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Einführung in die Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)

Chronologie

Die Geschichte der Spektroskopie und damit auch der Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) beginnt mit der Beobachtung des Sonnenlichtes. Ihr Anfang wird üblicherweise mit Isaac Newton verknüpft, der 1672 in einem Brief an die Royal Scientific Society beschreibt, wie das Sonnenlicht in verschiedene Farben aufgetrennt werden kann, wenn man es durch ein Prisma schickt. Aber bereits 1648 erschien ein Buch von Joannes Marcus Marci von Kronland (1595 - 1667), in dem die Entstehung des Regenbogens auf der Basis von Beugung und Streuung von Licht in Wassertröpfchen erklärt wird.

1802 beobachtete William Hyde Wollaston schwarze Linien im Sonnenspektrum, die später von Joseph Fraunhofer eingehend untersucht und schließlich nach ihm benannt wurden. Er bezeichnete die stärksten Linien im Sonnenspektrum mit Großbuchstaben, angefangen mit dem A am roten Ende des Spektrums. Auf diese Weise kam die gelbe (Doppel-)Linie des Natriums zu ihrem "D". Schon 1820 vermutete David Brewster, dass die Fraunhofer'schen Linien im Sonnenspektrum durch Absorptionsvorgänge in der Sonnenatmosphäre verursacht werden. John Herschel und W.H. Fox Talbot zeigten 1826, dass in einer Flamme erhitzte Substanzen charakteristische Spektrallinien aufweisen.

Um 1860 wurden dann wichtige Fortschritte in Bezug auf die grundlegenden Zusammenhänge gemacht und einige Gesetzmäßigkeiten aufgestellt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die von Natrium-Salzen in einer Flamme emittierte gelbe Linie identisch ist mit der schwarzen D-Linie des Sonnenspektrums. Generell konnte die identische Lage von Emissions- und Absorptionslinien einer Substanz gezeigt werden; ein von Gustav Kirchhoff aufgestelltes und nach ihm benanntes Gesetz besagt: "Jede Materie kann auf der Wellenlänge Strahlung absorbieren, auf der sie auch selbst Strahlung emittiert". Es waren insbesondere die sorgfältigen Untersuchungen von Kirchoff und Robert Bunsen, die zeigten, dass zu jedem chemischen Element spezifische Spektrallinien gehören - und zwar völlig unabhängig von der chemischen Verbindung, in der das betreffende Element vorliegt. Dies ist die entscheidende Grundlage für die Entwicklung der AAS als elementaranalytisches Verfahren.

In den folgenden Jahrzehnten wurden die theoretischen Grundlagen immer weiter ausgebaut und von den Astronomen zum Studium von Sternatmosphären (z. B. zur Elementbestimmung) verwendet. So wurde auf der Sonne ein Element gefunden und nach ihr benannt, das auf der Erde erst später gefunden wurde (1895): Das Helium.

Max Planck postulierte 1900 im Zusammenhang mit der Hohlraumstrahlung die quantenhafte Absorption und Emission von Strahlung. Danach ist die Energie E eines einzelnen Lichtquants (Photons) mit der Wellenlänge λ bzw. der Frequenz ν verknüpft durch

E = h ν = h c λ .

Dabei ist h das Planck'sche Wirkungsquantum und c die Lichtgeschwindigkeit. Jedes Atom kann nur Strahlung bestimmter Wellenlängen absorbieren und emittieren.

Niels Bohr veröffentlichte 1913 sein Modell des Wasserstoffatoms, das dieses Verhalten erklären konnte. Es war daher naheliegend, dieses Verfahren auch zur chemischen Analyse auf der Erde anzuwenden. Aber erst im Jahre 1955 veröffentlichten Alan Walsh sowie C.T.J. Alkemade und J.M.W. Milatz unabhängig voneinander Arbeiten, in denen die Atomabsorptionsspektrometrie als ein generell anwendbares, quantitatives Analysenverfahren vorgeschlagen wurde. Sie wurde bis heute zu einer quantitativen Analysentechnik hoher Empfindlichkeit und Selektivität ausgebaut.

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