原子吸光分光法(AAS)の発展
2021/06/16
原子吸光分光法(AAS)の発展
そのすべては、1950年代にアラン・ウォルシュが発表した先駆的な論文から始まりました。今日では、分析化学の分野において確立された標準技術となっているのが、原子吸光分光法(AAS)です。AASは、数十年にわたり目覚ましい発展を遂げてきました。 新しいICP技術に加え、アナリティク・イエナ社の「contrAA 800」のような最新のAASシステムも、絶え間ない技術開発のおかげで実現しています。
AASの始まり
基底状態にある原子による光吸収の基本原理は、1860年にキルヒホフとブンゼンによって発見・報告された。 この発見は、AASの理論的基礎と見なされている。しかし、AASが実際に誕生したのは1955年であると考えられている。その年、英国系オーストラリア人の物理学者兼化学者アラン・ウォルシュが、このスペクトルを化学分析にも活用するという画期的なアイデアを発表した。
現代の伝説によれば、アラン・ウォルシュは庭仕事をしている最中にAASの着想を得たと言われています。それが実際に事実であるかどうかは、今日では確証できません。しかし、1955年に『Spectrochimica Acta』誌に掲載された彼の論文「化学分析への原子吸光スペクトルの応用(The application of atomic absorption spectra to chemical analysis)」が、現代のAASの礎となったことは事実です。 この手法により、湿式化学分析法を用いずに、数多くの元素の濃度を、費用対効果が高く迅速な方法で測定することが初めて可能となった。
このアイデアが最初に発表されてから、最初の炎式AAS装置が市場に出回るまでには約10年の歳月が流れた。その5年後、グラファイト炉を備えた最初の電気熱式AASシステムが登場した。
簡単で効果的――AASの基本原理
母材中の元素を特定するために、試料は光源の前で微細化されます。光源は通常、さまざまな規定された波長の光を放射する線光源(中空陰極ランプ)です。 従来のAAS装置では、測定対象の元素に対応する光源を使用する必要があります。これに対し、最新の高分解能連続スペクトル光源AAS装置(HR-CS AAS)は、1つのキセノン短アークランプを搭載しており、関連する全波長スペクトルにわたって光を放射できるため、光源の交換が不要です。
試料中の分析対象物質を個々の原子へと原子化させるには、ガス炎(炎式AAS)または電気加熱式グラファイト炉(GF AAS)が用いられる。 炎AASでは、試料溶液が噴霧されて炎内に導入されるのに対し、GF AASでは、溶液がまずグラファイト炉に入れられ、そこで高温によって原子化される。
試料の原子化により、放射された光を吸収・減衰させる原子雲が生成され、光の強度が低下します(吸収)。次に、原子化前後の元素固有の波長における光の強度を測定し、比較します。試料中の元素濃度が高くなると、吸収量も増加します。 この吸収信号(すなわち、放射強度と比較した光強度の減少)を測定することで、試料中の分析対象物質の含有量を決定することができます。分析にあたっては、既知の元素濃度を持つ標準溶液を測定し、そのデータを用いて検量線を作成することで、分析対象の試料中の元素濃度を決定します。
イエナにおけるAASの50年――伝統と革新
光学の要衝であるイェーナほど、原子吸光分光法と深く結びついた場所は他にほとんどありません。ドイツの中心に位置するこの大学都市は、今やAASの50年にわたる歴史を振り返っています。1971年、当時国営だったカール・ツァイス・イェーナ工場で、最初の装置「AAS 1」が製造されました。 AAS 1とその後継機種は、その特に高い耐久性と信頼性により、瞬く間に国際的な評価を獲得しました。ドイツ再統一から数年後の1995年、当時まだ設立間もない企業であったアナリティク・イェーナ(Analytik Jena)が、カール・ツァイス社の研究・開発、生産、サービスを含む実験室分析部門を引き継ぎました。 数多くの画期的な革新により、アナリティク・イェーナはわずか数年で高性能AAS装置のサプライヤーへと成長し、国際的に大きな成功を収めました。例えば、同社は1996年に、固体試料の直接分析が可能な初の黒鉛炉システムを市場に投入しました。 これに続き、日常分析向けのコンパクトで柔軟性の高いシステムである「novAA」シリーズの市場投入や、2000年には初の第3世代ゼーマンAASが導入されました。アナリティク・イェナは2004年、AAS分野における技術的リーダーシップを確立しました。 Analytik Jenaは、連続光光源、高分解能ダブルモノクロメーター、CCD検出器を備えた革新的なAASを世界で初めて発表しました。contrAA 300は、世界初の連続光光源高分解能AAS(HR-CS AAS)でした。
contrAA 800 – AASの成功事例
contrAAシリーズの装置により、従来のAASで一般的だった電球の交換作業は不要になりました。現在では、すべての元素および分析線を測定するために必要な光源は1つだけで済みます。1つのキセノン短アークランプが、関連する波長スペクトル全体をカバーするからです。 そのため、ユーザーは元素間の切り替えを非常に迅速に行うことができ、複数の元素を順次測定することが可能となり、分析プロセスにおいて大幅な時間の節約につながります。HR-CS AASが提供するスペクトルの2Dまたは3D可視化は、従来のAASよりもはるかに多くの情報を提供します。 高分解能分光計のおかげで、干渉を即座に特定し、補正することができます。現在のcontrAA 800シリーズの装置は、炎法と黒鉛炉法を1つの柔軟に拡張可能なプラットフォームに統合しており、オートサンプラーや固体試料の直接分析システムなどのアクセサリーを用いて、特定の用途に合わせて簡単かつ迅速に最適化することができます。
contrAAシリーズは、こうした卓越した特長により、数多くの顧客から支持を得ています。近年、世界中の研究所に1,500台以上の装置が導入され、環境分析、食品検査、あるいは数多くの産業分野におけるプロセス管理や品質管理などの用途に活用されています。 例えば、炎噴霧方式を採用したcontrAA装置は、ドイツだけでなく、イタリア、スペイン、ポルトガルなどの他のヨーロッパ諸国でも、ワインやフルーツジュースの分析に使用されています。 「私たちは長年にわたり、研究および日常分析の分野でcontrAAを活用してきました」と語るのは、ガイゼンハイム大学飲料研究部の科学者、クラウス・パッツ博士です。同博士は2009年からチームと共に、ワイン、フルーツジュース、その他の飲料のミネラル分析にこの装置を使用しています。 「あらゆる波長が利用可能で、分子バンドさえも測定できるため、その柔軟な応用性を特に高く評価しています。」
(CSIRO提供のアラン・ウォルシュ卿(1916-1998)の写真)
andrea –
mi nombre es andrea y trabajo en argentina con el equipo contrAA 300, lo usamos para realizar capacitaciones, estamos interesados en ponerlo en marcha porque tiene algunos desperfectos, pero me gustaría saber si aun podemos conseguir los repuestos.
muchas gracias. Aguardo su respuesta
Analytik Jena GmbH+Co. KG –
Thank you for your comment.
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Analytik Jena GmbH