Аспап құрылғысы және талдау әдістемесі

Атомды-абсорбциялық спектрометрдің принциптік сызбасы 5-суретте көрсетілген.

Жарық көзі (2) анықталатын элементтің қажет сызығын беретін сызықты спектрді сәулелендіреді. Ароматизаторда (4) (көбінесе жалында) үлгі сәйкес толқын ұзындығындағы жарықты жұтатын атом буларына айналады. Жұтылу нәтижесінде бастапқы интенсивтілік I₀ I-ге дейін төмендейді. Монохроматор (5) анықталатын элементтің спектрлік сызығын өлшеуде табылатын тар спекральды жолақты (әдетте 0,2-2 нм) бөліп шығарады. Модулятор (3) көзден жарық ағынын механикалық және электрлік әдіспен үзеді. Детектор (6) аспаптан шығар алдында тіркелетін жұтылуы мәні есептегіш құрылғыда өңделетін электрлік сигналда жарық ағынын тоқтатады. Есептегіш құрылғы модулятормен синхронизделген (үйлестірілген) және тек үзік сигнал көзін ғана қабылдайды. Сонымен бірге атомизатор сәулелену әсерін болғызбайды, ол – уақыт бойынша тұрақты, демек, есептегіш құрылғы қабылдамайтындай детекторда тұрақты тоқ пайда болады. Қазіргі заманғы атомды-абсорбциялық спектрометрлер – өлшеу жағдайларының өнімділігін, үлгіні автоматты енгізуін және өлшеу нәтижелерін тіркеуді қамтамасыз ететін прецизионды жоғары автоматтандырылған құрылғы. Бірқатар моделдері микроЭЕМ құрастырылған.

Атомизирленген күйге талданатын объектіні ауыстыру және анықталған және түрлендірілген формадағы будың жұту қабаты атомизаторда – әдетте жалында немесе түтікті пеште орындалады. Көбінесе ауамен ацетилен қоспасының (максимальды температурасы 2000°С) және ацетилен мен N₂O қоспасының (2700°С) жалындары пайдаланылады. 50-100 мм ұзындықтағы және ені 0,5-0,8 мм болатын саңылаулы білтесі бар жанарғыны (горелка) жұтылу қабатының ұзындығын ұлғайту үшін құрылғының оптикалық осін бойлай орналастырады.

Атомизаторлар – түтікті кедергілі пеш әдетте тығыз графит сорттарынан дайындалады. Қабырға арқылы булардың диффузиялануын болдырмау үшін және жұмыс істеу ұзақтылығын арттыру үшін графит түтіктерін газөткізбейтін пирокөміртек қабатымен қаптайды. Қыздырудың максимальды температурасы 3000°С-ге жетеді. Кейде қиын балқитын металдардан (W, Та, Мо), немесе нихромды қыздырғышы бар кварцтан жасалған жұқа қабырғалы түтікті пешті қолданады. Графитті және металды түтікті пештерді ауамен әсерлесу арқылы күюден сақтау үшін оларды инертті газ (Ar, N₂) ағынымен үрленетін герметикалық немесе жартылай герметикалық камераларға орналастырады.

Үлгілер жалын жұту зонасына немесе пешке әртүрлі әдістермен енгізіледі. Ерітінділерді сорғыш пневматикалық тозаңдандырғыштармен, кейде – ультрадыбыс көмегімен тозаңдандырады. Біріншісі қарапайым және жұмыста тұрақты, бірақ түзілген аэрозоль дисперстілік дәрежесі соңғы орын алады. Тек аэрозольдің ұсақ тамшыларының 5-15% ғана жалынға түседі, ал қалған бөлігі жинау камерасына жиналады және арнайы науаға (ыдысқа) құйылып отырады. Ерітіндідегі қатты заттың максимальды концентрациясы әдетте 1%-дан аспайды. Керісінше жағдайда – тұздар жанарғы білтесінде қарқынды қонады.

Үлгіні түтікті пешке енгізудің негізгі әдістерінің бірі ерітіндінің құрғақ қалдықтарын термиялық буландыру болып табылады. Көбінесе үлгіні пештің ішкі бетіне буландырады: ерітінді үлгісін (5-50мкл көлемде) түтік қабырғасындағы тозаңдандыратын саңылау арқылы микропипетка көмегімен енгізіледі және 100°С температурада кептіріледі. Бірақ бұл жағдайда үлгі жұту қабаты температурасының үздіксіз жоғарылауымен қабырғада буланады, ал бұл тұрақсыз нәтижелер береді. Сондықтан буландыру процесінде пештің температурасының тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін үлгіні көмір электродын (графитті кювета), графитті тигелін (Вудрифф пеші), металды немесе графитті зондты пайдалана отырып, алдын-ала қыздырылған пешке енгізеді. Үлгіні сол сияқты пеш ортасында тозаңдандырғыш саңылауы астында орналастырылған платформамен (графитті астау) буландыруға болады. 2000К/с жылдамдықпен қыздырылған пеш температурасынан платформа температурасының едәуір төмендігі нәтижесінде булану пеште практика жүзінде тұрақты температурада жүреді.

Жалынға қатты заттың немесе ерітінділердің құрғақ қалдықтарын енгізуде графиттен немесе қиын балқитын металдардан жасалған стержендер, жіптер, қайықшалар, тигельдер қолданылады. Оларды құрылғының оптикалық осінің төменгі жағына олардың булары жұтатын зонаға жалын газының ағынымен келетіндей етіп орналастырады. Графитті буландырғыштарды бірқатар жағдайларда электр тогымен қосымша қыздырады. Ұнтақ тәрізді үлгілердің қыздыру кезінде механикалық жоғалуын болдырмау үшін кеуекті графит сорттарынан жасалған цилиндрлік капсул типті буландырғыштар қолданылады. Кейде үлгі ерітінділерін тотықсыздандырғыштар, көбінесе NaBH₄ қатысында арнайы реакциялық ыдыстарда өңдеуге жіберіледі. Бұдан Hg, мысалы, элементті түрде шығарылады, ал As, Sb, Bi және басқалары – инертті газ ағынымен атомизаторға енгізілген гидридтер түрінде шығарылады.

Атомды-абсорбциялық талдау әдісі атомды-эмиссиялық талдау әдісі сияқты анықталатын элементтің концентрациясын стандартты ерітінділер (эталондар) көмегімен тұрғызылған калибрлеу графигі арқылы табатын салыстырмалы әдістер қатарына жатады. Жұту мәні А,(1.9) теңдеуі бойынша, атомдық буларындағы (сәйкесінше атомизаторға апарылған ерітінділердегі) элемент концентрациясы с сызықты функция болып табылады. Алдынғы бөлімде қысқаша қарастырылған бірқатар себептерге байланысты калибрлеу графиктері сызықты тәуелділіктен ауытқуы мүмкін. Мұнда атомды-абсорбциялық талдаудағы бірқатар өзгеше себептерге тоқталып өтейік: жарық көзінің сәулеленуіне атомизатор сәулеленуінің қабаттасуын болдырмау қажет, аяғына дейін анықтылықтың мүмкін өзгерістерін есепке алу, үлгідегі қатты бөлшектер мен бөгде компоненттер молекулаларынан болған атомизатордағы селективті емес спектральды кедергілерді есепке алу керек. Ол үшін әртүрлі әдістер қолданылады, мысалы, сәулеленуді шешімділігі 0,04 нм-ден 0,4нм-ге дейін жететін призма мен дифракциялық тор көмегімен монохроматтайды; сол сияқты қабылдағыш-тіркегіш құрылғыны реттей отырып жиілікпен сәулелену көзін модулдейді, мұнда екі жарық көзі (дискретті және үздіксіз спектрлері) бар екісәулелі немесе оптикалық сызба қолданылады. Едәуір эффективті сызба Зееман ыдырауына және атомизатордағы спектралды сызық поляризациясына негізделген. Мұндай жағдайда сигналдарды өлшеу кезінде жүз ретке әлсіз А=2 мәнге ие селективті емес спектралды кедергілерді есепке алуға мүмкіндік беретін, магнитті өріске перпендикулярлы поляризделген жұтатын қабат арқылы жарық өткізіледі.

Атомно-абсорбциялық талдау ерекшелігі – қарапайымдылығы, жоғары селективтілігі және талдау нәтижесіне үлгі құрамының әсерінің аздығы. Әдістің шектеулігі – сызықты сәулелену көзін қолданып бірнеше элементтерді бір уақытта анықтау мүмкін емес және, ережеге сай, үлгіні ерітіндіге ауыстыру қажет. Әдіс жуық шамамен 70 элементті (негізінен, металдар) анықтау үшін қолданылады. Ол резонансты сызықтары спектрдің вакуумдық обылысында (толқын ұзындығы 190нм-ден кем) жатқан газдар мен бірқатар бейметалдарды анықтай алмайды. Графитті пешті қолдану арқылы көміртекпен қиын ұшатын карбидтер түзетін элементтерді Hf, Nb, Та, W және Zr анықтау мүмкін емес. Жалында атомизациялау кезінде ерітіндідегі элементтердің көпшілігін анықтау шегі 1-100 мкг/л береді, ал графитті пеште 0,1-100 пг жетеді. Жұмыстың автоматты режимінде жалынды спектрометр сағатына 500 үлгіге дейін талдауға мүмкіндік берсе, ал графитті пеш орнатылған спектрометр 30 үлгіге дейін ғана талдауға мүмкіндік береді. Екі варианты да біршама бейметалдар мен органикалық қосылыстарды жанама анықтауға мүмкіндік беретін бірқатар жағдайларды тудыратын экстракция, дистилляция, ионды алмасу, хроматорграфия көмегімен алдын-ала бөліп алатын және концентрлейтін байланыста пайдаланылады. Атомды-абсорбциялық талдау әдісі сол сияқты бірқатар физикалық және физико-химиялық шамаларды – газдағы атомдар диффузиясы коэффициенттерін, газды ортаның температурасын, элементтердің булану жылуын және т.с.с. анықтау үшін, молекуланың спектлерін, қосылыстардың булануы мен диссоциациялануына байланысты процестерді зерттеу үшін қолданылады.