AAS e spettroscopia di emissione atomica
AAS e spettroscopia di emissione atomica (AES) sono normalmente usate per quantificare gli elementi metallici presenti in un campione. Un campione viene sciolto in un solvente adatto. Il trattamento chimico può anche essere richiesto se il campione non è solubile. A seconda della strumentazione esatta, la soluzione viene aspirata in una fiamma o torcia al plasma, che converte gli analiti in atomi gassosi. Gli spettrometri di assorbimento atomico usano lampade specifiche per la misurazione di un singolo elemento metallico, o lampade multi-elemento specifiche per un piccolo numero di elementi metallici.
Utilizzando la legge di Beer-Lambert, l’assorbanza della luce da parte del campione a una lunghezza d’onda specifica per quel metallo fornisce una misura della quantità di quel metallo presente nel campione. Si noti che questo metodo dà una misura della quantità totale di un metallo specifico che è presente, e che non ci sono informazioni sulla speciazione originale di quell’elemento metallico. L’AES è simile all’AAS per molti aspetti, tranne per il fatto che viene misurata l’emissione degli atomi metallici gassosi riscaldati.
I vantaggi principali dell’AAS e dell’AES per lo scienziato forense sono i limiti insuperabili di rilevamento, l’accuratezza e la precisione dell’analisi elementare. Tuttavia, AAS e AES non sono necessariamente i mezzi più efficaci con cui uno scienziato forense può condurre l’analisi degli elementi. In primo luogo, la spettroscopia atomica è distruttiva; il campione presentato per l’analisi è solitamente trattato con un acido molto forte per formare una soluzione, e poi irreversibilmente aspirato nello strumento. In secondo luogo, poiché il campione viene omogeneizzato per dissoluzione, la spettroscopia atomica non può fornire alcuna informazione sulla distribuzione spaziale o sui composti presenti nel campione. Per esempio, un campione potrebbe essere trovato a contenere Fe e Cr. Anche se questo suggerisce che il campione contiene una lega di cromo-acciaio, non si può escludere la possibilità che siano presenti cromato di ferro e dicromato di ferro, o che il campione possa contenere granuli di ferro, cromo, ossidi di ferro, ecc. In terzo luogo, qualsiasi contaminante associato al campione sarà digerito insieme ad esso e contribuirà ai risultati. Quarto, anche se le tecniche di spettroscopia atomica hanno limiti di rilevamento molto bassi, spesso non sono abbastanza bassi per rilevare gli elementi in tracce nelle prove in tracce. Questo perché il campione deve essere fatto in una soluzione di volume relativamente grande (di solito 0,5-5 ml). Di conseguenza, gli elementi in tracce, ad esempio, in piccole schegge di vetro o vernice producono soluzioni molto diluite. Infine, alcune tecniche, come l’AAS a fiamma, permettono solo l’analisi sequenziale di elementi target; un test analitico fornisce dati rispetto a un solo elemento. Dal momento che non è possibile vagliare un campione per molti elementi in un solo test, l’analisi non è particolarmente efficiente, soprattutto per quanto riguarda il consumo del campione.
Paradossalmente, dati i limiti molto bassi di rilevamento per queste tecniche, esse sono di maggiore utilità nell’analisi di campioni relativamente grandi, e dato che la tecnica è distruttiva, i campioni devono essere abbastanza grandi da permettere il sottocampionamento. Tali campioni potrebbero essere tessuti umani per l’analisi tossicologica e pezzi di vetro, vernice e metalli delle dimensioni di un milligrammo.
Un’altra forte applicazione della spettroscopia atomica è l’analisi di campioni di polvere di droghe illecite. I bassi limiti di rilevazione che possono essere raggiunti permettono di rilevare molti elementi in traccia nell’eroina, per esempio. È possibile identificare il paese di origine della droga sulla base della serie di elementi che contiene.
Alcuni dei principali difetti della spettroscopia atomica possono essere corretti dall’uso di una sorgente di ablazione laser. In questa tecnica, un raggio laser viene utilizzato per vaporizzare quantità molto piccole del campione che vengono poi spazzate nello strumento, senza la necessità di digerire il campione. È possibile permettere al raggio laser di soffermarsi sul campione per un certo tempo prima dell’analisi, rimuovendo così efficacemente qualsiasi contaminazione superficiale. Dato che il raggio laser può essere focalizzato su uno spot di piccole dimensioni, è possibile campionare e analizzare regioni discrete all’interno del campione. Questo permette una certa identificazione della distribuzione spaziale dei composti all’interno del campione. Infine, il laser abla solo una piccola quantità di materiale, lasciando il resto del campione intatto per ulteriori analisi.