Uno spettrofotometro ad assorbimento è uno strumento analitico utilizzato per determinare la quantità di un elemento presente in un campione. Si basa sul fatto che gli elementi assorbono la luce a una particolare frequenza all’interno dello spettro luminoso. Quando un atomo è alla sua energia più bassa, o stato fondamentale, può assorbire un fotone di luce con una frequenza specifica e saltare a uno stato di energia più alta usando l’energia del fotone. Pertanto, è possibile rilevare l’elemento in un campione e determinarne la quantità presente, misurando la quantità di luce della relativa frequenza che viene assorbita dal campione. Questa tecnica è ampiamente utilizzata in chimica per l’analisi elementare.
I componenti tipici di uno spettrofotometro ad assorbimento includono una sorgente luminosa; una camera o cella in cui il campione è esposto alla luce; un monocromatore, che è un dispositivo che consente di selezionare e isolare la frequenza di interesse; e un rivelatore che misura l’intensità della luce a quella frequenza. Poiché la quantità di luce assorbita a questa frequenza è proporzionale alla concentrazione dell’elemento, è possibile calcolare la quantità dell’elemento presente. I dati possono essere visualizzati su uno schermo e/o archiviati elettronicamente.
La sorgente luminosa per uno spettrofotometro ad assorbimento emette normalmente luce alla frequenza specifica assorbita dall’elemento per il quale si sta conducendo il test. Poiché la frequenza di assorbimento di un elemento è la stessa della sua frequenza di emissione, la sorgente può utilizzare quell’elemento per produrre luce della frequenza richiesta. Ciò può essere ottenuto mediante una scarica elettrica in atmosfera inerte, utilizzando l’elemento come catodo. Normalmente, sono necessarie diverse sorgenti luminose per testare elementi diversi, ma in alcuni casi viene utilizzato un catodo contenente più elementi, per consentire il test simultaneo di questi elementi.
Nel tipo di spettrofotometro ad assorbimento più utilizzato, il campione – solitamente una soluzione – viene convertito in un aerosol e introdotto in una fiamma calda, che converte gli eventuali ioni dell’elemento di interesse in atomi nel loro stato fondamentale, in modo che assorbano leggero. Il tipo di fiamma utilizzato dipende dall’elemento di interesse. Per molti elementi si impiega una fiamma ossigeno-acetilene; tuttavia, alcuni metalli possono formare ossidi se nella fiamma è presente sufficiente ossigeno. In questi casi si può utilizzare una fiamma non ossidante. Altri metodi includono l’utilizzo di un forno di grafite per riscaldare il campione ad alta temperatura e il riscaldamento elettrico del campione in una sottile barra di carbonio.
Ci sono una vasta gamma di applicazioni per lo spettrofotometro di assorbimento. Un’applicazione comune in geologia è stabilire il contenuto di vari metalli in un campione di minerale. Nel campo della protezione ambientale, questo strumento può essere utilizzato per controllare i livelli di elementi tossici negli effluenti industriali, nelle acque fluviali e sotterranee o per determinare i livelli di metalli pesanti tossici nei pesci. Allo stesso modo, può essere utilizzato per controllare i livelli di vari elementi nei campioni di sangue, ad esempio elementi essenziali come sodio, calcio e magnesio, nonché elementi tossici.