Атомно-абсорбционная спектроскопия

Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа отли­чается высокой абсолютной и относительной чувствительностью. Метод позволяет с большой точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых концентрациях, поэтому он широко применяется в биологии, медицине (для анализа органических жидкостей), в геологии, почвоведении (для опре­деления микроэлементов в почвах) и других областях науки, а также в металлургии для исследований и контроля технологи­ческих процессов.

По точности и чувствительности этот метод превосходит мно­гие другие; поэтому его применяют при аттестации эталонных сплавов и геологических пород (путем перевода в раствор).

Чувствительность определения большинства элементов в вод­ных растворах с пламенной атомизацией лежит в интервале от 0,005 до л-10 мкг/мл (т. е. от 5*10-7 до 10-3—10-4%): при этом расходуется от 0,1 до нескольких миллилитров раствора. Ошибка воспроизводимости единичного измерения (коэффи­циент вариации) р≤0,5% при благоприятных условиях измере­ния. На каждое измерение интенсивности аналитической линии затрачивается, как правило, не более 30 с. Столь высокая воспроизводимости результатов анализа объясняется стабильно­стью пламенного атомизатора, а также и высокой точностью схем регистрации и измерения интенсивности аналитических линий в приборах, предназначенных для атомно-абсорбционного анализа.

Существенные ошибки, связанные с изменением общей компо­зиции проб, возникают лишь при анализе растворов сложного переменного состава; такие ошибки, как и в пламенной фотометрии, связаны с влиянием состава пробы на процессы атомизации, включая и распыление раствора.

Сравнение с эмиссионно-пламенной фотометрией показывает, что большая часть элементов опреде­ляется методом атомной абсорбции с более высокой или равной чувствительностью. По имеющимся данным с меньшей чувстви­тельностью определяются, главным образом, щелочные и ще­лочноземельные элементы, у которых длина волны резонансных линий более 300 нм.

До разработки беспламенных способов атомизации область применения атомных спектров поглощения ограничивалась анализом растворов. Приемы беспламенной атомизации позволяют непосредственно анализировать порошковые и твердые пробы малых размеров с абсолютной чувствительностью порядка 10-8—10-14 г в зависимости от элемента; по точности они усту­пают пламенным методам.

Зависимость резонансного поглощения от атомной концентрации.

Поглощение света веществом выражается законом Бугера—Ламберта—Бера:

7 стр., 3268 слов

Анализ методов энергосбережения для электроприводов с непрерывным режимом работы

... показатели, включая надежность, достаточно высоки. Необходимо, чтобы решение по применению дорогостоящих устройств электропривода подтверждалось технико-экономическими расчетами. Решению проблемы энергосбережения способствует применение синхронных двигателей, создающих в питающей сети реактивные ...

I=I0e-асl,

Где I0- интенсивность падающего излучения; I — интенсивность излучения, прошедшего вещество; а — показатель поглощения света, рассчитанный на еди­ницу концентрации поглощающего компонента и на единицу толщины слоя;

с — концентрация поглощающего компонента; l — толщина поглощающего слоя. В аналитической химии пользуются следующими спектро-фотометрическими величинами: пропусканием Т(I/I0) и пог­лощением 1 — Т, выражаемыми в процентах, а также оптиче­ской плотностью D — безразмерной величиной, изменяющей­ся от нуля до бесконечно больших значений (практически до 2—3).

Указанные величины связаны таким соотношением:

D = -lg T=бcl.

Для случая поглощения монохроматической линии:

α≈(πe2f)/(mc),

где е, т, с — физические постоянные;

  • f— осцилляторная сила, т. е. среднее число элек­тронов, приходящихся на атом, которые могут быть возбуждены излучением.

Для пламени ввиду неолноты диссоциации на атомы окислов и гидроокисей большинства элементов , а также вследствие неполного испарения растворенного вещества теоретический расчет кон­центрации элемента по его оптической плотности не является возможным; но, в случае испарения образца в графитовой кювете и при повышенном давлении, теоретический расчет концентрации можно произвести, пользуясь следующим соот­ношением:

D=1.5*1011*(Δν λ /( Δνλ +4Δν2c))*(f/A)*(M/S),

где D — оптическая плотность атомного пара;

Δν λ , ΔνС —полуширина и сдвиг линии поглощения, см-1 ;

f —осцилляторная сила;

А —атомный вес;

  • S— площадь сечения кюветы;

М — количество элемента.

Применение этого соотношения в аналитической практи­ке затруднительно ввиду необходимости знать точные значе­ния входящих в нею атомных постоянных, но оно ценно в том отношении, что показывает возможность при использова­нии испарения в графитовой кювете при повышенном давле­нии полного устранения влияния состава пробы на результа­ты анализа, а также возможность применить в этом случае градуировочные графики, построенные по одной, любой по составу, стандартной пробе.

  • Аппаратура.

Для анализа по атомным спектрам поглощения созданы спе­циализированные приборы — атомно-абсорбционные спектрофо­тометры разных типов. Лучшие из них измеряют усредненную интенсивность аналитической линии, при помощи схем, которые позволяют практически исключить помехи от эмиссионного спектра пламени и заметно снизить ошибки, связанные с нестабильностями источника света и других узлов прибора.

Рис. I. Схемы двулучевого и однолучевого спектрофотометров:

I-первый луч; II-второй луч;1-источник света;2-диск-прерыватель;3-окно в диске;

4-пламя;5-монохроматор;6-фотоэлектрический приёмник света;

7-электронная схемарегистрации;8-поворотные зеркала;9-полупозрачное зеркало.

В двулучевом (рис. I, а) приборе один луч от источника света проходит через пламя, а другой — обходит его; при помо­щи прерывателя — вращающегося диска 2 с отверстием 3 потоки I и II поочередно направляются в спектральный прибор, пропу­скающий только аналитическую линию; фотоумножитель по­переменно регистрирует линию потока I и потока II. Более сложные приборы имеют два таких канала и позволяют по двулучевой схеме измерить одновременно интенсивности двух ли­ний. Вторая линия при соответствующем ее выборе может использоваться как внутренний стандарт интенсивности.

9 стр., 4284 слов

Аналитическая оценка вероятности возникновения источников техногенной ...

... по трубе. 5. От распространения пламени линии ПВС защищены гравийными огнепреградителями 2, ... паров бензина из паровоздушной смеси методом адсорбции. Из паровоздушной смеси пары летучего ... условиях количество паров в свободном пространстве может быть достаточным для ... быстродействующих средств защитного отключения возможных источников зажигания; применением электрооборудования, соответствующего ...

Прибор измеряет отношение I1/I2=Iо или lg(I1/I2)=lgIo. Эти величины не зависят от колебаний интенсивности источника света, а также от характеристик измерительных схем. Когда в пламя введен раствор, то первый световой поток уменьшается до величины I1e-aС и прибор измеряет отношение (I1e-аС/I2)=I=I0e-aС, тогда оптическая плотность равна D = lg(I0/I)=0,43 aC и зависит, только от концентрации элемента в пробе (С).

Однолучевой прибор (рис. I, б) измеряет «абсолютное» значение усредненной интенсивности; точность измерения опти­ческой плотности у такого прибора теоретически меньше, чем у двулучевого. Фотоэлектрические сигналы от линии усредняются измерительными схемами за 10—30 с.

Для того чтобы собственное излучение пламени не мешало измерению абсорбции, излучение источника модулируют, преры­вая его с определенной частотой механическим способом (как в двулучевой схеме) или питая лампу переменным током необ­ходимой частоты.

Излучение пламени, как и других источников света, непостоянно, и его интенсивность колеблется с частотами от звуковых до частот порядка килогерца в зависимости от применяемых го­релок и горючих смесей. Схемы регистрации настраивают таким образом, чтобы они измеряли только частоты, отличающиеся от частот пламени, а излучение источника света модулируют с частотой, которую регистрирует схема.

Для работы с холодными пламенами модуляция необязательна, так как интенсивность получения этих пламен не мешает анализу.

Калибровка прибора.

Калибровочные графики.

Спектральный прибор.

Атомизаторы.

Беспламенный метод атомизации с использованием графи­товой кюветы.

Диаметр полости 0,5 см, а ее длина 5 см. Между электродом с пробой и другим электродом, установленным под кюветой, зажигают мощную дугу постоянного тока. При этом происходит быстрое испарение пробы, продолжающееся всего лишь несколько секунд. Проба в виде атомизированного вещества сконцентрирована в полости кюветы, которую просвечивают источником резонансного из­лучения.

Подготовка проб к анализу.

Список литературы:

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/atomno-absorbtsionnaya-spektroskopiya/

1. Ляликов « Физико – химические методы анализа».

2. Пилипенко, Пятницкий «Аналитическая химия».

3. Химия. Большой энциклопедический словарь. Гл. ред. И.П.Кнонянц. М.: Большая Российская энциклопедия, 2000г. – 792 стр.