Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Аналитическая химия

Атомная абсорбционная спектроскопия

Методы атомной спектроскопии (АС) основаны на использовании различных явлений и эффектов, возникающих при неупругом взаимодействии электромагнитного излучения с атомами вещества. Основу методов атомной спектроскопии составляют переходы валентных или внутренних электронов атома или иона из одного энергетического состояния в другое при ударном возбуждении в термически или электрически получаемой плазме (ионизированный инертный газ) или при электромагнитном возбуждении.

Чтобы наблюдать эти эффекты (оптические свойства) свободных атомов, необходимо пробу перевести в газообразное состояние. Это чаще всего требует испарения жидкости или твердого вещества и последующей диссоциации молекул на свободные атомы (рис. 5.52).

Поэтому в схемах приборов должны быть предусмотрены соответствующие узлы — атомизаторы. Иногда одно и то же устройство

Процессы, протекающие при испарении/атомизации и возбуждении в АС

Рис. 5.52. Процессы, протекающие при испарении/атомизации и возбуждении в АС

Источник: Данцер К., Тан Э., Мольх Д. Аналитика. Систематический обзор / Под ред. Ю.А. Клячко. М.: Химия, 1981. С. 191

может быть использовано одновременно в качестве источника возбуждения (излучения) и атомизатора.

В АС существуют следующие способы атомизации и возбуждения: пламя, электрическая дуга, искра, тлеющий разряд, индуктивносвязанная плазма (ИСП), лазеры.

Метод, основанный на использовании явления поглощения электромагнитного излучения свободными атомами или ионами определяемого вещества, называется методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС). При поглощении электромагнитного излучения атомы переходят из основного состояния в возбужденное (см. рис. 5.33, б). Предварительно переводят пробу в атомное состояние, а затем измеряют ослабление интенсивности излучения, обуслов-

ленное его поглощением свободными атомами определяемого элемента (рис. 5.53).

Схема устройства и принцип действия атомно-абсорбционного спектрометра

Рис. 5.53. Схема устройства и принцип действия атомно-абсорбционного спектрометра:

/и — интенсивность испускания резонансной* линии; /д — интенсивность поглощения (абсорбции); а — спектр испускания катодной лампы (атомы материала катода поглощают энергию и возбуждаются, испуская характеристическое излучение — 1; остальные линии (2) — линии газа — наполнителя лампы; б — поглощение резонансной линии атомами определяемого вещества в атомизаторе; в — спектр после прохождения излучения через атомизатор (интенсивность излучения уменьшается за счет поглощения); г — спектральная ширина щели монохроматора (D) отсекает лишни линии; выделяет из спектра испускания атома линию, поглощение которой необходимо измерить; д — резонансная линия на приемнике; е — регистрируемый спектр

Резонансная линия — это линия, которая соответствует переходу между основным состоянием и первым возбужденным уровнем.

Источник: Данцвр К., Тан Э., Мольх Д. Аналитика. Систематический обзор / Под ред. Ю.А. Клячко. М.: Химия, 1981. С. 196

Основой измерений служит закон излучения Кирхгофа, согласно которому элемент поглощает излучение той же длины волны, которую он испускает в возбужденном состоянии.

Доля поглощенного излучения пропорциональна концентрации атомов данного элемента и подчиняется закону Бугера—Ламберта— Бера (5.39, 5.43), где катомный коэффициент абсорбции, зависящий от природы поглощающего атома и энергии фотона (v или А,); I — толщина поглощающего слоя плазмы и С — концентрация поглощающих атомов.

Это уравнение справедливо лишь для монохроматического излучения и в отсутствие химических и физических помех. Поэтому измерения проводят при постоянных условиях: стабильной работе источника излучения и распылителя; постоянной температуре пламени или графитовой кюветы и постоянном давлении.

Для количественных определений можно использовать как метод градуировочного графика, так и метод добавок.

Средства измерений. Основные узлы атомно-абсорбционного спектрометра приведены на рис. 5.53 (они аналогичны схеме прибора, используемого в молекулярной абсорбционной спектроскопии, представленного ранее на рис. 5.41, однако источники излучения (а) и атомизации (б) пространственно разделены).

При выборе источника первичного излучения необходимо учитывать закон излучения Кирхгофа, в соответствии с которым отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы. Поэтому наиболее подходящими источниками излучения являются полые катодные лампы, в которых материалом для катода служит определяемый элемент; следовательно, для каждого элемента требуется специальная катодная лампа. Данный способ рентабелен лишь для серийных анализов. Наиболее часто применяют многоэлементные катодные лампы и лазеры.

В качестве источника атомизации можно использовать пламя. Оно выполняет функции не только атомизатора, но и кюветы. Однако недостаточно высокая чувствительность (1—30 мкг/мл) и другие ограничения пламенных атомизаторов стимулировали развитие электротермических атомизаторов (ЭТА). Они могут быть различных конструкций: графитовые кюветы, печи, стержни, тигли, проволока и другие конструкции из тугоплавких металлов, нагреваемых током.

Характеристики метода. Использование электротермических атомизаторов позволило понизить пределы обнаружения до 5 х x 10-5 мкг/мл. Абсолютные значения пределов обнаружения при этом составляют 10-11—10-14 г. Это поставило ААС в ряд наиболее чувствительных методов. В то же время метод позволяет определять и высокие концентрации элементов.

Применение ЭТА расширило спектральный диапазон измерений (и соответственно, круг определяемых элементов) до вакуумной УФ-области, что невозможно в пламенных методах.

ААС позволяет проводить количественные определения более 60 металлов и некоторых неметаллов в веществах различной природы: примесях и микропримесях неорганических веществ; технических материалах; нефти и нефтепродуктах; продуктах органического синтеза; пищевых продуктах и фармацевтических препаратах; объектах окружающей среды (воде, почве) и др.

Важным достоинством ААС является также высокая избирательность, так как число линий в спектре невелико и практически отсутствует их наложение.

Метод экспрессен, результаты хорошо воспроизводимыпогрешность не превышает 1—4%.

К недостаткам метода можно отнести:

  • • трудности осуществления многоэлементного анализа, поскольку для каждого элемента нужен свой источник излучения;
  • • сложность и достаточно высокую стоимость оборудования;
  • • диапазон определяемых концентраций существенно уже, чем в других методах атомной спектроскопии;
  • • необходимость перевода пробы в растворенное состояние, что связано с затратами времени и усилий при анализе твердых проб.

Вопросы для самоконтроля к подразделу 5.2.2

  • 1. Расскажите о сущности и классификации методов абсорбционной спектроскопии.
  • 2. Сформулируйте основной закон молекулярной абсорбционной спектроскопии. Поясните смысл входящих в него параметров.
  • 3. Сформулируйте ограничения применимости закона Бугера—Ламберта—Вера.
  • 4. Начертите принципиальную блок-схему приборов для молекулярной абсорбционной спектроскопии и дайте характеристику основных узлов.
  • 5. Дайте характеристику источников излучения, применяемых в молекулярной абсорбционной спектроскопии.
  • 6. Приведите общий вид электронного спектра поглощения и укажите его параметры, используемые в анализе.
  • 7. Расскажите о природе возникновения спектров в УФ-, видимой и ИК-областях.
  • 8. Сформулируйте закон аддитивности светопоглощения. Какое значение имеет это явление в молекулярной спектроскопии?
  • 9. В чем состоит сущность спектрофотометрического анализа? Перечислите преимущества этого метода по сравнению с фотоколориметрией.
  • 10. Как правильно выбрать оптимальные условия для фотометрических измерений?
  • 11. Расскажите о способах количественного анализа, используемых в молекулярной абсорбционной спектроскопии.
  • 12. Как проводится качественный анализ в молекулярной спектроскопии?
  • 13. В чем состоят сходство и отличие методов молекулярной и атомной абсорбционной спектроскопии?
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы