АТОМНО-ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ. ФОТОМЕТРИЯ ПЛАМЕНИ

Атомно-эмиссионная спектроскопия – группа методов анализа, основанных на измерении длины волны и интенсивности светового потока, излучаемого возбужденными атомами в газообразном состоянии.

При эмиссионном анализе определяемое вещество, находящееся в газовой фазе, подвергают возбуждению, сообщая системе энергию в виде ЭМИ. Валентные электроны атома переходят на более высокий энергетический уровень. Энергия, необходимая для перехода атома из нормального в возбужденное состояние, называется энергией возбуждения (потенциалом возбуждения). В возбужденном состоянии атом находится 10^–9–10^–8 с, затем, возвращаясь на низкий энергетический уровень, испускает квант света строго определенной частоты и длины волны. Приборами фиксируют длину волны испускаемую атомом и получают линейчатый атомный спектр, который состоит из набора отдельных линий.

Элементы, содержащиеся в пробе, идентифицируют по набору спектральных линий (на основании частот или длин волн) испускаемого ЭМИ. Количественный анализ основан на измерении интенсивности спектральных линий элементов.

Общая схема спектральных приборов

СВП – система ввода пробы (компрессор для получения аэрозоля).

СВС – система выделения спектра

СРС – система регистрации

спектра

Фотометрия пламения – метод анализа, основанный на фотометрировании излучения возбужденных в пламени атомов. Вследствие невысокой температуры в пламени возбуждаются спектры элементов, имеющих низкую энергию возбуждения, – щелочные и щелочноземельные металлы.

При использовании наиболее распространенного пламени природного газа в смеси с воздухом (t = 1700–1900 ^ОС) определяют 12 щелочных и щелочноземельных металлов, медь, серебро (табл. 3). Изменяя характеристику пламени, можно увеличить число определяемых элементов (табл. 4).

Таблица 3

Аналитические линии важнейших элементов

Таблица 4

Характеристика пламени

Возбуждению атомов в пламени предшествуют другие процессы, происходящие в пламени: испарение растворителя, кристаллизация пробы, сублимация (возгонка) твердого вещества, термическая диссоциация (распад молекулы на атомы). Под действием температуры пламени атомы металла переходят в возбужденное состояние (Me^• Ме*), рис. 1. При переходе атома из возбужденного в нормальное состояние происходит эмиссия. Возбуждению атомов может сопутствовать ионизация, приводящая к завышению результатов анализа, т.к. энергия излучения ионов накладывается на излучение определяемых элементов. Кроме того, энергия, излучаемая возбужденными атомами, может поглощаться невозбужденными атомами и другими частицами, не попадая на фотоэлемент (самопоглощение). Это явление приводит к заниженным результатам анализа. Для получения достоверных данных необходимо устранить явления ионизации атомов и самопоглощения.

Рис. 1. Схема процессов и физических явлений, происходящих в пламени

Качественный анализ проводят по окраске перлов пламени и характерным спектральным линиям элементов (табл. 3). Количественный анализ основан на эмпирической зависимости интенсивности спектральной линии (I) определяемого элемента от его концентрации в пробе (с), которая описывается уравнением Ломакина-Шейбе:

,

где а – коэффициент, зависящий от режима работы источника возбуждение (температуры и стабильности пламени); b – коэффициент самопоглощения.

Для определения концентрации металла в пробе применяют методы градуировочного графика и добавок.

Устройство пламенного фотометра.

Схема пламенного фотометра представлена на рис. 2. Анализируемый раствор через капилляр 1 под действием сжатого воздуха от компрессора 2 всасывается в распылитель 3 и в виде мелкодисперсного аэрозоля поступает в пламя горелки 5, предварительно смешиваясь с горючим газом. Конденсат выводится из распылителя и собирается в сосуде 4.

Возбужденные в пламени атомы элементов излучают свет определенной длины волны. Для устранения мешающего влияния излучения других элементов в приборе имеется система чувствительных селективных светофильтров 6, позволяющих выделить из общего светового потока излучение определяемого элемента. Монохроматический световой поток, попадая на фотоэлемент 7, вызывает фототок, интенсивность которого регистрирует микроамперметр 8. Измеряемая прибором величина – интенсивность излучения I, мкA.

Рис. 2. Схема пламенного фотометра: 1 – сосуд с анализируемым раствором; 2 – трубопровод от компрессора; 3 – распылитель; 4 – сосуд с конденсатом; 5 – пламя; 6 – светофильтр; 7 – фотоэлемент; 8 – микроамперметр