Атомно-абсорбционный спектральный анализ

Электродуга постоянного тока

Пламя

Источники возбуждения спектров

В практическом атомно-эмиссионном анализе в качестве источника возбуждения спектров применяют:

1) Пламя

2) Энергодуги постоянного (переменного) тока

3) Низко- и высоковольтную искру

4) Низковольтный импульсный разряд

5) Различные формы тлеющих разрядов

В последнее время широко используют различные виды широкочастотных разрядов, источник индуктивно связанной высокочастотной плазмы и микроволновый разряд.

 

Используют в АЭСА в методе фотометрии пламени как один из основных способов атомизации в методе атомно-абсобционного спектрального анализа (ААА).

В зависимости от состояния горючей смеси, температура пламени может поддерживаться 2000-3000 К, что обеспечивает низкий предел обнаружения для ряда элементов. Особое значение метод фотометрии пламени имеет для определения микроколичеств щелочных и щелочно-земельных металлов, для которых предел обнаружения находится в диапазоне 0,001 – 1,0 нг/мл.

Пределы обнаружения от 0,1 до 1,0 нг/мл достигается для: европия, итербия, свинца, меди, серебра, хрома, марганца, алюминия, галлия.

По сравнению с обычной энергией обычно возбуждаемой светом, пламя обладает большей степенью излучения, что позволяет при выполнении анализа не прибегать к использованию линий сравнения. А при фотоэлектрической регистрации спектров используются сравнительно простые и дешевые усилительно-регистрирующие устройства.

Характеристики пламени:

- сравнительно низкий уровень спектральных помех;

- можно определять 30-40 элементов с погрешностью менее 2-4 %.

Режим измерения эмиссии пламени предусматривается в большинстве типов современных атомно-абсорбционных спектрофотометров.

Переход от измерения эмиссии к измерению абсорбции достигается переключением в приборе.

Основные недостатки метода фотометрии пламени:

- необходимость перевода анализируемых проб в раствор;

- сравнительно высокий уровень матричных эффектов и одноэлементность анализа.

 

Это более высокотемпературный источник, чем пламя. Ее температура зависит от материала электродов, ионизации, потенциала газа в межэлектродном пространстве.

Температура угольных электродов – 7000 К, а медный – 5000 К.

Использование позволяет определить до 70 элементов.

 

 

Основан на резонансном поглощении света свободными атомами, возникающими при пропускании пучка света через слой атомного пара.

 

 

 


Рис. 1 – Принципиальная схема измерения поглощения света

 

Селективно поглощая свет на частоте резонансного перехода атомы переходят из основного состояния в возбужденное. А интенсивность проходящего пучка света в этой части экспоненциально снижается по закону Бугера-Ламберта:

,

где Kν – коэффициент поглощения света;

l – толщина поглощающего слоя.

При практическом измерении пользуются значением оптической плотности поглощения (поглощающей способностью), где

А=lg J0/J = Kν l lg e ≈ 0,4343 Kν l

Для применения этого соотношения в количественном анализе необходимо установить связь между коэффициентом поглощения Kν и концентрацией атомов в поглощающем слое N.

Характеристическое поглощение/излучение атомов, соответствующее переходам атомов из одного состояния в другое не является строго монохромным, а характеризуется некоторым распределением коэффициента поглощения/интенсивности излучения относительно центральной части этого периода.

 

Основными параметрами распределения являются:

- коэффициент поглощения (Кυ);

- интенсивность (J) в центре линии и ширина линии на половине ее высоты ∆υ

Основными факторами уширения спектральных линий являются:

1) Конечное время жизни возбужденного состояния атома (естественное уширение);

2) Теплодвижение атомов относительно оси наблюдения (эффект Доплера);

3) Столкновения атомов между собой и с посторонними частицами (эффект Лоренца)

При обычных условиях атомизации (ратм., t0 2500-3500 К) ширина линии поглощения 10-3 - 10-2 нм, следовательно для наблюдения абсорбции необходим источник сплошного спектра, для обеспечения приемлемой чувствительности измерений требуется специальный прибор с высокой разрешающий способностью. Выделяемая им ширина спектрального интервала должна быть не больше ширины линии поглощения. В противном случае на линию поглощения будет накладываться свет от соседних с линией участков спектра и чувствительность измерений резко упадет.

Применение линейных источников спектра позволяет повысить чувствительность атомно-абсорбционных измерений на 2 порядка по сравнению с источниками сплошного спектра.

Отличительные особенности метода атомной абсорбции от метода атомной эмиссии:

1) Для атомизации пробы необх. температура 2500-3500 К. В этом температурном интервале практически все атомы находятся в основном в невозбужденном состоянии;

2) В АА методе наблюдаются главным образом резонансные переходы, т.е. атомные спектры поглощения содержат гораздо меньше линий, чем спектры эмиссий, а, следовательно, для ААА характерно гораздо меньше совпадений спектральных линий различных элементов и более высокая селективность определений;

3) Для ламп с полым катодом и высокочастотных ламп характерны весьма простые спектры, имеющие малый фон. Это снижает требования к разрешению спектрального прибора;

4) В ААА измеряется отношение изменения сигнала от источника света до и после его прохождения через поглощающий слой, а не абсолютное значение сигнала, что позволяет увеличить чувствительность измерений.