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 a emissione atomica riconosce l’energia luminosa proveniente dal campione e la parte del computer della macchina calcola le concentrazioni dei singoli elementi in un campione dalle lunghezze d’onda della luce in entrata.
Ogni elemento nel mondo, nella sua forma più semplice, è un singolo atomo, sebbene molti si presentino in natura come atomi multipli attaccati insieme o in combinazione con altri elementi. Gli atomi sono minuscole particelle che in genere hanno piccole particelle chiamate protoni e neutroni bloccate insieme in un nucleo centrale noto come nucleo. Anche le particelle più piccole chiamate elettroni circondano continuamente il nucleo.
Gli elettroni si muovono intorno 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 più piccolo e alcuni in orbitali più grandi. Utilmente per la spettroscopia di emissione atomica, tuttavia, ogni elettrone può saltare a un orbitale più alto se è presente abbastanza energia ambientale.
I campioni per l’analisi AES contengono spesso miscele di elementi e composti come il suolo, ad esempio. Una macchina per la spettroscopia a emissione atomica, tuttavia, può leggere solo singoli atomi. Pertanto, quando un analista prepara un campione per il test AES, deve scomporre tutte le molecole del composto in atomi liberi. In genere, l’analista trasforma il campione in un aerosol aggiungendo energia da fonti come forni, laser o scintille.
L’energia extra dalla sorgente che rompe il campione è anche l’energia che agisce sugli elettroni negli elementi del campione. Con l’energia extra, gli elettroni saltano negli orbitali più alti. Quando ricadono 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 è correlata alla lunghezza d’onda della luce e ogni elemento presente nel campione ha una serie distintiva di fotoni che produrrebbe letture di lunghezze d’onda specifiche. Dai fotoni, quindi, la macchina può capire quali elementi, e quanti di ciascuno, sono presenti in un singolo campione.
Un altro metodo per analizzare la composizione elementare dei campioni è la spettroscopia di assorbimento atomico (AAS). Funziona sugli 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.