 3krát menší podle typu analyzovaného prvku vzhledem ke štěpení linie. Při vyšších koncentracích dochází k tomu, že kalibrační křivky jeví maximum a se zvyšující se koncentrací začnou klesat. Pracovní rozsah je nutné limitovat a měřit absorbance maximálně do hodnot 0,6.

Přístrojové zařízení je finančně nákladné. Pokud je magnet umístěn tak, aby v poli byly zdrojové lampy, musí být tyto lampy speciálně konstruované. Magnetické pole totiž ovlivňuje i ionty v lampě a způsobuje šum, který působí nepřesnosti měření.

5. Metoda Smith-Hieftlejova

Tato technika používá jednu zdrojovou lampu, jejíž spektrální profil je modifikován tak, aby měřil pozadí. Lampa je konstruována na alternativní měření při malém a velkém proudu. Při práci, v režimu malého proudu se změří atomová absorbance na rezonanční linii prvku. Za vysokého proudu dojde k rozšíření výstupní emisní linie, která vykazuje ve svém středu prohlubeň. V průběhu měření za nízkého proudu se zmenší atomová absorpce současně s pozadím i neatomickými absorpcemi. Při vysokém proudu se měří prakticky pouze pozadí a neatomické absorpce. Absorbance vzorku dostaneme z rozdílů obou měření. Při vysokém proudu lampy dochází také částečně k absorpci vzorku, což vede k nižší citlivosti této metody asi o dvoj- až trojnásobek, podle druhu analyzovaného prvku.

Výhoda této metody jev tom, že se používá pouze jedna lampa pro všechny vlnové délky a že tato metoda má schopnost korigovat i strukturované pozadí. Kalibrační křivky jsou až do hodnoty absořbance 0,7 lineární.

Problémy s pozadím lze také řešit úpravou vzorků před analýzou. Vždy je třeba uvážit, na kolik je praktické používat korekce na pozadí. Prováděné korekce také často snižují přesnost a správnost stanovení.

Jaroslava Vávrová

.