Атомно-эмиссионные и атомно-абсорбционные методы и приборы анализа объектов окружающей среды

Метод атомно-эмиссионной спектроскопии основан на испускании квантов электромагнитного излучения возбужденными атомами. Анализируемый раствор вводят в источник возбуждения; при этом первоначально атомы анализируемого вещества, поглощая энергию, возбуждаются, т.е. некоторые электроны их переходят на более удалённые от ядра орбитали. Но затем, в результате обратного перехода электронов, энергия выделяется в виде излучения определённой длины волны. Получающиеся при этом спектры называются спектрами испускания или эмиссионными спектрами. Эмиссионный спектр каждого атома индивидуален и несет качественную и количественную информацию о веществе. У двух различных элементов не бывает одной и той же последовательности длин волн. Интенсивность спектральных линий зависит от числа возбужденных атомов, т.е. от их концентрации в анализируемой смеси.из нескольких спектральных линий, отличающихся характерной для каждого элемента длиной волны.

Основными достоинствами атомно-эмиссионного метода являются низкие пределы обнаружения многих элементов, хорошая селективность, быстрота выполнения анализа и возможность одновременного многоэлементного определения.

Недостатки: дороговизна оборудования, необходимость высокой квалификации оператора.

Источники возбуждения подразделяются на две основные категории:

- пламенные (химические пламена, образующиеся при сгорании различного топлива в различных окислителях) - метод эмиссионная фотометрия пламени;

- непламенные (электрические разряды разных типов – дуга, искра и высокочастотная плазма) - метод атомно - эмиссионный спектральный анализ с электротермическим возбуждением.

Метод эмиссионная фотометрия пламени испольуют для определения содержания щёлочных (калия, натрия), а также щёлочноземельных металлов (магния, кальция, стронция, бария), реже некоторых других (марганца, меди).

Прибор: пламенный фотометр состоит из узлов:

- распылителя (раствор вводится в пламя горелки в виде аэрозоля);

- горелки. Большое значение в этом методе имеет температура пламени. При сжигании смесей воздуха с пропаном или бутаном достигается температура 1700…1900 °С и возбуждаются только атомы щелочных металлов. Для определения щёлочноземельных металлов необходимо пламя смеси воздуха с ацетиленом, дающее температуру около 2300 °С. Универсальным считают пламя смеси кислорода с водородом (2500 °С) или с ацетиленом (3150 °С).

- светофильтра или монохроматора - выделяют из спектра определённую спектральную линию, используемую для измерения;

- измерительного устройства - фотоэлемент (или фотоумножитель), а также гальванометр служат для измерения интенсивности спектральной линии.

Метод атомно - эмиссионный спектральный анализ с электротермическим возбуждением.

Приборы: спектрографы или спектрометры – оптические устройства одного и того же типа, различающиеся лишь способами регистрации и измерения излучения источника.

Приборы состоят из монохроматора, предназначенного для разделения различных эмиссионных линий по длинам волн (призма или дифракционные решётка),

приёмника излучения какого-либо типа. В спектрометр обычно включен фотоэлектрический приёмник излучения (например, фотоумножитель), который преобразует излучение в электрический сигнал; в спектрографе используют фотографическую регистрацию, например, с помощью фотоэмульсии (плёнки или пластинки). Фотографическая эмульсия в спектрографах позволяет получать одновременно всю спектральную информацию, заключённую в широком спектральном интервале, обеспечивает сохранность записанных данных и возможность исследовать их повторно. Эмульсия играет роль интегрирующего устройства, так как накапливает регистрируемое излучение.

K недостаткам этого приёмника света относят: почернение эмульсии, связанное с интенсивностью воздействующего света.

Количественное определение содержания элемента проводят по градуировочному графику, устанавливающему зависимость измеренной интенсивности линий элементов (стандартов) от концентрации элементов, излучающих эти линии.

Применение: методоматомно-эмиссионной спектрометрии можно определить более 90 элементов периодической системы (металлов) в воде, воздухе, почве.

Атомно-абсорбционный метод – основан на поглощении излучения свободными (невозбуждёнными) атомами.

Достоинства высокая чувствительность и селективность; низкая погрешность

и, метод позволяет работать с малыми количествами

веществ.

Приборы: атомно-абсорбционные спектрометры.

1 - источник резонансного излучения – газоразрядная лампа с полым катодом, она излучает возбужденные атомы именно того элемента, который подлежит определению. На каждый элемент – своя лампа (на цинк – цинковая, на медь – медная и т.д.). Преимущества – высокая селективность, недостаток – длительность определения по времени, т.к. на с одной лампой – только один элемент.

2 – Пламенный атомизатор, для перевода анализируемого вещества в атомарное состояние. Существует две разновидности метода и пламенный и беспламенный ААС. В пламенном ААС – атомизатор титановая горелка, газ-пропан- бутановая смесь с воздухом. Образец впрыскивается в пламя горелки в виде аэрозоля. Недостаток: только 5-8% образца достигают пламени, поэтому объем пробы достигает нескольких десятков миллилитров.

В беспламенной ААС – атомизатор – графитовая кювета с электротермическим нагревом. Достоинства – весь образец атомизируется, объем пробы – микрометры, повышается чувствительность).

3 – Монохроматизатор, для выделения спектрального диапазона, соответствующего поглощению резонансной линии.

4 - измерительного устройства - фотоэлемент (или фотоумножитель).

Принцип определения: излучение от источника, испускающего линейчатый спектр определяемого элемента (газоразрядная лампа с полым катодом) пропускается через пламя горелки. В пламя горелки распыляется анализируемый раствор. При этом большая часть атомов остаётся в основном (невозбуждённом) состоянии. Невозбуждённые атомы элемента селективно поглощают световую энергию определенной длины волны и переходят в возбужденное состояние. В результате поглощения начальная интенсивность излучения I₀ уменьшается до I. С помощью монохроматора выделяют область спектра, соответствующую расположению измеряемой спектральной линии. Излучение выделенной аналитической линии направляется на измерительное устройство. Зависимость степени поглощения излучения от концентрации атомов описывается законом Бугера–Ламберта–Бера.

Применение атомно-абсорбционный анализ – это универсальный метод определения малых концентраций металлов в воде, воздухе, пищевых продуктах.

Поиск по сайту: