Контрольная работа: Атомно-эмиссионный спектральный анализ
где N0 - число невозбужденных атомов;
g* и g0 - статистические веса возбужденного и невозбужденного состояния; E - энергия возбуждения;
k - постоянная Больцмана;
T - абсолютная температура.
Таким образом, при постоянной температуре число возбужденных частиц прямо пропорционально числу невозбужденных частиц, т.е. фактически общему числу данных атомов N в атомизаторе (поскольку в реальных условиях атомно-эмиссионного анализа доля возбужденных частиц очень мала: N* << N0 ). Последнее, в свою очередь, при заданных условиях атомизации, определяемых конструкцией и режимом работы прибора и рядом других факторов), пропорционально концентрации определяемого элемента в пробе С. Поэтому между интенсивностью испускания и концентрацией определяемого элемента существует прямо пропорциональная зависимость:
(2)
Таким образом, интенсивность эмиссионной спектральной линии может быть использована в качестве аналитического сигнала для определения концентрации элемента. Коэффициент а в уравнении (2) является сугубо эмпирической величиной, зависящей от условий процесса. Поэтому в АЭС решающее значения имеет правильный выбор условий атомизации и измерения аналитического сигнала, включая градуировку по образцам сравнения.
Метод широко применяется в аналитических целях в медицинских, биологических, геологических, сельскохозяйственных лабораториях.
эмиссионный спектральный атомизация фотометр
2. Атомизаторы
Основные типы источников атомизации и возбуждения приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Тип источника атомизации | Т, ºC | Состояниепробы | С min, % масс |
Относит. станд. отклонен |
| пламя | 1500 - 3000 | раствор | 10-7 – 10-2 | 0,01 – 0,05 |
| электрическая дуга | 3000- 7000 | твердая | 10-4 – 10-2 | 01 – 0,2 |
| электрическая искра | 10000 -12000 | твердая | 10-3 – 10 -1 | 0,05 – 0,10 |
|
Индуктивносвязанная плазма | 6000 - 10000 | раствор | 10-8 – 10 -2 | 0,01 – 0,05 |
Важнейшей характеристикой любого атомизатора является его температура. От температуры зависит физико-химическое состояние анализируемого вещества и, следовательно, величина аналитического сигнала и метрологические характеристики методики.
Пламя. Пламенный вариант метода основан на том, что определяемое вещество в виде аэрозоля вместе с используемым растворителем попадает в пламя газовой горелки. В пламени с анализируемым веществом протекает целый ряд реакций и появляется излучение, которое характерно только для исследуемого вещества и являющееся в данном случае аналитическим сигналом.
Схемы горелок, применяемых в методе фотометрии пламени, показаны на рис. 1. Ввод анализируемой жидкости в пламя обычно осуществляется путем ее пневматического распыления. Применяют распылители главным образом двух типов: угловые и концентрические, работающие вследствие создаваемого разряжения над отверстием распыляющего капилляра (или вокруг него), второй конец которого погружен в раствор анализируемой пробы. Вытекающая из капилляра жидкость разбрызгивается струей газа, образуя аэрозоль. Качество работы распылителя оценивают по отношению количества жидкости и газа (МЖ /МГ ), расходуемых в единицу времени.
Рис. 1. Горелки для атомно-эмиссионной пламенной спектрометрии:
а) и б) обычная горелка Меккера и усовершенствованная горелка: 1 — корпус горелки; 2 — поверхность, на которой формируется пламя; 3 — отверстия для выхода горючих газов; 4 — подача смеси горючих газов и аэрозоля; 5 — выступ на корпусе горелки с отверстиями; в) комбинированная горелка с разделением зон испарения — атомизации и возбуждения спектров: 1 — основная горелка с выступом и отверстиями в нем; 3 — вторая дополнительная горелка с однотипным или более высокотемпературным пламенем; 4 — пламя; 5 — зона регистрации излучения; 6 — подача смеси горючих газов в дополнительную горелку; 7 — подача смеси горючих газов и аэрозоля в основную горелку.
Для образования пламени готовят газовую смесь, состоящую из горючего газа и газа-окислителя. Выбор компонентов той или иной газовой смеси определяется, прежде всего, требуемой температурой пламени.
Таблица 2 содержит информацию о температурах различных племен в атомно-эмиссионном анализе и их основные характеристики.
Таблица 2 Характеристика племен, применяемых в атомно-эмиссионном анализе
| Состав смеси | T ºC | |
| Горючий газ | Окислитель | |
| метан CH4 | Воздух | 1700 -1900 |
| водород H2 | Воздух | 2000-2100 |
| ацетилен C2 H2 | Воздух | 2100-2400 |
| ацетилен C2 H2 | N2 O | 2600-2800 |
| ацетилен C2 H2 | O2 | 3050-3150 |
Существуют определённые аналитические характеристики пламени. Пламя, безусловно, должно быть стабильным, безопасным, и стоимость компонентов для его поддержания должна быть невысока; оно должно иметь относительно высокую температуру и медленную скорость распространения, что повышает эффективность десольватации и получения пара, и в результате приводит к большим сигналам эмиссии, абсорбции или флуоресценции. К тому же, пламя должно обеспечивать восстановительную атмосферу. Многие металлы в пламени имеют тенденцию образовывать устойчивые оксиды. Эти оксиды тугоплавкие, трудно диссоциируют при обычных температурах в пламени. Для повышения степени образования свободных атомов их необходимо восстановить. Восстановление может быть достигнуто почти в любом пламени, если создать скорость потока горючего газа по большей, чем это необходимо стехиометрии горения. Такое пламя называют обогащённым. Обогащенные пламёна, образуемые такими углеводородными горючими, как ацетилен, обеспечивают прекрасную восстановительную атмосферу, обусловленную большим количеством углерод-содержащих радикальных частиц.
Пламя – самый низкотемпературный источник атомизации и возбуждения, используемый в АЭС. Достигаемые в пламени температуры оптимальны для определения лишь наиболее легко атомизируемых и возбудимых элементов – щелочных и щелочно-земельных металлов. Для них метод фотометрии пламени является одним из самых чувствительных – до 10-7 % масс. Для большинства других элементов пределы определения на несколько порядков выше. Важное достоинство пламени – как источника атомизации – высокая стабильность и связанная с ней хорошая воспроизводимость результатов измерений (Sr – 0,01-0,05).
Выбор необходимой температуры пламени зависит от индивидуальных свойств определяемых веществ.
Если, например, необходимо определять легко возбуждающиеся вещества (щелочные металлы), то температура пламени может быть достаточно низкой.