У фотометричних методах аналізу вимірюють поглинання світла аналізованим розчином після введення в нього реактиву, що реагує з певним компонентом стічних вод з утворенням інтенсивно поглинаючої світло сполуки.

Застосовувані у фотометрії прилади складаються із чотирьох частин, послідовно розташованих одна за іншою: джерело світла, світлофільтр або монохроматор, кювета з розчином, детектор (фотоелемент, що перетворює енергію випромінювання в електричну) .

Конструкції приладів залежать від того, у який області спектра (ультрафіолетовій, видимій або інфрачервоній) проводять виміри. Джерелом видимого випромінювання служить звичайна електрична лампа, для одержання УФ-випромінювання застосовують водневу лампу.

Звичайно для проведення аналізу вибирають випромінювання в тій області довжин хвиль, у якій отримана забарвлена сполука має максимальне світлопоглинання, а домішки – мінімальне.

У спектрофотометрах за допомогою монохроматора виділяють дуже вузький пучок світла із певною довжиною хвилі (1-2 нм.) і за допомогою самописців записується крива світло поглинання під час повільної зміни довжини хвилі випромінювання від малих довжин хвиль до більших. У фотоколориметрах для тієї ж мети (виділення випромінювання потрібної довжини) застосовують світлофільтри, що пропускають потік світла значно більшої ширини (20-50 нм). Спектрофотометри, звичайно, більше придатні для проведення точних досліджень, але вони значно дорожчі й менш доступні, чим фотоколориметри. Фото колориметричні методи також більш прості та не потребують довгої підготовки до своєї роботи. Під час аналізу стічних вод виміри проводять найчастіше у видимій області спектра.

Фотометричні методи аналізу обов'язково включають холостий дослід для усунення впливу сторонніх речовин. Існують два типи холостих дослідів:

1) Холостий дослід із дистильованою водою замість аналізованого розчину при додаванні всіх необхідних реактивів; так виключається вплив світлопоглинання реактивами;

2) Холостий дослід із аналізованим розчином без додавання реактивів; так виключається вплив сторонніх речовин, що є присутніми у самій аналізованій пробі.

Розглянемо особливості атомно-абсорбційного аналізу.

Метод заснований на поглинанні ультрафіолетового або види­мого випромінювання атомами газу. Щоб перевести пробу (хоча б
частково) у газоподібний стан, її вводять у полум'я. Як джерело випромінювання застосовують лампу з полим катодом з аналізованого металу. Інтервал довжин хвиль спектральної лінії, що випромінюється джерелом випромінювання, і лінії поглинання того ж самого елемента в полум'ї дуже вузький, тому поглинання інших елементів практично не
позначається на результатах аналізу.

Суттєвою відмінністю атомної абсорбції від емісійної спектрометрії є те, що в останньому методі виміряється випромінювання, що випускається атомами в збудженому стані, а атомна абсорбція заснована на вимірі випромінювання, поглиненого нейтральними, не збудженими атомами, що перебувають у полум'ї, яких у полум'ї набагато більше, ніж збуджених. Цим пояснюється висока чутливість методу при визначенні елементів, що мають високу енергію збудження. Найбільшу чутливість атомно-абсорбційна спектроскопія проявляє при визначенні As, Be, Bi, Cd, Hg, Mg, Pb, Ті, Zn, Cs, In. Значно більшу чутливість емісійний метод проявляє при визначенні Li, К, Na, Ba, Sr, Tl. Чутливість визначення інших елементів приблизно однакова при визначенні їх обома методами,

В принципі атомно-абсорбційна спектрометрія подібна до звичайної спектрофотометрії, аналогічна й використовувана в обох методах апаратура. В обох методах випромінювання пропускають через аналізовану пробу, що частково його поглинає, а пропущене світло проходить через монохроматор і попадає на фотодетектор – пристрій, що реєструє кількість пропущеного або поглинутого випромінювання. Розходження цих методів - у джерелі світла й у кюветі для проби.

Джерелом світла в атомно-абсорбційній спектроскопії є лампа з полим катодом, яка випромінює вузький інтервал довжин хвиль, порядку 0,001 нм. Лінія поглинання аналізованого елемента дещо ширша випромінюваної полоси, що дозволяє вимірювати поглинання в її максимумі. Прилад містить необхідний набір ламп, кожна лампа призначається для визначення тільки одного елемента. Існують лампи, призначені для визначення декількох елементів (наприклад, Mg, Са, AI), але застосування їх не рекомендується із-за можливості помилок.

Кюветою в атомно-абсорбційній спектроскопії служить саме полум'я..

Застосовують полум'я, для одержання якого як пальне використають ацетилен, пропан або водень, а як окислювач – повітря, кисень або оксид азоту(I). Обрана газова суміш визначає температуру полум'я. Повітряно-ацетиленове й повітряно-пропанове полум'я мають низьку температуру (2200 – 2400°С). Таке полум'я, використають для визначення елементів, сполуки яких, легко розкладаються при цих температурах. Таких елементів більшість. При визначенні елементів, що утворять важкодисоціюючі сполуки, використають високотемпературне полум'я (3000 – 3200°С), створюване сумішшю оксид азоту (I) та ацетилену. Таке полум'я необхідне при визначенні алюмінію, берилію, кремнію, ванадію й молібдену.

Одним із методів фізико-хімічного аналізу речовин отриманих із стічних вод є рентгеноспектральній аналіз. Рентгеноспектральний аналіз використовують для кількісного визначення металів, які містяться у пробах. При цьому аналізовані зразки можуть мати складну хімічну та фазову будову. Як правило, зразки для аналізу повинні мати масу порядку одного грама, хоча на сьогодні створені прилади, які розраховані на мікро кількості речовин. Точність аналізу складає 2 -5 відносних %, а тривалість від 1 – 2 хвилин до 1 – 2 годин.

Для одержання спектра рентгенівських променів у рентгеноспектральному аналізі використають їхню дифракцію на кристалах (або на штрихових дифракційних решітках) при таких малих кутах (1 – 12°), що рентгенівські промені відбиваються, ніби ковзаючи по поверхні кристала.

Досліджуваний зразок при рентгеноспектральному аналізі опромінюється первинними рентгенівськими променями. Атоми елементів, що входять до складу зразка, під дією випромінювання збуджуються й самі стають джерелами вторинного рентгенівського випромінювання. Такий спосіб аналізу одержав назву флуоресцентного.

Специфічний для даної речовини спектр вторинного випромінювання описується як корінь квадратний із частот коливань променів, випущених атомами, що входять до складу зразка, і лінійно залежить від їхніх атомних номерів:

(1)

Де - частота коливань, пов'язана з довжиною хвилі співвідношенням R – постійна Рідберга; а - постійна для кожної лінії спектра величина; Z – атомний номер елемента; - середня константа екранування.

Рис. 2.1. Принципова схема рентгенівського спектрометра з вигнутим кристалом.

1 – додатковий електронний детектор; 2 – досліджуваний зразок; 3 – рентгенівська трубка; 4 – діафрагма; 5 – вигнутий кристал; 6 – електронний детектор флуоресцентного спектра.

З рівняння (1) видно, що кожному виду атомів властива певна частота коливань вторинних рентгенівських променів, збуджених первинним випромінюванням. Очевидно, що енергія кванта збудження повинна бути більше енергії, необхідної для вибивання глибинних електронів атомів досліджуваної речовини, тобто флуоресцентне випромінювання досліджуваного зразка виходить у тисячі разів слабкіше первинного випромінювання, що утрудняє реєстрацію спектрів.

На малюнку 1 наведена принципова схема рентгенівського спектрометра з вигнутим кристалом. Як видно з малюнка, первинні рентгенівські промені із джерела падають на досліджуваний зразок, викликаючи вторинне флуоресцентне випромінювання. Частина випромінювання через діафрагму подається під малим кутом на поверхню вигнутого кристала й під кутом ковзання відбивається віднього. Відбиті від вигнутого кристала промені, будучи сфокусованими на кільцевий екран, утворять на ньому спектр. Цей спектр фіксують фотографічними методами або ж за допомогою електронного детектора. Іноді можливе використання лічильників Гейзера для реєстрації енергії випромінювання.

Розділ 3. Практична частина. Отримання та аналіз важких металів із стічних вод підприємств методом сорбції

Розглянемо основні методи сорбції важких металів із стічних вод підприємств. Аналіз стічних вод має одну особливість, а саме – достатньо великі об’єми аналізованих розчинів, що дозволяє використовувати методи концентрування. Для концентрування стічних вод використовують методи екстракції, випарювання, сорбції. Кожен із приведених методів має як свої позитивні так і негативні сторони. Процеси екстракції потребують використання органічних розчинників: хлороформу, бензолу, толуолу, чотири хлористого вуглецю. Але використання органічних розчинників, випарювання їх досить вогненебезпечне. Методи випарювання не потребують ніяких розчинників, проводяться у водному середовищі, але по часу вони доволі тривалі і їх не можна використати для експрес-аналізу. Метод сорбції потребує використання спеціальних органічних чи неорганічних сорбентів. Метод сорбції в останній час активно розвивається, у його розвитку використовують методи та методики сорбції, які були розроблені раніше для виділення урану, плутонію. Наприклад, в Україні такі роботи велися на Придніпровському гірничо-збагачувальному комбінаті, де на основі методик первинного збагачення уранової руди розробили установки для промислової сорбції рідкоземельних та благородних металів. В останній час викликають інтерес природні сорбенти – цеоліти, які проявляють активну сорбційну дію.

3.1 Виділення важких металів із стічних вод методом сорбції

При аналізі стічних вод широкими можливостями володіє метод сорбції. При його використанні можна досягти коефіцієнтів концентрування до . Сорбцію проводять як у статичних так і у динамічних умовах, використовують сорбційні фільтри. У якості сорбентів використовують активне вугілля, сульфовугілля, синтетичні іоніти, комплексоутворюючі сорбенти.

Розроблені методи поглинання хелатів [8, 10], а саме Cd, Co, Cr, Cu, Dy, Eu, Hf, Hg, Mn, Ni, Pb, Re, Sm, Tb, Znпереводили в 8-оксихінолінати при РН = 8 та поглинали утворені хелатні сполуки активованим вугіллям. Мікроелементи поглиналися кількісно, коефіцієнт поглинання досягав значення . Для подальшого аналізу використовували методи атомно-абсорбційної спектрометрії.