Φυσικές βάσεις της μεθόδου της φασματοσκοπίας ατομικής εκπομπής. Μέθοδοι ατομικής φασματοσκοπίας

Ο πρακτικός στόχος της φασματικής ανάλυσης ατομικών εκπομπών είναι ποιότητα, ημιποσοτικήή ποσοτικός προσδιορισμός της στοιχειακής σύνθεσηςαναλυθέν δείγμα. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην καταγραφή της έντασης του φωτός που εκπέμπεται κατά τη μετάβαση των ηλεκτρονίων ενός ατόμου από τη μια ενεργειακή κατάσταση στην άλλη.

Μία από τις πιο αξιοσημείωτες ιδιότητες των ατομικών φασμάτων είναι η διακριτικότητα τους (γραμμική δομή) και η καθαρά ατομική φύση του αριθμού και της κατανομής των γραμμών στο φάσμα, γεγονός που καθιστά τέτοια φάσματα χαρακτηριστικό αναγνώρισης ενός δεδομένου χημικού στοιχείου. Η ποιοτική ανάλυση βασίζεται σε αυτή την ιδιότητα των φασμάτων. Στην ποσοτική ανάλυση, ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης ενός στοιχείου ενδιαφέροντος πραγματοποιείται από την ένταση μεμονωμένων φασματικών γραμμών, που ονομάζονται αναλυτικός.

Για να ληφθεί ένα φάσμα εκπομπής, τα ηλεκτρόνια που αποτελούν τα σωματίδια της αναλυόμενης ουσίας πρέπει να λαμβάνουν πρόσθετη ενέργεια. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται μια πηγή διέγερσης φάσματος, στην οποία η ουσία θερμαίνεται και εξατμίζεται, τα μόρια στην αέρια φάση διασπώνται σε ουδέτερα άτομα, ιόντα και ηλεκτρόνια, δηλ. η ουσία μεταφέρεται στην κατάσταση του πλάσματος. Όταν τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με άτομα και ιόντα σε ένα πλάσμα, τα τελευταία περνούν σε διεγερμένη κατάσταση. Η διάρκεια ζωής των σωματιδίων σε διεγερμένη κατάσταση δεν υπερβαίνει τα 10 -10 s. Επιστρέφοντας αυθόρμητα σε μια κανονική ή ενδιάμεση κατάσταση, εκπέμπουν κβάντα φωτός που παρασύρουν την περίσσεια ενέργειας.

Ο αριθμός των ατόμων σε διεγερμένη κατάσταση σε σταθερή θερμοκρασία είναι ανάλογος με τον αριθμό των ατόμων του στοιχείου που προσδιορίζεται. Επομένως, η ένταση της φασματικής γραμμής Εγώθα είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση του στοιχείου που προσδιορίζεται ΑΠΟσε δείγμα:

όπου κ-συντελεστής αναλογικότητας, η τιμή του οποίου εξαρτάται μη γραμμικά από τη θερμοκρασία, την ενέργεια ιονισμού ενός ατόμου και έναν αριθμό άλλων παραγόντων που συνήθως είναι δύσκολο να ελεγχθούν κατά την ανάλυση.

Προκειμένου να εξαλειφθεί σε κάποιο βαθμό η επίδραση αυτών των παραγόντων στα αποτελέσματα της ανάλυσης, είναι σύνηθες στη φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής να μετράται η ένταση μιας αναλυτικής γραμμής σε σχέση με την ένταση μιας ορισμένης γραμμές σύγκρισης (μέθοδος εσωτερικού προτύπου).Εσωτερικό πρότυπο είναι ένα συστατικό του οποίου το περιεχόμενο είναι το ίδιο σε όλα τα τυπικά δείγματα, καθώς και στο αναλυόμενο δείγμα. Τις περισσότερες φορές, το κύριο συστατικό χρησιμοποιείται ως εσωτερικό πρότυπο, το περιεχόμενο του οποίου μπορεί να θεωρηθεί περίπου ίσο με 100% (για παράδειγμα, κατά την ανάλυση χάλυβα, ο σίδηρος μπορεί να χρησιμεύσει ως εσωτερικό πρότυπο).

Μερικές φορές ένα συστατικό που παίζει το ρόλο ενός εσωτερικού προτύπου εισάγεται σκόπιμα σε ίσες ποσότητες σε όλα τα δείγματα. Ως γραμμή σύγκρισης, επιλέγεται μια τέτοια γραμμή στο φάσμα του εσωτερικού προτύπου, οι συνθήκες διέγερσης της οποίας (ενέργεια διέγερσης, φαινόμενο θερμοκρασίας) είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στις συνθήκες διέγερσης της αναλυτικής γραμμής. Αυτό επιτυγχάνεται εάν η γραμμή σύγκρισης είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά σε μήκος κύματος στην αναλυτική γραμμή (DA, ομόλογο ζεύγος.

Η έκφραση για τη σχετική ένταση των φασματικών γραμμών δύο στοιχείων μπορεί να γραφτεί ως

όπου ο δείκτης 1 αναφέρεται στην αναλυτική γραμμή. δείκτης 2 - στη γραμμή σύγκρισης. Υποθέτοντας ότι η συγκέντρωση της συνιστώσας C2, η οποία παίζει το ρόλο ενός εσωτερικού προτύπου, είναι σταθερή, μπορούμε να υποθέσουμε ότι έναείναι επίσης σταθερή τιμή και δεν εξαρτάται από τις συνθήκες διέγερσης του φάσματος.

Σε υψηλή συγκέντρωση ατόμων του στοιχείου που προσδιορίζεται στο πλάσμα, η απορρόφηση φωτός από μη διεγερμένα άτομα του ίδιου στοιχείου αρχίζει να παίζει σημαντικό ρόλο. Μια τέτοια διαδικασία ονομάζεται αυτοαπορρόφησηή επαναρρόφηση.Αυτό οδηγεί σε παραβίαση της γραμμικής εξάρτησης της έντασης της γραμμής από τη συγκέντρωση στην περιοχή των υψηλών συγκεντρώσεων. Λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της αυτοαπορρόφησης στην ένταση της φασματικής γραμμής εμπειρική εξίσωση Lomakin

όπου σι-η παράμετρος που χαρακτηρίζει τον βαθμό αυτοαπορρόφησης εξαρτάται από τη συγκέντρωση και, καθώς αυξάνεται, αλλάζει μονοτονικά από 1 (χωρίς αυτοαπορρόφηση) σε 0. Ωστόσο, όταν εργάζεστε σε ένα αρκετά στενό εύρος συγκέντρωσης, η τιμή σιμπορεί να θεωρηθεί σχεδόν σταθερή. Σε αυτήν την περίπτωση, η εξάρτηση της έντασης της φασματικής γραμμής από τη συγκέντρωση σε λογαριθμικές συντεταγμένες είναι γραμμική:

Η εξίσωση Lomakin δεν λαμβάνει υπόψη την επίδραση των επιδράσεων του πίνακα στην ένταση της φασματικής γραμμής. Αυτή η επίδραση εκδηλώνεται στο γεγονός ότι συχνά η τιμή του αναλυτικού σήματος και, κατά συνέπεια, το αποτέλεσμα της ανάλυσης εξαρτώνται όχι μόνο από τη συγκέντρωση του στοιχείου που προσδιορίζεται, αλλά και από το περιεχόμενο των σχετικών στοιχείων, καθώς και από το μικροδομή και σύνθεση φάσης των αναλυόμενων υλικών.

Η επίδραση των επιδράσεων της μήτρας συνήθως ελαχιστοποιείται με τη χρήση τυπικών δειγμάτων που είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά σε μέγεθος, δομή και φυσικοχημικές ιδιότητες στην υπό μελέτη ουσία. Μερικές φορές, όταν αναλύονται ίχνη ακαθαρσιών, τα αποτελέσματα της μήτρας μπορούν να αποφευχθούν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο προσθήκης και τη λεπτομερή ομογενοποίηση όλων των δειγμάτων.

Πηγές διέγερσης φασμάτων. Οι κύριες πηγές διέγερσης των φασμάτων στη φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής περιλαμβάνουν μια φλόγα, ένα τόξο συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος, έναν σπινθήρα και ένα επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της πηγής διέγερσης του φάσματος είναι η θερμοκρασία της. Η θερμοκρασία καθορίζει κυρίως την πιθανότητα μετάβασης των σωματιδίων σε διεγερμένη κατάσταση με επακόλουθη εκπομπή φωτός και, τελικά, το μέγεθος του αναλυτικού σήματος και τα μετρολογικά χαρακτηριστικά της τεχνικής.

Φλόγα . Μια παραλλαγή της φασματοσκοπίας ατομικής εκπομπής που χρησιμοποιεί φάσματα φλόγας ως πηγή διέγερσης ονομάζεται μέθοδος φωτομετρία φλόγας.

Δομικά, η πηγή διέγερσης της φλόγας είναι ένας καυστήρας αερίου, στον οποίο το αναλυόμενο δείγμα (διάλυμα) εγχέεται στη φλόγα χρησιμοποιώντας ένα ακροφύσιο. Η φλόγα αποτελείται από δύο ζώνες: εσωτερική (αναγωγική) και εξωτερική (οξειδωτική). Στη ζώνη αναγωγής συμβαίνουν πρωτογενείς αντιδράσεις θερμικής διάστασης και ατελής καύση των συστατικών του εύφλεκτου μείγματος. Αυτή η ζώνη περιέχει πολλά διεγερμένα μόρια και ελεύθερες ρίζες που εκπέμπουν έντονα φως σε όλο σχεδόν το οπτικό εύρος, από την υπεριώδη ακτινοβολία έως την περιοχή υπερύθρων του φάσματος. Αυτή η ακτινοβολία υπερτίθεται στις φασματικές γραμμές της αναλυόμενης ουσίας και παρεμβαίνει στον προσδιορισμό της. Επομένως, η ζώνη μείωσης δεν χρησιμοποιείται για αναλυτικούς σκοπούς.

Στη ζώνη οξείδωσης λαμβάνουν χώρα αντιδράσεις πλήρους καύσης των συστατικών του μείγματος αερίων. Το κύριο μέρος της ακτινοβολίας του βρίσκεται στο εύρος υπερύθρων και επομένως δεν παρεμβαίνει στον προσδιορισμό των φασματικών γραμμών στις περιοχές UV και ορατές. Ως αποτέλεσμα, είναι η ζώνη οξείδωσης που χρησιμοποιείται για αναλυτικούς σκοπούς. Η θερμοκρασία, η σύνθεση και οι ιδιότητες οξειδοαναγωγής της φλόγας μπορούν να ελεγχθούν εντός ορισμένων ορίων αλλάζοντας τη φύση και την αναλογία του εύφλεκτου αερίου και του οξειδωτικού στο μείγμα. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται συχνά για την επιλογή των βέλτιστων συνθηκών διέγερσης του φάσματος.

Ανάλογα με τη φύση και τη σύνθεση του εύφλεκτου μείγματος, η θερμοκρασία της φλόγας μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 1500-3000°C. Τέτοιες θερμοκρασίες είναι βέλτιστες για τον προσδιορισμό μόνο πτητικών και εύκολα διεγέρσιμων στοιχείων, κυρίως αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών. Για αυτούς, η μέθοδος φωτομετρίας φλόγας είναι από τις πιο ευαίσθητες (το όριο ανίχνευσης είναι έως και 10 wt.%).Για άλλα στοιχεία, τα όρια ανίχνευσης είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερα.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της φλόγας ως πηγής διέγερσης του φάσματος είναι η υψηλή της σταθερότητα και η σχετική καλή αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων της μέτρησης (το σφάλμα δεν υπερβαίνει το 5%).

Ηλεκτρικό τόξο. Στη φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής, ένα τόξο συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή διέγερσης φάσματος. Η πηγή τόξου είναι ένα ζεύγος κατακόρυφα τοποθετημένων ηλεκτροδίων (συνήθως άνθρακας), μεταξύ των οποίων αναφλέγεται ένα τόξο. Το κάτω ηλεκτρόδιο έχει μια εσοχή στην οποία τοποθετείται το δείγμα. Στην ανάλυση μετάλλων ή κραμάτων, το κατώτερο ηλεκτρόδιο κατασκευάζεται συνήθως από την αναλυόμενη ουσία. Έτσι, η εκκένωση τόξου είναι πιο βολική για την ανάλυση στερεών δειγμάτων. Για την ανάλυση των διαλυμάτων, συνήθως εξατμίζονται μαζί με έναν κατάλληλο συλλέκτη σκόνης και το ίζημα που προκύπτει τοποθετείται στην εσοχή του ηλεκτροδίου.

Η θερμοκρασία της εκκένωσης τόξου είναι σημαντικά υψηλότερη από τη θερμοκρασία της φλόγας (3000-7000°C) και για το τόξο AC η θερμοκρασία είναι κάπως υψηλότερη από ό,τι για το τόξο συνεχούς ρεύματος. Επομένως, τα άτομα των περισσότερων στοιχείων διεγείρονται αποτελεσματικά στο τόξο, με εξαίρεση τα πιο δύσκολα διεγέρσιμα αμέταλλα, όπως τα αλογόνα. Από αυτή την άποψη, για τα περισσότερα στοιχεία, τα όρια ανίχνευσης σε μια εκκένωση τόξου είναι μία έως δύο τάξεις μεγέθους χαμηλότερα από ό,τι σε μια φλόγα.

Οι πηγές διέγερσης τόξου (ειδικά συνεχούς ρεύματος), σε αντίθεση με τις πηγές φλόγας, δεν διαφέρουν ως προς την υψηλή σταθερότητα του τρόπου λειτουργίας. Επομένως, η αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων είναι χαμηλή (το σφάλμα είναι 10-20%). Ωστόσο, για ημιποσοτικούς προσδιορισμούς, αυτό είναι αρκετά αρκετό. Η καλύτερη χρήση των πηγών διέγερσης τόξου είναι μια ποιοτική ανάλυση που βασίζεται σε ένα φάσμα έρευνας.

ηλεκτρικός σπινθήρας. Η πηγή του σπινθήρα διέγερσης είναι διατεταγμένη απολύτως παρόμοια με την πηγή του τόξου. Η διαφορά έγκειται στους τρόπους λειτουργίας του ηλεκτρονικού κυκλώματος. Όπως η πηγή τόξου, η πηγή διέγερσης σπινθήρα προορίζεται κυρίως για την ανάλυση στερεών δειγμάτων.

Ένα χαρακτηριστικό του σπινθήρα είναι ότι η θερμοδυναμική ισορροπία δεν έχει χρόνο να εδραιωθεί στον όγκο του. Επομένως, δεν είναι απολύτως σωστό να μιλάμε για τη θερμοκρασία της εκκένωσης σπινθήρα συνολικά. Παρόλα αυτά, είναι δυνατό να δοθεί μια εκτίμηση της πραγματικής θερμοκρασίας, η οποία φτάνει μια τιμή της τάξης των 10.000°C. Αυτό είναι αρκετό για να διεγείρει τα άτομα όλων των γνωστών επί του παρόντος χημικών στοιχείων.

Η εκκένωση σπινθήρα είναι πολύ πιο σταθερή από την εκκένωση τόξου, επομένως η αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων είναι μεγαλύτερη.

Επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα (ISP). Αυτή είναι η πιο σύγχρονη πηγή διέγερσης φάσματος, η οποία έχει τις καλύτερες αναλυτικές δυνατότητες και μετρολογικά χαρακτηριστικά σε μια σειρά παραμέτρων.

Είναι ένας φακός πλάσματος που αποτελείται από ομοαξονικά διατεταγμένους σωλήνες χαλαζία. Πολύ καθαρό αργό διοχετεύεται μέσω αυτών με υψηλή ταχύτητα. Η πιο εσωτερική ροή χρησιμοποιείται ως φορέας της ουσίας του δείγματος, η μεσαία σχηματίζει πλάσμα και η εξωτερική χρησιμεύει για την ψύξη του πλάσματος. Το πλάσμα αργού εκκινείται από μια εκκένωση σπινθήρα και στη συνέχεια σταθεροποιείται από έναν επαγωγέα υψηλής συχνότητας που τοποθετείται στην κορυφή του καυστήρα. Σε αυτή την περίπτωση, προκύπτει ένα ρεύμα δακτυλίου από φορτισμένα σωματίδια (ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια) του πλάσματος. Η θερμοκρασία του πλάσματος ποικίλλει ανάλογα με το ύψος του καυστήρα και μπορεί να φτάσει τους 10.000°C.

Η μέθοδος φασματοσκοπίας ατομικής εκπομπής με χρήση ICP χαρακτηρίζεται από καθολικότητα (τα περισσότερα στοιχεία διεγείρονται στη θερμοκρασία του πλάσματος), υψηλή ευαισθησία, καλή αναπαραγωγιμότητα και ένα ευρύ φάσμα καθορισμένων συγκεντρώσεων. Ο κύριος παράγοντας που εμποδίζει την ευρεία εφαρμογή αυτής της μεθόδου στην αναλυτική πρακτική είναι το υψηλό κόστος εξοπλισμού και αναλώσιμων (αργό υψηλής καθαρότητας).

Στο σχ. Το 9.1 δείχνει ένα σύγχρονο όργανο φασματικής ανάλυσης ατομικών εκπομπών με ICP ως πηγή διέγερσης.

Ρύζι. 9.1.

Η ταυτόχρονη μέτρηση σε όλο το εύρος μήκους κύματος εξασφαλίζει την υψηλότερη ακρίβεια και ταχύτητα ανάλυσης.

Μέθοδοι καταχώρησης φασμάτων. Η φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής χρησιμοποιεί μεθόδους μονού και πολλαπλών καναλιών για την καταγραφή φασμάτων. Για την αποσύνθεση της ακτινοβολίας του δείγματος σε φάσμα, χρησιμοποιούνται μονο- και πολυχρωμάτες. Κατά κανόνα, τα ατομικά φάσματα περιέχουν μεγάλο αριθμό γραμμών, επομένως η χρήση εξοπλισμού υψηλής ανάλυσης είναι απαραίτητη. Στη μέθοδο της φωτομετρίας φλόγας, λόγω του μικρού αριθμού των παρατηρούμενων γραμμών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν φίλτρα φωτός αντί για μονοχρωμάτες πρίσματος ή περίθλασης.

Μπορεί να πραγματοποιηθεί μέτρηση της έντασης των φασματικών γραμμών οπτικός, φωτοχημική(φωτογραφικό) και φωτοβολταϊκά

τρόπους. Στην πρώτη περίπτωση, το μάτι χρησιμεύει ως δέκτης ακτινοβολίας, στη δεύτερη, φωτογραφικό γαλάκτωμα, στην τρίτη, φωτοανιχνευτής (φωτοκύτταρο, φωτοπολλαπλασιαστής, φωτοδίοδος κ.λπ.). Κάθε μέθοδος έχει τα πλεονεκτήματα, τα μειονεκτήματά της και το βέλτιστο πεδίο εφαρμογής.

Οπτικές μέθοδοι καταγραφής φασμάτων χρησιμοποιούνται για μαζικές ημιποσοτικές χαλυβδοσκοπικές και στυλομετρικές μελέτες της σύστασης υλικών, κυρίως μετάλλων. Στην πρώτη περίπτωση, γίνεται μια οπτική σύγκριση μεταξύ των εντάσεων των φασματικών γραμμών του στοιχείου που προσδιορίζεται και των κοντινών γραμμών του εσωτερικού προτύπου. Λόγω των ιδιαιτεροτήτων του ματιού ως δέκτη ακτινοβολίας, είναι δυνατό μόνο με επαρκή ακρίβεια είτε να καθοριστεί η ισότητα των εντάσεων των γειτονικών γραμμών είτε να επιλεγεί η φωτεινότερη γραμμή από την παρατηρούμενη ομάδα.

Η στυλομετρική ανάλυση διαφέρει από τη στυλοσκωνική από τη δυνατότητα ελεγχόμενης εξασθένησης της φωτεινότερης γραμμής του αναλυτικού ζεύγους. Επιπλέον, τα στυλόμετρα παρέχουν τη δυνατότητα προσέγγισης των συγκριτικών γραμμών στο οπτικό πεδίο. Αυτό καθιστά δυνατή την ακριβέστερη εκτίμηση της αναλογίας των εντάσεων της αναλυτικής γραμμής και της γραμμής σύγκρισης.

Το όριο ανίχνευσης στοιχείων με οπτική μέθοδο είναι συνήθως δύο τάξεις μεγέθους χειρότερο σε σύγκριση με άλλες μεθόδους καταγραφής φασμάτων. Οι ίδιες οι μετρήσεις είναι μάλλον κουραστικές και χωρίς τεκμηρίωση.

Ωστόσο, τα μεγάλα πλεονεκτήματα της οπτικής μεθόδου είναι η απλότητα, η υψηλή απόδοση και το χαμηλό κόστος εξοπλισμού. Δεν χρειάζεται περισσότερο από 1 λεπτό για τον προσδιορισμό ενός συστατικού. Ως εκ τούτου, η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως για σκοπούς ρητής ανάλυσης σε περιπτώσεις όπου δεν απαιτείται υψηλή ακρίβεια των αποτελεσμάτων.

Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη στη φασματική ανάλυση ατομικών εκπομπών είναι η φωτογραφική μέθοδος καταγραφής φασμάτων. Είναι αρκετά απλό στην τεχνική εκτέλεσης και είναι διαθέσιμο στο κοινό. Τα κύρια πλεονεκτήματα της φωτογραφικής εγγραφής είναι η τεκμηριωμένη ανάλυση, η ταυτόχρονη εγγραφή όλου του φάσματος και τα χαμηλά όρια ανίχνευσης για πολλά στοιχεία. Σε μια αυτοματοποιημένη έκδοση, αυτή η μέθοδος αποκτά ένα άλλο πλεονέκτημα - ένα τεράστιο περιεχόμενο πληροφοριών. Δεν υπάρχουν προς το παρόν διαθέσιμες άλλες μέθοδοι για τον ταυτόχρονο προσδιορισμό έως και 75 στοιχείων σε ένα δείγμα με ανάλυση πολλών εκατοντάδων φασματικών γραμμών.

Οι ιδιότητες μιας φωτογραφικής εικόνας εξαρτώνται από τον συνολικό αριθμό των κβαντών που απορροφάται από το φωτογραφικό γαλάκτωμα. Αυτό καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή ανάλυσης σε χαμηλό επίπεδο σήματος στην έξοδο του συστήματος αυξάνοντας τον χρόνο έκθεσης. Σημαντικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η δυνατότητα πολλαπλής στατιστικής επεξεργασίας φασματικών φωτογραφιών.

Στη μέθοδο της φωτογραφικής καταγραφής, η ένταση μιας φασματικής γραμμής καθορίζεται από το μαύρισμα (οπτική πυκνότητα) της εικόνας αυτής της γραμμής σε μια φωτογραφική πλάκα (φωτογραφικό φιλμ). Το κύριο μειονέκτημα των φωτογραφικών υλικών είναι η μη γραμμική εξάρτηση του μαυρίσματος από τον φωτισμό, καθώς και το μήκος κύματος του φωτός, ο χρόνος ανάπτυξης, η θερμοκρασία του προγραμματιστή, η σύνθεσή του και ορισμένοι άλλοι παράγοντες. Επομένως, για κάθε παρτίδα φωτογραφικών πλακών, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί πειραματικά χαρακτηριστική καμπύλη, δηλ. εξάρτηση από την ποσότητα του μαυρίσματος μικρόαπό τον λογάριθμο του φωτισμού E S =f(gE).Για αυτό, χρησιμοποιείται συνήθως ένας βαθμιδωτός εξασθενητής, ο οποίος είναι μια πλάκα χαλαζία ή γυαλί με ένα σύνολο ημιδιαφανών μεταλλικών λωρίδων που εναποτίθενται στην επιφάνειά του, συνήθως από πλατίνα, με διαφορετικές, αλλά γνωστές εκ των προτέρων, μεταδόσεις. Εάν μια φωτογραφική πλάκα εκτεθεί μέσω ενός τέτοιου εξασθενητή, θα εμφανιστούν πάνω της περιοχές με ποικίλες ποσότητες μαυρίσματος. Μετρώντας το μέγεθος του μαυρίσματος της περιοχής και γνωρίζοντας τη διαπερατότητα για καθένα από αυτά, είναι δυνατό να κατασκευαστεί η χαρακτηριστική καμπύλη της φωτογραφικής πλάκας. Μια τυπική όψη αυτής της καμπύλης φαίνεται στο Σχ. 9.2.

Ρύζι. 9.2.

L -κατώφλι μαύρης? LV -περιοχή υποέκθεσης? ήλιος- περιοχή κανονικού μαυρίσματος.

CD-περιοχή υπερέκθεσης

Το σχήμα της καμπύλης ns δεν εξαρτάται από την επιλογή των μονάδων φωτισμού και δεν αλλάζει εάν ο φωτισμός αντικατασταθεί από την ένταση της ακτινοβολίας· επομένως, μπορεί να κατασκευαστεί σχεδιάζοντας τους λογάριθμους των μεταδόσεων του εξασθενητή βήματος κατά μήκος του άξονα της τετμημένης .

Η καμπύλη έχει ευθύγραμμο τμήμα ήλιος(περιοχή κανονικού μαυρίσματος), εντός της οποίας ο παράγοντας αντίθεσης

παίρνει σταθερή και μέγιστη τιμή. Επομένως, η σχετική ένταση δύο φασματικών γραμμών εντός της περιοχής κανονικής μαύρωσης μπορεί να βρεθεί από τις σχέσεις

Η φωτομετρία των φασματικών γραμμών και η επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται είναι ένα από τα πιο επίπονα στάδια της φασματικής ανάλυσης ατομικής εκπομπής, η οποία, επιπλέον, συχνά συνοδεύεται από υποκειμενικά σφάλματα. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η αυτοματοποίηση με βάση την τεχνολογία μικροεπεξεργαστή των διαδικασιών επεξεργασίας φωτογραφιών φασμάτων.

Για τη φωτοηλεκτρική καταγραφή χρησιμοποιούνται φωτοκύτταρα, σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστή (PMT) και φωτοδίοδοι. Σε αυτή την περίπτωση, το μέγεθος του ηλεκτρικού σήματος είναι ανάλογο με την ένταση της μετρούμενης φωτεινής ροής. Σε αυτήν την περίπτωση, είτε χρησιμοποιείται ένα σύνολο φωτοανιχνευτών, καθένας από τους οποίους καταγράφει την ένταση μόνο της συγκεκριμένης φασματικής γραμμής του (πολυκαναλικές συσκευές), είτε η ένταση των φασματικών γραμμών μετράται διαδοχικά από έναν φωτοανιχνευτή κατά τη σάρωση του φάσματος (μονοκάναλο συσκευές).

Ποιοτική ανάλυση ατομικών εκπομπών. Η ποιοτική ανάλυση έχει ως εξής:

• προσδιορισμός των μηκών κύματος των γραμμών στο φάσμα του δείγματος.
• σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με τα δεδομένα που δίνονται σε ειδικούς πίνακες και άτλαντες και τον προσδιορισμό της φύσης των στοιχείων στο δείγμα.

Η παρουσία ενός στοιχείου στο δείγμα θεωρείται αποδεδειγμένη εάν τουλάχιστον τέσσερις γραμμές στο δείγμα συμπίπτουν σε μήκος με τα δεδομένα του πίνακα για αυτό το στοιχείο.

Η μέτρηση μήκους, η οποία δεν είναι πολύ ακριβής, μπορεί να πραγματοποιηθεί στην κλίμακα του οργάνου. Το λαμβανόμενο φάσμα συγκρίνεται συχνότερα με το γνωστό φάσμα, το οποίο συνήθως χρησιμοποιείται ως φάσμα σιδήρου, το οποίο περιέχει μεγάλο αριθμό καλά μελετημένων φασματικών γραμμών. Για να γίνει αυτό, το φάσμα του δείγματος και το φάσμα του σιδήρου φωτογραφίζονται παράλληλα σε μία φωτογραφική πλάκα υπό ίδιες συνθήκες. Υπάρχουν άτλαντες που δείχνουν τα φάσματα του σιδήρου, υποδεικνύοντας τη θέση των πιο χαρακτηριστικών γραμμών άλλων στοιχείων, χρησιμοποιώντας τις οποίες μπορεί κανείς να διαπιστώσει τη φύση των στοιχείων στο δείγμα (βλ. εργασία Νο. 34).

Εάν τα μήκη κύματος των γραμμών είναι γνωστά, για παράδειγμα, στο φάσμα του σιδήρου, μεταξύ του οποίου υπάρχει μια γραμμή με άγνωστο μήκος κύματος, το μήκος κύματος αυτής της γραμμής μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο

όπου X x -μήκος κύματος της καθορισμένης γραμμής, X t X Y απόσταση από τη γραμμή με μήκος κύματος l 1 έως την καθορισμένη γραμμή. x 2- απόσταση από τη γραμμή με μήκος κύματος l 2 έως την καθορισμένη γραμμή. Αυτός ο τύπος ισχύει μόνο για ένα μικρό εύρος μηκών κύματος. Η απόσταση μεταξύ των γραμμών στο φάσμα μετριέται συνήθως με τη χρήση μικροσκοπίου μέτρησης.

Παράδειγμα 9.1. Στο φάσμα του δείγματος μεταξύ των γραμμών του σιδήρου X x = 304.266 nm και X 2 == 304.508 nm υπάρχει μία ακόμη γραμμή. Υπολογίστε το μήκος κύματος αυτής της γραμμής x x,εάν στην οθόνη της συσκευής απέχει 1,5 mm από την πρώτη γραμμή σιδήρου και 2,5 mm από τη δεύτερη.

Λύση.Χρησιμοποιούμε τον παραπάνω τύπο:

Εάν το φάσμα του δείγματος δεν είναι πολύ περίπλοκο, τα στοιχεία του δείγματος μπορούν να αναγνωριστούν συγκρίνοντας το φάσμα του δείγματος με τα φάσματα των προτύπων.

Μέθοδοι ποσοτικής ανάλυσης. Η ποσοτική φασματική ανάλυση χρησιμοποιεί τις τρεις τυπικές μεθόδους, τη μέθοδο σταθερής γραφικής παράστασης και την προσθετική μέθοδο.

Χρησιμοποιώντας τρεις τυπικές μέθοδοιφωτογραφίζονται τα φάσματα τουλάχιστον τριών προτύπων (δείγματα γνωστών συγκεντρώσεων), στη συνέχεια τα φάσματα των δειγμάτων που αναλύθηκαν και ένα γράφημα βαθμονόμησης απεικονίζεται στις συντεταγμένες ΟΠΩΣ ΚΑΙ- lg C".

Παράδειγμα 9.2. Κατά την ανάλυση του υλικού επαφής για χρώμιο με τη μέθοδο των τριών προτύπων σε ένα μικροφωτόμετρο MF-2, μετρήθηκε το μαύρισμα 5 γραμμών ενός ομόλογου ζεύγους στα φάσματα των προτύπων και του δείγματος δοκιμής. Ας βρούμε το ποσοστό του χρωμίου C Cr σύμφωνα με τα δεδομένα του πίνακα. 9.2.

Πίνακας 9.2

Δεδομένα για παράδειγμα 9.2

Λύση.Η μέθοδος των τριών προτύπων χρησιμοποιεί την εξάρτηση της διαφοράς μικρόμαύρισμα των γραμμών ενός ομόλογου ζεύγους από τον λογάριθμο της συγκέντρωσης του στοιχείου που προσδιορίζεται. Υπό ορισμένες συνθήκες, αυτή η εξάρτηση είναι σχεδόν γραμμική. Σύμφωνα με τις μετρήσεις της κλίμακας μέτρησης του μικροφωτόμετρου, βρίσκουμε:

Προσδιορίζουμε τους λογάριθμους των συγκεντρώσεων: IgC, = -0,30; lgC2 = 0,09; lgC 3 = 0,62 και δημιουργήστε ένα γράφημα βαθμονόμησης στις συντεταγμένες ΟΠΩΣ ΚΑΙ- IgC» (Εικ. 9.3).

Ρύζι. 93.

Βρίσκουμε το D5 για το αναλυόμενο δείγμα: D S x\u003d 0,61 - 0,25 \u003d 0,36 και σύμφωνα με το γράφημα βαθμονόμησης προσδιορίζουμε Γ λ: lgC Cr = 0,35; C Cr = 2,24%.

Μέθοδος σταθερού χρονοδιαγράμματοςχρησιμοποιείται για μαζική ανάλυση ομοιογενών δειγμάτων. Σε αυτή την περίπτωση, γνωρίζοντας την αντίθεση των φωτογραφικών πλακών, χρησιμοποιούν κάποτε ένα σταθερό γράφημα στις συντεταγμένες "D5 / y - IgC". Όταν εργάζεστε στην περιοχή του κανονικού μαυρίσματος, αυτό θα είναι ισοδύναμο με τις συντεταγμένες "lg IJI- IgC. Όταν εργάζεστε στην περιοχή της υποέκθεσης, σύμφωνα με τη χαρακτηριστική καμπύλη της φωτογραφικής πλάκας (5 = /(lg/)) για τιμές 5 H και 5, lg/ και lg/cp βρίσκονται και ένα γράφημα απεικονίζεται στις συντεταγμένες "lg/// p - IgC". Στην περιοχή της υποέκθεσης, για να εξαλειφθεί η καμπυλότητα του γραφήματος, είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε το μαύρισμα του φόντου της φωτογραφικής πλάκας, που μετράται κοντά στη γραμμή, από το μαύρισμα των γραμμών.

Παράδειγμα 9.3. Για τον προσδιορισμό πολύ μικρών ποσοτήτων χαλκού σε υλικό σε σκόνη, χρησιμοποιήθηκε μια τεχνική φασματικής ανάλυσης εκπομπής, η οποία προβλέπει τρεις διαδοχικές καύσεις του δείγματος σε τόξο συνεχούς ρεύματος και προσδιορισμό της συγκέντρωσης από την ένταση της γραμμής χαλκού 3247 Α και από τη σταθερά γράφημα "lgC - lg /" λαμβάνοντας υπόψη το φόντο.

Για την κατασκευή της χαρακτηριστικής καμπύλης μιας φωτογραφικής πλάκας με τα φάσματα ενός δείγματος, είναι διαθέσιμα τα ακόλουθα δεδομένα:

Λύση.Για τρία φάσματα, υπολογίζουμε τη διαφορά μεταξύ των χάλκινων γραμμών και του φόντου και βρίσκουμε τη μέση τιμή:

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που δίνονται στη συνθήκη του παραδείγματος, χτίζουμε τη χαρακτηριστική καμπύλη της φωτογραφικής πλάκας στις συντεταγμένες "D μικρό-lg ΕΓΩ"(Εικ. 9.4).

Από τη χαρακτηριστική καμπύλη για 5 cp = 1,48 βρίσκουμε lg/ = 1,38.

Κατασκευάζουμε ένα γράφημα βαθμονόμησης στις συντεταγμένες "lg / - IgC" (Εικ. 9.5).

Σύμφωνα με το γράφημα βαθμονόμησης για lg / = 1,38 βρίσκουμε lgC= -3,74, που αντιστοιχεί στη συγκέντρωση χαλκού στο δείγμα 1,8-10 4%.

Ρύζι. 9.4.

Ρύζι. 95.

Προσθετική μέθοδοςχρησιμοποιείται στην ανάλυση μεμονωμένων δειγμάτων άγνωστης σύνθεσης, όταν υπάρχουν ειδικές δυσκολίες που σχετίζονται με την προετοιμασία προτύπων, η σύνθεση των οποίων πρέπει να είναι ακριβώς ίδια με τη σύνθεση του δείγματος (φαινόμενο μήτρας). Σε αυτή τη μέθοδο, το αναλυόμενο δείγμα χωρίζεται σε μέρη και το προς προσδιορισμό στοιχείο εισάγεται σε καθένα από αυτά σε γνωστή συγκέντρωση.

Εάν η συγκέντρωση του στοιχείου ματ που πρόκειται να προσδιοριστεί και το αποτέλεσμα της αυτοαπορρόφησης μπορεί να παραμεληθεί, τότε

Σε αυτή την περίπτωση, ένα συμπλήρωμα είναι αρκετό:

Αν ένα σι 7^1 και Ι= όπως καιβ, χρειάζονται τουλάχιστον δύο πρόσθετα: ( C x + ΑΠΟ ()και (Γ x + Από 2).Μετά τη φωτογράφιση και τη μέτρηση του μαυρίσματος των γραμμών στη φωτογραφική πλάκα, σχεδιάζεται ένα γράφημα στις συντεταγμένες ΟΠΩΣ ΚΑΙ- lgС 7", όπου AS = 5 L - C p I = 1,2, - συγκέντρωση προσθέτου. Με την εξαγωγή αυτού του γραφήματος στο μηδέν, μπορεί κανείς να βρει την τιμή Από x.

Εκτός από τη γραφική μέθοδο, χρησιμοποιείται η μέθοδος υπολογισμού, ειδικά εάν ο αριθμός των πρόσθετων είναι μεγάλος.

Παράδειγμα 9.4. Ας προσδιορίσουμε την περιεκτικότητα του δείγματος σε νιόβιο (%) με τη μέθοδο των προσθηκών σύμφωνα με τα δεδομένα του Πίνακα. 9.3 και 9.4 (TI - γραμμή σύγκρισης).

Πίνακας 9.3

Αναλυτικό μαύρισμα

Λύση.Σύμφωνα με τα δεδομένα που δίνονται στην συνθήκη του παραδείγματος, χτίζουμε τη χαρακτηριστική καμπύλη της φωτογραφικής πλάκας (Εικ. 9.6).

Ρύζι. 9.6.

Σύμφωνα με τη χαρακτηριστική καμπύλη, χρησιμοποιώντας το μαύρισμα των φασματικών γραμμών για το νιόβιο και το τιτάνιο, βρίσκουμε lg / Nb , lg / Tj , lg (/ N .,// Ti), / Nb // Ti) (Πίνακας 9.5).

Πίνακας 9.5

Υπολογισμοί για παράδειγμα 9.4

Δείγματα εξαρτημάτων	Συγκέντρωση νιοβίου στο δείγμα
Αρχικός
Με την πρώτη προσθήκη	C x + 0,2
Με μια δεύτερη προσθήκη	Γ ζ + 0,6

Κατασκευάζουμε ένα γράφημα της εξάρτησης "/ Nb // Ti - C μέτωπο" (Εικ.

Ρύζι. 9.7.

Η συνέχιση του γραφήματος μέχρι την τομή με τον άξονα x σας επιτρέπει να προσδιορίσετε

συντεταγμένες σημείου τομής: -0,12. Έτσι, η συγκέντρωση του νιοβίου

σε δείγμα C xείναι 0,12%.

Μετρολογικά χαρακτηριστικά και αναλυτικές δυνατότητες φασματοσκοπίας ατομικών εκπομπών. Ευαισθησία.Το όριο ανίχνευσης σε ένα φάσμα ατομικής εκπομπής εξαρτάται από τη μέθοδο διέγερσης του φάσματος και τη φύση του στοιχείου που προσδιορίζεται και μπορεί να αλλάξει σημαντικά με τις αλλαγές στις συνθήκες ανάλυσης. Για εύκολα διεγέρσιμα και εύκολα ιονιζόμενα στοιχεία (αλκάλια και τα περισσότερα μέταλλα αλκαλικών γαιών), η καλύτερη πηγή διέγερσης των φασμάτων είναι μια φλόγα. Για τα περισσότερα άλλα στοιχεία, η υψηλότερη ευαισθησία επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα. Τα υψηλά όρια ανίχνευσης σε μια εκκένωση σπινθήρα οφείλονται στο γεγονός ότι εντοπίζεται σε μια πολύ μικρή περιοχή του χώρου. Κατά συνέπεια, η ποσότητα του εξατμισμένου δείγματος είναι επίσης μικρή.

Εύρος καθορισμένων περιεχομένων.Το ανώτερο όριο των καθορισμένων περιεχομένων καθορίζεται κυρίως από την επίδραση της αυτοαπορρόφησης και την παραβίαση της γραμμικότητας της καμπύλης βαθμονόμησης που σχετίζεται με αυτήν. Επομένως, ακόμη και κατά την κατασκευή ενός γραφήματος βαθμονόμησης σε λογαριθμικές συντεταγμένες, το εύρος των προσδιορισμένων περιεχομένων είναι συνήθως 2-3 τάξεις μεγέθους συγκεντρώσεων. Εξαίρεση αποτελεί η μέθοδος ICP, για την οποία το φαινόμενο αυτοαπορρόφησης είναι πολύ αδύναμο και σε σχέση με αυτό, το εύρος γραμμικότητας μπορεί να φτάσει τις 4-5 τάξεις μεγέθους.

Αναπαραγωγιμότητα.Στη φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής, το αναλυτικό σήμα είναι πολύ ευαίσθητο στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Επομένως, η αναπαραγωγιμότητα της μεθόδου είναι χαμηλή. Η χρήση της μεθόδου εσωτερικού προτύπου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά αυτόν τον μετρολογικό δείκτη.

Εκλεκτικότηταπεριορίζεται κυρίως από το φαινόμενο aliasing των φασματικών γραμμών. Μπορεί να βελτιωθεί αυξάνοντας την ανάλυση του εξοπλισμού.

Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ

Ατομική εκπομπήφασματοσκοπία, σταθμός πυρηνικής ενέργειαςή φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής - ένα σύνολο μεθόδων στοιχειακής ανάλυσης που βασίζονται στη μελέτη των φασμάτων εκπομπής ελεύθερων ατόμων και ιόντων στην αέρια φάση στην περιοχή μήκους κύματος 150-800 nm.

Η φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής είναι μια μέθοδος για τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης μιας ουσίας από το φάσμα εκπομπής των ατόμων της υπό την επίδραση μιας πηγής διέγερσης (τόξο, σπινθήρα, φλόγα, πλάσμα).

Τα άτομα διεγείρονται όταν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνται σε ένα πιο απομακρυσμένο ενεργειακό επίπεδο. Στην κανονική κατάσταση (μη διεγερμένο) το άτομο έχει τη χαμηλότερη ενέργεια E 0 . Ένα άτομο μπορεί να βρίσκεται σε διεγερμένη (ασταθή) κατάσταση για πολύ μικρό χρονικό διάστημα (~10 -7 - 10 -8 sec) και πάντα τείνει να καταλαμβάνει μια κανονική μη διεγερμένη κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, το άτομο εκπέμπει περίσσεια ενέργειας με τη μορφή ακτινοβολίας φωτονίων.

όπου E 2 , E 1 - η ενέργεια των ανώτερων και κατώτερων επιπέδων. n - συχνότητα; c είναι η ταχύτητα του φωτός. l είναι το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. h είναι η σταθερά του Planck.

Για να μετακινηθεί ένα άτομο σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο, χρειάζεται να μεταφέρει ενέργεια που ονομάζεται δυναμικό διέγερσης. Η μικρότερη ενέργεια που απαιτείται για την αποκόλληση από ένα μη διεγερμένο άτομο του ηλεκτρονίου του εξωτερικού σθένους είναι το δυναμικό ιονισμού (ενέργεια διέγερσης).

Φασματική γραμμή - ακτινοβολία οποιουδήποτε μήκους κύματος, που αντιστοιχεί σε μια ορισμένη ενεργειακή μετάβαση ενός διεγερμένου ατόμου.

Η ένταση της φασματικής γραμμής (I) είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των διεγερμένων σωματιδίων (N *), επειδή η διέγερση των ατόμων είναι θερμικής φύσης. Τα διεγερμένα και μη διεγερμένα άτομα βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία μεταξύ τους, η οποία περιγράφεται από την εξίσωση Boltzmann:

όπου Ν 0 είναι ο αριθμός των μη διεγερμένων ατόμων. σολ*, σολ 0 - στατικά βάρη διεγερμένων και μη διεγερμένων καταστάσεων ατόμων. E - ενέργεια διέγερσης. k - σταθερά Boltzmann. Το T είναι θερμοκρασία.

Έτσι, σε σταθερή θερμοκρασία, το N * είναι ευθέως ανάλογο του N 0, δηλ. στην πραγματικότητα ο συνολικός αριθμός αυτών των ατόμων στο δείγμα. Ο συνολικός αριθμός των ατόμων είναι ευθέως ανάλογος με τη συγκέντρωση (c) του στοιχείου στο δείγμα.

Δηλαδή, η ένταση της φασματικής γραμμής εκπομπής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναλυτικό σήμα για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ενός στοιχείου:

όπου a είναι ένας συντελεστής ανάλογα με τις συνθήκες της διαδικασίας.

Στο AESA, η σωστή επιλογή των συνθηκών ψεκασμού και η μέτρηση του αναλυτικού σήματος είναι αποφασιστικής σημασίας, επομένως, σε πραγματικές συνθήκες AESA, χρησιμοποιείται ο τύπος Lomakin-Scheibe:

όπου b είναι ένας σταθερός συντελεστής ανάλογα με τις ενεργειακές μεταπτώσεις λόγω της εκπομπής μιας δεδομένης φασματικής γραμμής. καθορίζει τη γωνία κλίσης του γραφήματος βαθμονόμησης του ελεγχόμενου στοιχείου.

Δεδομένου ότι η χημική σύνθεση των δειγμάτων ελέγχεται σε ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων, ο τύπος Lomakin-Scheibe χρησιμοποιείται σε λογαριθμικές συντεταγμένες:

Γράφημα 1 Διάγραμμα βαθμονόμησης της εξάρτησης της έντασης της φασματικής γραμμής από τη συγκέντρωση του στοιχείου που προσδιορίζεται

Γράφημα 2 Διαβαθμισμένο χαρακτηριστικό για τον προσδιορισμό του θείου S σε χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο

ΚΥΡΙΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ NPP

Η φασματική ανάλυση βασίζεται στη μελέτη της δομής του φωτός που εκπέμπεται ή απορροφάται από την αναλυόμενη ουσία. Ας εξετάσουμε το σχήμα της φασματικής ανάλυσης εκπομπής (Εικ. 1). Προκειμένου μια ουσία να εκπέμπει φως, είναι απαραίτητο να μεταφέρει πρόσθετη ενέργεια σε αυτήν. Στη συνέχεια, τα άτομα και τα μόρια της αναλυόμενης ουσίας περνούν σε διεγερμένη κατάσταση. Επιστρέφοντας στην κανονική τους κατάσταση, εκπέμπουν περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτός. Η φύση του φωτός που εκπέμπεται από στερεά ή υγρά συνήθως εξαρτάται πολύ λίγο από τη χημική σύνθεση και επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ανάλυση. Η ακτινοβολία των αερίων έχει εντελώς διαφορετικό χαρακτήρα. Καθορίζεται από τη σύνθεση του αναλυόμενου δείγματος. Από αυτή την άποψη, στην ανάλυση εκπομπών, πριν από τη διέγερση μιας ουσίας, πρέπει να εξατμιστεί.

Σχήμα 1 Σχηματικό διάγραμμα ανάλυσης φάσματος εκπομπής: 1 -- Πηγή φωτός; 2 - συμπυκνωτής φωτισμού. 4 -- φασματική συσκευή. 5 -- καταχώρηση φάσματος. 6 -- προσδιορισμός του μήκους κύματος φασματικών γραμμών ή ζωνών. 7 -- ποιοτική ανάλυση του δείγματος με χρήση πινάκων και άτλαντων. 8 -- προσδιορισμός της έντασης των γραμμών ή των ζωνών. 9 -- ποσοτική ανάλυση του δείγματος σύμφωνα με την καμπύλη βαθμονόμησης

Η εξάτμιση και η διέγερση πραγματοποιείται σε πηγές Σβέτα,στο οποίο εισάγεται το αναλυόμενο δείγμα. Ως πηγές φωτός, χρησιμοποιούνται φλόγα υψηλής θερμοκρασίας ή διάφοροι τύποι ηλεκτρικής εκκένωσης σε αέρια: τόξο, σπινθήρα κ.λπ. γεννήτριες.

Η υψηλή θερμοκρασία (χιλιάδες και δεκάδες χιλιάδες μοίρες) στις πηγές φωτός οδηγεί στη διάσπαση των μορίων των περισσότερων ουσιών σε άτομα. Επομένως, οι μέθοδοι εκπομπής χρησιμεύουν, κατά κανόνα, για ατομική ανάλυση και μόνο πολύ σπάνια για μοριακή ανάλυση.

Η ακτινοβολία της φωτεινής πηγής είναι το άθροισμα της ακτινοβολίας των ατόμων όλων των στοιχείων που υπάρχουν στο δείγμα. Για ανάλυση, είναι απαραίτητο να απομονωθεί η ακτινοβολία κάθε στοιχείου. Αυτό γίνεται με τη βοήθεια οπτικών συσκευών - φασματικών συσκευών. , στο οποίο οι φωτεινές ακτίνες με διαφορετικά μήκη κύματος διαχωρίζονται στο χώρο η μία από την άλλη. Η ακτινοβολία μιας φωτεινής πηγής, που αποσυντίθεται σε μήκη κύματος, ονομάζεται φάσμα.

Τα κύρια μέρη της φασματικής συσκευής (Εικ. 2) είναι: σχισμή εισόδου μικρό, που φωτίζεται από τη μελετημένη ακτινοβολία. φακός collimator Ο 1 , στο εστιακό επίπεδο του οποίου βρίσκεται η σχισμή εισόδου μικρό; συσκευή διασποράς ρε, που εργάζονται σε παράλληλες δέσμες ακτίνων. φακός εστίασης Ο 2 , που δημιουργεί στην εστιακή του επιφάνεια Rμονοχρωματικές εικόνες της σχισμής εισόδου, το σύνολο της οποίας αποτελεί το φάσμα. Ως στοιχείο διασποράς, κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται είτε πρίσματα είτε πλέγματα περίθλασης.

Εικ. 2 Σχηματικό οπτικό διάγραμμα μιας φασματικής συσκευής (l 1< л 2 <л 3)

Οι φασματικές συσκευές έχουν σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε οι φωτεινές δονήσεις κάθε μήκους κύματος που εισέρχονται στη συσκευή να σχηματίζουν μια ενιαία γραμμή. Πόσα διαφορετικά κύματα υπήρχαν στην ακτινοβολία της φωτεινής πηγής, τόσες γραμμές λαμβάνονται στη φασματική συσκευή.

Τα ατομικά φάσματα των στοιχείων αποτελούνται από μεμονωμένες γραμμές, καθώς υπάρχουν μόνο ορισμένα συγκεκριμένα κύματα στην ακτινοβολία των ατόμων (Εικ. 3, ένα). Στην ακτινοβολία θερμών στερεών ή υγρών σωμάτων, υπάρχει φως οποιουδήποτε μήκους κύματος. Ξεχωριστές γραμμές στη φασματική συσκευή συγχωνεύονται μεταξύ τους. Αυτή η ακτινοβολία έχει συνεχές φάσμα (Εικ. 3, σε). Σε αντίθεση με το γραμμικό φάσμα των ατόμων, τα φάσματα μοριακής εκπομπής των ουσιών που δεν αποσυντέθηκαν σε υψηλή θερμοκρασία είναι ριγέ (Εικ. 3, σι). Κάθε λωρίδα σχηματίζεται από έναν μεγάλο αριθμό γραμμών σε κοντινή απόσταση.

Ρύζι. 3 Τύποι φασμάτων

Τύποι φασμάτων:

ένα- με επένδυση? σι- ριγέ? οι επιμέρους γραμμές που απαρτίζουν το συγκρότημα είναι ορατές. σε--στερεός.

Τα πιο σκοτεινά σημεία στο φάσμα αντιστοιχούν στην υψηλότερη ένταση φωτός (αρνητική εικόνα)

Το φως, που αποσυντίθεται σε φάσμα σε μια φασματική συσκευή, μπορεί να προβληθεί οπτικά ή να καταγραφεί χρησιμοποιώντας φωτογραφία ή φωτοηλεκτρικές συσκευές. Ο σχεδιασμός της φασματικής συσκευής εξαρτάται από τη μέθοδο καταγραφής του φάσματος. Για την οπτική παρατήρηση των φασμάτων, χρησιμοποιούνται φασματοσκόπια - χαλυβδοσκόπια και χαλυβόμετρα. Η φασματική φωτογραφία πραγματοποιείται με τη χρήση φασματογράφου . Οι φασματικές συσκευές - μονοχρωμάτες - σας επιτρέπουν να επιλέξετε φως ενός μήκους κύματος, μετά το οποίο μπορεί να καταγραφεί χρησιμοποιώντας ένα φωτοκύτταρο ή άλλο δέκτη ηλεκτρικού φωτός.

Σε μια ποιοτική ανάλυση, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί ποιο στοιχείο εκπέμπει μια ή την άλλη γραμμή στο φάσμα του αναλυόμενου δείγματος. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να βρείτε το μήκος κύματος της γραμμής με βάση τη θέση της στο φάσμα και, στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας πίνακες, να προσδιορίσετε ότι ανήκει σε ένα ή άλλο στοιχείο. Τα μικροσκόπια μέτρησης, οι φασματοπροβολείς και άλλες βοηθητικές συσκευές χρησιμοποιούνται για την εξέταση μιας εικόνας διευρυμένου φάσματος σε μια φωτογραφική πλάκα και τον προσδιορισμό του μήκους κύματος.

Η ένταση των φασματικών γραμμών αυξάνεται με τη συγκέντρωση του στοιχείου στο δείγμα. Επομένως, για τη διεξαγωγή μιας ποσοτικής ανάλυσης, είναι απαραίτητο να βρεθεί η ένταση μιας φασματικής γραμμής του στοιχείου που προσδιορίζεται. Η ένταση της γραμμής μετριέται είτε με το μαύρισμα της στη φωτογραφία του φάσματος (φασματόγραμμα) είτε απευθείας από το μέγεθος της φωτεινής ροής που εξέρχεται από τη φασματική συσκευή. Το μέγεθος του μαυρίσματος των γραμμών στο φασματόγραμμα προσδιορίζεται σε μικροφωτόμετρα.

Η σχέση μεταξύ της έντασης της γραμμής στο φάσμα και της συγκέντρωσης του στοιχείου στο αναλυόμενο δείγμα καθορίζεται χρησιμοποιώντας πρότυπα - δείγματα παρόμοια με αυτά που αναλύθηκαν, αλλά με επακριβώς γνωστή χημική σύνθεση. Αυτή η σχέση εκφράζεται συνήθως με τη μορφή καμπυλών βαθμονόμησης.

Παρακάτω είναι τα φάσματα εκπομπής Fe και H:

Ρύζι. 4.1 Φάσμα εκπομπών Fe

Ρύζι. 4.2 Φάσμα εκπομπής H

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ

Η διαδικασία της φασματικής ανάλυσης ατομικών εκπομπών αποτελείται από τα ακόλουθα κύρια μέρη:

1. Προετοιμασία δείγματος (προετοιμασία δείγματος)

2. Εξάτμιση του δείγματος που αναλύθηκε (εάν δεν είναι αέριο).

3. Διάσπαση - ψεκασμός των μορίων του.

4. Διέγερση της ακτινοβολίας ατόμων και ιόντων των στοιχείων του δείγματος.

5. Αποσύνθεση της διεγερμένης ακτινοβολίας σε φάσμα.

6. Καταχώρηση φάσματος.

7. Προσδιορισμός φασματικών γραμμών - προκειμένου να καθοριστεί η στοιχειακή σύνθεση του δείγματος (ποιοτική ανάλυση).

8. Μέτρηση της έντασης των αναλυτικών γραμμών των στοιχείων του προς ποσοτικοποίηση δείγματος.

9. Εύρεση του ποσοτικού περιεχομένου των στοιχείων χρησιμοποιώντας προκαθορισμένες εξαρτήσεις βαθμονόμησης.

Ένα δείγμα της υπό δοκιμή ουσίας εισάγεται στην πηγή ακτινοβολίας, όπου εξατμίζεται, διαχωρίζει τα μόρια και διεγείρει τα σχηματισμένα άτομα (ιόντα). Οι τελευταίοι εκπέμπουν χαρακτηριστική ακτινοβολία, η οποία εισέρχεται στη συσκευή εγγραφής του φασματικού οργάνου.

Με την ποιοτική AESA, τα φάσματα των δειγμάτων συγκρίνονται με τα φάσματα γνωστών στοιχείων που δίνονται στους αντίστοιχους άτλαντες και πίνακες φασματικών γραμμών και έτσι καθορίζεται η στοιχειακή σύνθεση της αναλυόμενης ουσίας. Στην ποσοτική ανάλυση, η συγκέντρωση του επιθυμητού στοιχείου στην αναλυόμενη ουσία προσδιορίζεται από την εξάρτηση του μεγέθους του αναλυτικού σήματος (πυκνότητα μαυρίσματος ή οπτική πυκνότητα της αναλυτικής γραμμής στη φωτογραφική πλάκα, ροή φωτός στον φωτοηλεκτρικό δέκτη) το επιθυμητό στοιχείο στο περιεχόμενό του στο δείγμα. Αυτή η εξάρτηση καθορίζεται με πολύπλοκο τρόπο από πολλούς δύσκολα ελεγχόμενους παράγοντες (μικτή σύνθεση δειγμάτων, δομή, διασπορά τους, παράμετροι της πηγής διέγερσης του φάσματος, αστάθεια των συσκευών εγγραφής, ιδιότητες φωτογραφικών πλακών κ.λπ.). Ως εκ τούτου, κατά κανόνα, για τον καθορισμό του, χρησιμοποιείται ένα σύνολο δειγμάτων για βαθμονόμηση, τα οποία, όσον αφορά την ακαθάριστη σύνθεση και τη δομή, είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στην αναλυόμενη ουσία και περιέχουν γνωστές ποσότητες των προς προσδιορισμό στοιχείων. Τέτοια δείγματα μπορούν να είναι ειδικά παρασκευασμένα κράματα μετάλλων, μείγματα ουσιών, διαλύματα, συμπεριλαμβανομένων τυποποιημένων δειγμάτων που παράγονται από τη βιομηχανία. Για την εξάλειψη της επιρροής στα αποτελέσματα της ανάλυσης της αναπόφευκτης διαφοράς στις ιδιότητες των αναλυόμενων και τυπικών δειγμάτων, χρησιμοποιούνται διαφορετικές μέθοδοι. Για παράδειγμα, συγκρίνουν τις φασματικές γραμμές του στοιχείου που προσδιορίζεται και το λεγόμενο στοιχείο σύγκρισης, το οποίο είναι κοντά σε χημικές και φυσικές ιδιότητες με το στοιχείο που προσδιορίζεται. Κατά την ανάλυση υλικών του ίδιου τύπου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ίδιες εξαρτήσεις βαθμονόμησης, οι οποίες διορθώνονται περιοδικά σύμφωνα με δείγματα επαλήθευσης.

Η ευαισθησία και η ακρίβεια του AESA εξαρτώνται κυρίως από τα φυσικά χαρακτηριστικά των πηγών διέγερσης των φασμάτων - θερμοκρασία, συγκέντρωση ηλεκτρονίων, ο χρόνος παραμονής των ατόμων στη ζώνη διέγερσης των φασμάτων, η σταθερότητα του τρόπου λειτουργίας πηγής κ.λπ. επίλυση ενός συγκεκριμένου αναλυτικού προβλήματος, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια κατάλληλη πηγή ακτινοβολίας, να επιτύχετε βελτιστοποίηση των χαρακτηριστικών της χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους - χρήση αδρανούς ατμόσφαιρας, επιβολή μαγνητικού πεδίου, εισαγωγή ειδικών ουσιών που σταθεροποιούν τη θερμοκρασία εκκένωσης , ο βαθμός ιοντισμού των ατόμων, οι διεργασίες διάχυσης σε βέλτιστο επίπεδο κ.λπ. Λόγω της ποικιλίας των παραγόντων που επηρεάζουν αμοιβαία, σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιούνται συχνά μέθοδοι μαθηματικού σχεδιασμού πειραμάτων.

Τα παρακάτω αποτελέσματα περιλαμβάνουν σχέδια που δείχνουν πόσο έντονα διαφέρουν τα φάσματα διαφόρων στοιχείων μεταξύ τους (σε αυτό το παράδειγμα, αυτά είναι το αλουμίνιο, ο χαλκός, το βολφράμιο και ο σίδηρος).

Στον άξονα y - ένταση I σε συμβατικές μονάδες. Η τετμημένη δείχνει το μήκος κύματος l σε νανόμετρα, η φασματική περιοχή είναι 172-441 nm. Τα φάσματα ελήφθησαν σε φασματόμετρο σπινθήρα.:

Ρύζι. 5.1 Φάσμα εκπομπών AL

Ρύζι. 5.1 Φάσμα εκπομπών Cu

Ρύζι. Φάσμα εκπομπών κράματος 5,1 W

Ρύζι. 5.1 Φάσμα εκπομπών Fe

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ AESA

Μετά την απόκτηση του φάσματος, η επόμενη πράξη είναι η απολιτική του αξιολόγηση, η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί με αντικειμενική ή υποκειμενική μέθοδο. Οι αντικειμενικές μέθοδοι μπορούν να χωριστούν σε έμμεσες και άμεσες. Η πρώτη ομάδα καλύπτει φασματοσκοπικές μεθόδους και η δεύτερη - φασματομετρικές μεθόδους. Στη φασματογραφική μέθοδο, το φωτογραφικό γαλάκτωμα καθιστά δυνατή την απόκτηση ενός ενδιάμεσου χαρακτηριστικού της έντασης της γραμμής, ενώ η φασματομετρική μέθοδος βασίζεται στην άμεση μέτρηση της έντασης της φασματικής γραμμής με χρήση φωτοηλεκτρικού ανιχνευτή φωτός. Στην υποκειμενική μέθοδο αξιολόγησης, το ευαίσθητο στοιχείο είναι το ανθρώπινο μάτι.

Φασματογραφικήανάλυση

Η φασματογραφική μέθοδος συνίσταται στη φωτογράφηση του φάσματος IR κατάλληλων πλακών ή φιλμ χρησιμοποιώντας κατάλληλο φασματογράφο. Τα φασματογράμματα που προκύπτουν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ποιοτικές, ημιποσοτικές και ποσοτικές αναλύσεις. Κατά τη διέγερση και τη φωτογράφηση των φασμάτων δειγμάτων διαφόρων υλικών, είναι απαραίτητο να τηρούνται αυστηρά οι σχετικές οδηγίες. Θα πρέπει επίσης να συζητηθούν οργανωτικά ζητήματα της δημιουργίας και λειτουργίας του φασματογραφικού εργαστηρίου.

Οι φασματοσκοπικές μέθοδοι φασματικής ανάλυσης έχουν ιδιαίτερη σημασία. Αυτό οφείλεται κυρίως στην υψηλή ευαισθησία του φωτογραφικού γαλακτώματος και στην ικανότητά του να ενσωματώνει την ένταση του φωτός, καθώς και στον τεράστιο όγκο πληροφοριών που περιέχονται στο φάσμα και στην ικανότητα αποθήκευσης αυτών των πληροφοριών για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα όργανα και ο άλλος εξοπλισμός που απαιτούνται είναι σχετικά φθηνά, το κόστος των υλικών είναι χαμηλό και η μέθοδος είναι απλή και εύκολη στην τυποποίηση. Η φασματοσκοπική φασματική ανάλυση είναι κατάλληλη για ανάλυση ρουτίνας και επιστημονική έρευνα. Το μειονέκτημά του έγκειται στο γεγονός ότι, λόγω της πολυπλοκότητας των φωτογραφικών λειτουργιών, δεν είναι κατάλληλο για ρητές αναλύσεις και η ακρίβειά του είναι χαμηλότερη, για παράδειγμα, από την ακρίβεια της φασματομετρικής ή της κλασικής χημικής ανάλυσης. Αυτό δεν συμβαίνει πάντα κατά τον προσδιορισμό των ιχνών στοιχείων. Μπορούμε να ελπίζουμε ότι η φασματοσκοπική ανάλυση θα αναπτυχθεί σε μεγάλο βαθμό, ειδικά στον τομέα της επεξεργασίας του τεράστιου όγκου χρήσιμων πληροφοριών που περιέχονται στο φάσμα με τη βοήθεια ενός αυτόματου μικροφωτόμετρου συνδεδεμένου σε υπολογιστή.

Φασματομετρικήανάλυση

Η φασματομετρική αναλυτική μέθοδος διαφέρει από τη φασματογραφική μέθοδο ουσιαστικά μόνο στον τρόπο μέτρησης του φάσματος. Ενώ στη φασματοσκοπική ανάλυση η ένταση του φάσματος μετράται μέσω ενός ενδιάμεσου φωτογραφικού βήματος, η φασματομετρική ανάλυση βασίζεται στην άμεση φωτομετρία της έντασης των φασματικών γραμμών. Η άμεση μέτρηση της έντασης έχει δύο πρακτικά πλεονεκτήματα: λόγω της απουσίας μακράς διαδικασίας επεξεργασίας των φωτογραφιζόμενων φασμάτων και των σχετικών πηγών σφάλματος, τόσο η ταχύτητα ανάλυσης όσο και η αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων της αυξάνονται σημαντικά. Στη φασματομετρική ανάλυση, οι λειτουργίες δειγματοληψίας, προετοιμασίας και διέγερσης των φασμάτων είναι ταυτόσημες με τις αντίστοιχες λειτουργίες της φασματοσκοπικής μεθόδου. Το ίδιο ισχύει για όλες τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη διέγερση και τα αυθόρμητα ή τεχνητά δημιουργημένα εφέ. Επομένως, δεν θα συζητηθούν περαιτέρω εδώ. Η οπτική διάταξη που χρησιμοποιείται στη φασματομετρική μέθοδο, συμπεριλαμβανομένης της πηγής ακτινοβολίας, της εμφάνισής της, ολόκληρου του συστήματος διασποράς και της λήψης φάσματος, είναι σχεδόν πανομοιότυπη με τη φασματοσκοπική ρύθμιση. Ωστόσο, μια σημαντική διαφορά, η οποία αξίζει ξεχωριστή συζήτηση, έγκειται στη μέθοδο παροχής της φωτεινής ενέργειας των φασματικών γραμμών στο φωτοηλεκτρικό στρώμα του φωτοπολλαπλασιαστή. Η τελική λειτουργία της ανάλυσης, δηλαδή η μέτρηση, είναι εντελώς διαφορετική από την αντίστοιχη λειτουργία της φασματοσκοπικής μεθόδου. Επομένως, αυτό το στάδιο της ανάλυσης χρειάζεται λεπτομερή συζήτηση.

Οπτικόςανάλυση

Η τρίτη ομάδα μεθόδων φασματικής ανάλυσης εκπομπής περιλαμβάνει οπτικές μεθόδους, οι οποίες διαφέρουν από τις φασματοσκοπικές και φασματομετρικές μεθόδους στον τρόπο εκτίμησης του φάσματος και, με εξαίρεση σπάνιες περιπτώσεις, στη χρησιμοποιούμενη φασματική περιοχή. Μέθοδος Εκτίμησης Φάσματος υποκειμενικός σε αντίθεση με τις αντικειμενικές μεθόδους των άλλων δύο μεθόδων. Στην οπτική φασματοσκοπία, το ανθρώπινο μάτι είναι ο δέκτης του φωτός και χρησιμοποιεί την ορατή περιοχή του φάσματος από περίπου 4000 έως 7600 A*.

Στις οπτικές μεθόδους φασματικής ανάλυσης, η προκαταρκτική προετοιμασία των δειγμάτων και η διέγερση των φασμάτων τους δεν διαφέρουν ουσιαστικά από παρόμοιες λειτουργίες άλλων μεθόδων φασματικής ανάλυσης. Ταυτόχρονα, η αποσύνθεση του φωτός σε φάσμα πραγματοποιείται αποκλειστικά με τη βοήθεια φασματοσκοπίου. Τέλος, λόγω της υποκειμενικότητας της μεθόδου αξιολόγησης, οι οπτικές τεχνικές διαφέρουν σημαντικά από τις φασματογραφικές και ιδιαίτερα τις φασματομετρικές τεχνικές. Αυτό σημαίνει επίσης ότι από τις τρεις μεθόδους φασματικής ανάλυσης, η οπτική έχει τη μικρότερη ακρίβεια.

Το όριο ανίχνευσης της οπτικής μεθόδου είναι σχετικά μεγάλο. Οι πιο ευαίσθητες γραμμές στοιχείων, με εξαίρεση τα αλκάλια και την αλκαλική γη, βρίσκονται στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος. Μόνο σχετικά αδύναμες γραμμές των πιο σημαντικών βαρέων μετάλλων εντοπίζονται στην ορατή περιοχή. Επομένως, το όριο ανίχνευσής τους με την οπτική μέθοδο είναι συνήθως δέκα έως εκατό φορές χειρότερο. Εκτός από πολύ σπάνιες περιπτώσεις, η οπτική μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για τον προσδιορισμό μη μεταλλικών στοιχείων, καθώς οι γραμμές τους στην ορατή περιοχή είναι ιδιαίτερα αδύναμες. Επιπλέον, η διέγερση των μη μεταλλικών στοιχείων απαιτεί ειδικό εξελιγμένο εξοπλισμό και η ένταση της φωτεινής πηγής δεν είναι επαρκής για την αξιολόγηση των φασματικών γραμμών με γυμνό μάτι.

Σε αντίθεση με τα μειονεκτήματα που αναφέρθηκαν παραπάνω, το μεγάλο πλεονέκτημα της οπτικής μεθόδου έγκειται στην απλότητα, την ταχύτητα και το χαμηλό κόστος της. Η εργασία με το φασματοσκόπιο είναι πολύ εύκολη. Αν και απαιτείται κάποια εκπαίδευση για την αξιολόγηση του φάσματος, απλές αναλύσεις μπορούν να μαθευτούν γρήγορα. Τα φάσματα μπορούν να αξιολογηθούν με γυμνό μάτι χωρίς τις δυσκολίες που σχετίζονται με έμμεσες μεθόδους. Αυτή η μέθοδος είναι ρητή: συνήθως δεν χρειάζεται περισσότερο από ένα λεπτό για να προσδιοριστεί ένα στοιχείο. Το κόστος των σχετικά απλών οπτικών βοηθημάτων είναι χαμηλό και το κόστος του εργαλείου επεξεργασίας δείγματος, των υλικών αντίθετου ηλεκτροδίου και της ισχύος είναι αμελητέο. Οι τεχνικές είναι τόσο απλές που μετά από κάποια εκπαίδευση, οι αναλύσεις μπορούν να γίνουν από ανειδίκευτους βοηθούς εργαστηρίου. Λόγω της υψηλής ταχύτητας της μεθόδου, το κόστος εργασίας ανά ανάλυση είναι χαμηλό. Η οικονομική αποδοτικότητα της μεθόδου αυξάνεται επίσης λόγω του γεγονότος ότι η ανάλυση μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς να καταστραφεί το αναλυόμενο δείγμα και στο σημείο όπου βρίσκεται. Αυτό σημαίνει ότι με φορητά όργανα είναι δυνατή η ανάλυση ενδιάμεσων προϊόντων (π.χ. μεταλλικές ράβδοι), τελικών προϊόντων (π.χ. εξαρτημάτων μηχανών) ή ήδη εγκατεστημένων προϊόντων (π.χ. υπερθερμανθέντες σωλήνες ατμολεβήτων) χωρίς δειγματοληψία επί τόπου. Εξοικονομούνται επίσης εργαλεία και χρόνος, απλοποιείται η οργανωτική εργασία και δεν χρειάζονται καταστροφικές μέθοδοι δειγματοληψίας.

Το σημαντικότερο πεδίο εφαρμογής της οπτικής μεθόδου φασματικής ανάλυσης είναι ο έλεγχος κραμάτων μετάλλων και κυρίως κραματοποιημένων χάλυβων κατά την παραγωγή τους με σκοπό τη διαλογή. Η μέθοδος χρησιμοποιείται επίσης για την ταξινόμηση μετάλλων ή κραματοποιημένων χάλυβων στην επιλογή πολύτιμων υλικών από παλιοσίδερα. Σε άλλους τομείς, για παράδειγμα, στην ανάλυση διηλεκτρικών υλικών, η οπτική μέθοδος δεν παίζει ακόμη σημαντικό ρόλο. Ωστόσο, αναμένεται ότι μετά τη βελτίωση μπορεί να βρει εφαρμογή σε αυτόν και σε παρόμοιους τομείς.

ΠΗΓΕΣ ΔΙΕΓΕΓΙΣΗΣ ΤΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ

Στην πρακτική της φασματικής ανάλυσης ατομικών εκπομπών, ως πηγές διέγερσης χρησιμοποιούνται φλόγα, ηλεκτρικά τόξα συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος, συμπυκνωμένος σπινθήρας χαμηλής και υψηλής τάσης, παλμική εκκένωση χαμηλής τάσης, διάφορες μορφές εκκένωσης αερίου πυράκτωσης κ.λπ. Τα τελευταία 10–15 χρόνια, διάφοροι τύποι εκκενώσεων υψηλής συχνότητας: επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα υψηλής συχνότητας (ICP) σε ατμόσφαιρα αδρανών αερίων σε ατμοσφαιρική πίεση, εκκένωση μικροκυμάτων κ.λπ.

1 Φλόγα

Η φλόγα χρησιμοποιείται ως ατμοποιητής και πηγή διέγερσης φασμάτων στη μέθοδο φωτομετρίας φλόγας, καθώς και ως μία από τις κύριες μεθόδους ψεκασμού ουσιών στη μέθοδο ανάλυσης ατομικής απορρόφησης. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες φλόγες είναι μείγματα αέρα - ακετυλενίου (T = 2100-2400 K) και μονοξειδίου του αζώτου (I) - ακετυλενίου (T = 3000-3200 K), λιγότερο συχνά - φλόγες μιγμάτων αέρα - προπανίου (T = 2000). -2200 K) και μονοξείδιο του αζώτου (I) - προπάνιο (T \u003d 3000 K).

Τα διαγράμματα των καυστήρων που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο φωτομετρίας φλόγας φαίνονται στο σχ. 1. Η είσοδος του αναλυόμενου υγρού στη φλόγα πραγματοποιείται συνήθως με τον πνευματικό ψεκασμό του. Χρησιμοποιούνται κυρίως δύο τύποι ατμοποιητών: γωνιακοί και ομόκεντροι, που λειτουργούν λόγω του κενού που δημιουργείται πάνω από το άνοιγμα του τριχοειδούς ψεκασμού (ή γύρω από αυτό), το δεύτερο άκρο του οποίου βυθίζεται στο διάλυμα του αναλυόμενου δείγματος. Το υγρό που ρέει έξω από το τριχοειδές ψεκάζεται με πίδακα αερίου, σχηματίζοντας ένα αεροζόλ. Η ποιότητα του ψεκαστήρα αξιολογείται από την αναλογία της ποσότητας υγρού και αερίου ( ΜΚΑΙ /ΜΔ) καταναλώνεται ανά μονάδα χρόνου.

Η θερμοκρασία της φλόγας παρέχει ένα αρκετά χαμηλό όριο ανίχνευσης για στοιχεία των οποίων η ενέργεια, η διέγερση των γραμμών συντονισμού δεν υπερβαίνει τα 5 eV. οι ενώσεις τους ψεκάζονται επαρκώς στη φλόγα. Η μέθοδος της φωτομετρίας φλόγας έχει ιδιαίτερη σημασία για τον προσδιορισμό μικροποσοτήτων ενώσεων αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών, για τις οποίες το όριο ανίχνευσης με τη μέθοδο αυτή είναι της τάξης των 0,0001-0,01 mg/l. Η υψηλή χωροχρονική σταθερότητα των φλογών εξασφαλίζει καλή αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται με αυτή τη μέθοδο. Όταν χρησιμοποιούνται διαλύματα συνεχούς ψεκασμού, η σχετική τυπική απόκλιση που χαρακτηρίζει την αναπαραγωγιμότητα δεν είναι στο επίπεδο 0,01 για περιεχόμενα που υπερβαίνουν το όριο ανίχνευσης κατά δύο τάξεις μεγέθους ή περισσότερο.

Ρύζι. 6 Καυστήρες για φασματομετρία φλόγας ατομικής εκπομπής: ένα) και σι) συμβατικός καυστήρας Mekker και βελτιωμένος καυστήρας: 1 - σώμα καυστήρα? 2 - την επιφάνεια στην οποία σχηματίζεται η φλόγα. 3 - ανοίγματα για την έξοδο καύσιμων αερίων. 4 -- προμήθεια μίγματος καύσιμων αερίων και αερολύματος. 5 -- προεξοχή στο σώμα του καυστήρα με τρύπες. σε) συνδυασμένος καυστήρας με διαχωρισμό των ζωνών εξάτμισης - ψεκασμού και διέγερσης των φασμάτων: 1 -- ο κύριος καυστήρας με προεξοχή και τρύπες το; 3 -- δεύτερος πρόσθετος καυστήρας με φλόγα ίδιου τύπου ή υψηλότερης θερμοκρασίας. 4 - φλόγα 5 -- ζώνη καταγραφής ακτινοβολίας. 6 - παροχή ενός μείγματος εύφλεκτων αερίων σε έναν πρόσθετο καυστήρα. 7 -- παροχή μίγματος καύσιμων αερίων και αερολύματος στον κύριο καυστήρα

Οι κύριοι περιορισμοί της μεθόδου φωτομετρίας φλόγας είναι: η ανάγκη μεταφοράς των αναλυόμενων δειγμάτων σε ένα διάλυμα, ένα σχετικά υψηλό επίπεδο επιδράσεων μήτρας και, κατά κανόνα, η ανάλυση ενός στοιχείου.

Ηλεκτρικό τόξο

ηλεκτρικό τόξο συνεχούς ρεύματος

Ένα ηλεκτρικό τόξο συνεχούς ρεύματος (Εικ. 2) είναι πηγή υψηλότερης θερμοκρασίας από μια φλόγα. Το αναλυόμενο δείγμα σε θρυμματισμένη μορφή τοποθετείται σε μια εσοχή (κανάλι) στο κάτω ηλεκτρόδιο, το οποίο, κατά κανόνα, περιλαμβάνεται ως άνοδος στο κύκλωμα τόξου.

Ρύζι. 7 Τόξο DC ως πηγή διέγερσης φάσματος: ένα) Κύκλωμα παροχής τόξου συνεχούς ρεύματος. σι) χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρ της εκκένωσης τόξου συνεχούς ρεύματος. σε) διάγραμμα μεταφοράς ατόμων από το κανάλι του ηλεκτροδίου άνθρακα: 1 - κλάσμα ατόμων που συμμετέχουν στο σχηματισμό ενός αναλυτικού σήματος ( 1α- αφαίρεση σε ελεύθερη κατάσταση, 1β-- αφαίρεση στη δεσμευμένη κατάσταση στη συμπυκνωμένη φάση). 2 -- απελευθέρωση ουσίας επιπλέον της ζώνης διέγερσης. 3α, 3β-- διάχυση στους τοίχους και στον πυθμένα, αντίστοιχα. 4α, 4β -- η μετάβαση μιας ουσίας στη ζώνη διέγερσης με τη μορφή ατόμων ή ενώσεων από τα τοιχώματα και τον πυθμένα του ηλεκτροδίου

Η θερμοκρασία του πλάσματος του τόξου εξαρτάται από το υλικό των ηλεκτροδίων και το δυναμικό ιονισμού του αερίου στο διάκενο μεταξύ ηλεκτροδίων. Η υψηλότερη θερμοκρασία πλάσματος (~7000 K) επιτυγχάνεται όταν χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια άνθρακα. Για ένα τόξο μεταξύ ηλεκτροδίων χαλκού, είναι; 5000 K. Η εισαγωγή αλάτων αλκαλικών στοιχείων (για παράδειγμα, καλίου) μειώνει τη θερμοκρασία του πλάσματος του τόξου στους 4000 K.

Υπό τη δράση του τόξου, το άκρο της ανόδου θερμαίνεται σε περίπου 3500 K (για ηλεκτρόδια άνθρακα), γεγονός που εξασφαλίζει την εξάτμιση των στερεών δειγμάτων που τοποθετούνται στον κρατήρα της ανόδου. Ωστόσο, η θερμοκρασία του ηλεκτροδίου προς την κατεύθυνση από το άκρο πέφτει πολύ γρήγορα και είναι μόνο ≈1000 K ήδη σε απόσταση 10 mm. Δίνοντας στο ηλεκτρόδιο ένα ειδικό σχήμα, είναι δυνατό να μειωθεί η απομάκρυνση θερμότητας και έτσι να αυξηθεί το ηλεκτρόδιο θερμοκρασία σε κάποιο βαθμό.

Σε ένα τόξο άνθρακα συνεχούς ρεύματος, τα φάσματα σχεδόν όλων των στοιχείων διεγείρονται, με εξαίρεση ορισμένα αέρια και μη μέταλλα, τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλά δυναμικά διέγερσης. Σε σύγκριση με τις μετρήσεις εκπομπής ή απορρόφησης φλόγας, η εκκένωση τόξου παρέχει περίπου μια τάξη μεγέθους χαμηλότερο όριο ανίχνευσης στοιχείων, καθώς και σημαντική μείωση των επιδράσεων της μήτρας.

Η εκκένωση τόξου είναι ασταθής, ένας από τους λόγους για αυτό είναι η συνεχής κίνηση του σημείου της καθόδου, το οποίο παρέχει στην πραγματικότητα τη θερμιονική εκπομπή που είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της εκκένωσης. Για την εξάλειψη της αστάθειας του τόξου, περιλαμβάνεται στο κύκλωμά του μια μεγάλη αντίσταση έρματος. R. Το ρεύμα που διαρρέει το τόξο, σύμφωνα με το νόμο του Ohm

Εδώ U- τάση της πηγής που τροφοδοτεί το τόξο. r- αντίσταση του κενού τόξου.

Όσο περισσότερη αντίσταση έρματος R, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση των διακυμάνσεων rσε αλλαγή του ηλεκτρικού ρεύματος του τόξου. Για τον ίδιο λόγο, είναι ωφέλιμο να αυξήσετε την τάση τροφοδοσίας τόξου (μπορείτε να πάρετε περισσότερα R). Στις σύγχρονες γεννήτριες, η τάση τροφοδοσίας τόξου είναι συνήθως 350 V. Το ρεύμα τόξου είναι συνήθως στην περιοχή 6-10 A. Για την εξάτμιση πυρίμαχων υλικών (για παράδειγμα, Al 2 O 3), μια αύξηση του ρεύματος σε 25-30 A επιτρέψτε τη σταθεροποίηση του ρεύματος τόξου στο επίπεδο των 25 A με διακυμάνσεις που δεν υπερβαίνουν το 1% όταν η τάση τροφοδοσίας αλλάζει μεταξύ 200-240 V και η χρήση μαγνητικών ενισχυτών ως στοιχείου ελέγχου καθιστά δυνατή την αύξηση της απόδοσης της γεννήτριας τόξου έως και 90% .

Για να βελτιώσει κανείς τις συνθήκες διέγερσης των φασμάτων, χρησιμοποιεί ελεγχόμενη ατμόσφαιρα(για παράδειγμα, αργό ή άλλα αέρια μέσα), σταθεροποίηση της θέσης του πλάσματος στο διάστημα από ένα μαγνητικό πεδίο (ιδίως, ένα περιστρεφόμενο) ή μια ροή αερίου. Η χρήση ελεγχόμενης ατμόσφαιρας καθιστά δυνατή την απαλλαγή από τις ζώνες κυανίου που παρατηρούνται στην περιοχή των 340–420 nm και που επικαλύπτουν πολλές ευαίσθητες γραμμές διαφόρων στοιχείων.

AC ηλεκτρικό τόξο

Η εκκένωση τόξου μπορεί επίσης να τροφοδοτηθεί με εναλλασσόμενο ρεύμα, αλλά μια τέτοια εκφόρτιση δεν μπορεί να υπάρξει ανεξάρτητα. Όταν αλλάζει η κατεύθυνση του ρεύματος, τα ηλεκτρόδια κρυώνουν γρήγορα, η θερμιονική εκπομπή σταματά, το διάκενο τόξου απιονίζεται και η εκκένωση σβήνει, επομένως, χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές ανάφλεξης για τη διατήρηση της καύσης του τόξου: το διάκενο τόξου τρυπιέται από ένα υψηλό υψηλής συχνότητας -παλμός τάσης, αλλά χαμηλής ισχύος (Εικ. 3).

Ρύζι. οκτώ Σχήμα ενός τόξου AC ενεργοποιημένου χαμηλής τάσης: Εγώ -- κύριο περίγραμμα. II-- βοηθητικό κύκλωμα. R-- ρεοστάτης παροχής τόξου. ΑΛΛΑ - αμπερόμετρο; ρε -- εύρος εργασίας του τόξου. μεγάλο-- δευτερεύον πηνίο μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας. ΑΠΟ-- πυκνωτής μπλοκαρίσματος (0,5-2 uF); Tr-- μετασχηματιστής ανόδου. Λα --πρωτεύον πηνίο μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας. ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ-- πυκνωτής ενεργοποιητή (3000 uF); RTp- αντίσταση του ενεργοποιητή. δα -- κενό bit του ενεργοποιητή

Το σχήμα ενός τέτοιου τόξου μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη: το κύριο και το βοηθητικό. Το κύριο μέρος του κυκλώματος φαίνεται ακριβώς το ίδιο με το τόξο συνεχούς ρεύματος, εκτός από τον πυκνωτή διακλάδωσης. ΑΠΟ, αποτρέποντας τη διείσδυση ρευμάτων υψηλής συχνότητας στο δίκτυο.

Στον ενεργοποιητή, ένας μετασχηματιστής ανόδου (120/260/3000 V, 25 W) δημιουργεί τάση ~ 3000 V στη δευτερεύουσα περιέλιξη και φορτίζει τον πυκνωτή Ca. Τη στιγμή της διάσπασης του βοηθητικού διάκενου σπινθήρα Ναί σε κύκλωμα που αποτελείται από ένα πηνίο Λα, συμπυκνωτής Caκαι απαγωγέας δα, εμφανίζονται ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας. Ως αποτέλεσμα, στα άκρα του δεύτερου πηνίου (υψηλής τάσης). μεγάλοεμφανίζεται ένα EMF περίπου 6000 V, διαπερνώντας το κενό εργασίας ρε. Αυτές οι βλάβες χρησιμεύουν για την περιοδική ανάφλεξη του τόξου που τροφοδοτείται μέσω του κύριου κυκλώματος.

Η σταθερότητα των ηλεκτρικών και οπτικών παραμέτρων του τόξου AC εξαρτάται από τη σταθερότητα της τάσης στην οποία συμβαίνει η διακοπή. Ο έλεγχος ανάφλεξης με διάσπαση του βοηθητικού διακένου δεν παρέχει την απαιτούμενη ακρίβεια λόγω οξείδωσης και άλλων αλλαγών στις επιφάνειες εργασίας του διακένου σπινθήρα με την πάροδο του χρόνου. Πιο σταθερή λειτουργία του τόξου μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας τη φάση ανάφλεξης της εκκένωσης χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικές συσκευές. Τέτοια συστήματα ελέγχου χρησιμοποιούνται στις περισσότερες σύγχρονες γεννήτριες.

Σε κάποιο βαθμό, η παλμική φύση του τόξου AC οδηγεί στο γεγονός ότι η θερμοκρασία εκφόρτισης γίνεται κάπως υψηλότερη από ό,τι στο τόξο συνεχούς ρεύματος και οι μετρήσεις των εντάσεων των φασματικών γραμμών χαρακτηρίζονται από καλύτερη αναπαραγωγιμότητα. Ταυτόχρονα, το σχήμα ελέγχου μπορεί να διαμορφωθεί με τέτοιο τρόπο ώστε η κατανομή του κενού να πραγματοποιείται όχι κάθε μισό κύκλο, αλλά μετά από έναν, δύο, τέσσερις κ.λπ. Αυτό σας επιτρέπει να ελέγχετε τη θέρμανση των ηλεκτροδίων, η οποία μπορεί να είναι απαραίτητη, για παράδειγμα, κατά την ανάλυση κραμάτων χαμηλής τήξης.

Για τη μείωση των ορίων ανίχνευσης των στοιχείων και τη βελτίωση της αναπαραγωγιμότητας των αποτελεσμάτων της ανάλυσης κατά την εργασία με εκκενώσεις τόξου, η προσθήκη ορισμένων αντιδραστηρίων στα αναλυόμενα δείγματα χρησιμοποιείται ευρέως για την έναρξη διαφόρων ειδών θερμοχημικών αντιδράσεων απευθείας στα κανάλια των ηλεκτροδίων τόξου. . Αυτές οι αντιδράσεις καθιστούν δυνατή τη μετατροπή των προσμίξεων που πρέπει να προσδιοριστούν σε πολύ πτητικές ενώσεις και τα στοιχεία της μήτρας που παρεμβαίνουν στον προσδιορισμό των προσμίξεων σε μη πτητικές ενώσεις.

Τόξο στην παραλλαγή της διαρροής

Εκτός από την παραδοσιακή έκδοση του τόξου με κάθετα ηλεκτρόδια, κατά την ανάλυση δειγμάτων σκόνης (για παράδειγμα, μεταλλεύματα και ορυκτά), χρησιμοποιείται ένα τόξο στη λεγόμενη έκδοση διαρροές (φυσώντας), όταν ένα λεπτώς διασκορπισμένο δείγμα δεν εξατμίζεται από το κανάλι ηλεκτροδίου άνθρακα, αλλά αφυπνίζεται (φυσάται) μέσω του πλάσματος εκκένωσης τόξου μεταξύ δύο (ή τριών - με τριφασική παροχή ρεύματος) ηλεκτροδίων άνθρακα που βρίσκονται οριζόντια.

Ρύζι. 9 Σχηματικό διάγραμμα εισαγωγής δείγματος σκόνης σε εκκένωση τόξου με τη μέθοδο της έκχυσης - εμφύσησης: 1 -- δείγμα σκόνης σε δονούμενη χοάνη. 2 - ηλεκτρόδια τόξου. 3 -- ροές αέρα ψύξης και σχηματισμού πλάσματος. 4 -- κυλινδρικός αεραγωγός. 5 - πλάσμα τόξου 6 -- ένα παράθυρο στον αγωγό αέρα για την παρατήρηση της ακτινοβολίας από την περιοχή εργασίας του πλάσματος τόξου

Ο σχεδιασμός και η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου τόξου φαίνονται στο Σχ. 4. Ως προς τις παραμέτρους και τα χαρακτηριστικά, ένα οριζόντιο τόξο διαφέρει ελάχιστα από το κατακόρυφο, ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι το δείγμα εισάγεται στο τόξο από μια ροή αερίου (συνήθως αέρα), σταθεροποιεί το σχήμα και τη θέση του πλάσμα τόξου, το οποίο από μόνο του συμβάλλει ήδη στη μείωση των τυχαίων σφαλμάτων ανάλυσης σε σύγκριση με ένα συμβατικό χωρικά μη σταθεροποιημένο τόξο μεταξύ κάθετων ηλεκτροδίων. Επιπλέον, με ομοιόμορφη έγχυση σκονών, η σύνθεση του νέφους τόξου παραμένει αμετάβλητη με την πάροδο του χρόνου, επομένως, οι κύριες παράμετροι του πλάσματος τόξου (συγκέντρωση ατόμων και ηλεκτρονίων, θερμοκρασία) παραμένουν επίσης σταθερές, γεγονός που απλοποιεί σημαντικά την ανάλυση. Τα κύρια προβλήματα ανάλυσης με τη μέθοδο της έγχυσης σχετίζονται με την ατελή εξάτμιση των σωματιδίων σκόνης λόγω της μικρής διάρκειας παραμονής τους στο πλάσμα (3*10-3-5*10-3 δευτ.), η οποία καθορίζει την εξάρτηση της έντασης φασματικών γραμμών σχετικά με το μέγεθος και τη σύνθεση των σωματιδίων των δειγμάτων σκόνης.

Σπίθα. σπινθήρας χαμηλής τάσης

Η αύξηση της χωρητικότητας του πυκνωτή διακλάδωσης οδηγεί στο γεγονός ότι η ενέργεια που αποθηκεύεται σε αυτόν θα παίξει σημαντικό ρόλο στη συνολική ισορροπία της εκφόρτισης. Αυτός ο τύπος εκφόρτισης ονομάζεται σπινθήρας χαμηλής τάσης. Ανάλογα με τις παραμέτρους του κυκλώματος σπινθήρα χαμηλής τάσης, μπορούν να ληφθούν διάφοροι τρόποι εκφόρτισης: ταλαντωτικά ( CR 2 /4μεγάλο<1), критический (CR 2 /4μεγάλο>1), απεριοδική ( CR 2 /4μεγάλο?1).

Η τάση στους πυκνωτές του κυκλώματος εκφόρτισης κυμαίνεται συνήθως στο εύρος 450-1000 V. Αλλάζοντας την χωρητικότητα των πυκνωτών, την αντίσταση των ροστατών στο κύκλωμα ισχύος και την επαγωγή της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή, γίνεται είναι δυνατό να ελεγχθεί η αναλογία μεταξύ της έντασης ρεύματος της εκφόρτισης των πυκνωτών και της ισχύος του ρεύματος που διέρχεται από το κύκλωμα ισχύος και έτσι να αλλάξει ομαλά η θερμοκρασία εκφόρτισης προς την επιθυμητή κατεύθυνση (από τη λειτουργία μαλακού τόξου σε λειτουργία καθαρού σπινθήρα). Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά μέσα καθιστούν δυνατή τη σταθεροποίηση της ενέργειας μεμονωμένων παλμών με ακρίβεια όχι χειρότερη από 0,1%.

σπινθήρας υψηλής τάσης

Στη φασματική ανάλυση μετάλλων και κραμάτων, ως πηγή φωτός χρησιμοποιείται συχνότερα ένας συμπυκνωμένος σπινθήρας υψηλής τάσης (Εικ. 5). Ο μετασχηματιστής ανόδου φορτίζει τον πυκνωτή ΑΠΟμέχρι τάση 10-15 kV. Η τιμή της τάσης καθορίζεται από την αντίσταση του βοηθητικού κενού ΣΤΟ, το οποίο με τη σειρά του επιλέγεται πάντα με μεγάλη αντίσταση κενού εργασίας ΑΛΛΑ. Τη στιγμή της διάσπασης του βοηθητικού κενού, συμβαίνει επίσης μια διάσπαση του κενού εργασίας ταυτόχρονα, ο πυκνωτής ΑΠΟαποφορτίζεται και στη συνέχεια φορτίζεται. Ανάλογα με τις παραμέτρους του κυκλώματος και τον ρυθμό απιονισμού του διακένου, η επόμενη διακοπή μπορεί να συμβεί είτε στον ίδιο είτε σε άλλο μισό κύκλο. Η απλότητα και η αξιοπιστία αυτού του σχεδίου εξασφάλισαν την επιτυχή λειτουργία του.

Ρύζι. 10 Σχέδιο ενός ελεγχόμενου συμπυκνωμένου σπινθήρα υψηλής τάσης: Τ-- μετασχηματιστής ανύψωσης για 15000 V; ΑΠΟ- συμπυκνωτής; μεγάλο-- μεταβλητή αυτεπαγωγή. r-- αντίσταση μπλοκαρίσματος. ΑΛΛΑ- διάστημα εργασίας. ΣΤΟ-- σταθερό βοηθητικό διάκενο. R-- Ρυθμιζόμενη αντίσταση

Τη στιγμή της διάσπασης σε ένα στενό κανάλι σπινθήρα, εμφανίζεται διέγερση, καθώς και η εκπομπή ατόμων και μορίων αζώτου και οξυγόνου στον αέρα. αυτή είναι άχρηστη και μάλιστα παρεμβαλλόμενη ακτινοβολία (φόντο). Ωστόσο, η διάρκειά του είναι μικρή (10-8 s). Την επόμενη στιγμή, το ρεύμα (έως 50 A) που διέρχεται από το κανάλι θερμαίνει μια μικρή περιοχή (0,2 mm) του ηλεκτροδίου. Η πυκνότητα ρεύματος φτάνει τα 10 4 A/cm 2 και το υλικό του ηλεκτροδίου εκτοξεύεται στο διάκενο εκκένωσης με τη μορφή πυρσού θερμού ατμού και, κατά κανόνα, όχι κατά μήκος του καναλιού σπινθήρα, αλλά σε κάποια τυχαία γωνία προς αυτό .

Κάθε νέα διάσπαση επηρεάζει διαφορετικά μέρη της επιφάνειας του δείγματος και μετά το πιτσίλισμα, κατά τη διάρκεια ολόκληρου του επιλεγμένου χρόνου έκθεσης, ένα σημείο πιτσιλίσματος με διάμετρο έως και 3-5 mm, αλλά ασήμαντου βάθους (όταν εργάζεστε με αντίθετο ηλεκτρόδιο άνθρακα - μόνο 20-40 microns) εμφανίζεται στο δείγμα. Η συνολική ποσότητα του στερεού δείγματος που εξατμίζεται κατά την έκθεση είναι πολύ μικρή: για παράδειγμα, για χάλυβες είναι συνήθως περίπου 3 mg.

Ο πυρσός ατμού που εκτοξεύεται έχει θερμοκρασία περίπου 10.000 Κ, δηλ. επαρκεί όχι μόνο για να διεγείρει τα φάσματα των μετάλλων, αλλά και των μη μετάλλων και των ιόντων. Η θερμοκρασία ακριβώς στην αρχή του σπινθήρα φτάνει τους 30.000-40.000 Κ.

Επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα υψηλής συχνότητας

πλάσμα φασματικής ατομικής εκπομπής

Χάρη στην εμφάνιση μιας νέας μεθόδου διέγερσης φασμάτων χρησιμοποιώντας μια πηγή επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος (ICP) υψηλής συχνότητας που λειτουργεί σε ατμοσφαιρική πίεση, έχει σημειωθεί ένα απότομο άλμα στην ανάπτυξη της φυσικής, της τεχνολογίας και της πρακτικής της φασματικής ανάλυσης ατομικής εκπομπής. Αυτή η πηγή είναι ένα είδος εκκένωσης υψηλής συχνότητας χωρίς ηλεκτρόδιο που διατηρείται σε έναν ειδικό καυστήρα, που αποτελείται από ομόκεντρα διατεταγμένους τρεις (σπάνια δύο) σωλήνες χαλαζία (Εικ. 6). Μια εξωτερική (ψυκτική) ροή αερίου (αργό ή μοριακό αέριο) τροφοδοτείται στο διάκενο μεταξύ του εξωτερικού και του ενδιάμεσου σωλήνων, μια ενδιάμεση ροή (μόνο αργό) παρέχεται μέσω του μεσαίου σωλήνα και το αεροζόλ του αναλυόμενου διαλύματος μεταφέρεται στο πλάσμα μέσω του κεντρικού σωλήνα. Το ανοιχτό άκρο του καυστήρα περιβάλλεται από ένα υδρόψυκτο επαγωγικό πηνίο συνδεδεμένο με μια γεννήτρια ραδιοσυχνοτήτων. Για τη λήψη πλάσματος, χρησιμοποιούνται γεννήτριες ραδιοσυχνοτήτων με κατανάλωση ισχύος 1,5-5 kW και συχνότητα λειτουργίας στην περιοχή από 27 έως 50 MHz.

Ρύζι. 11 Σχέδιο καυστήρα για επαγωγική εκκένωση υψηλής συχνότητας: 1 -- αναλυτική ζώνη. 2 -- ζώνη πρωτογενούς ακτινοβολίας. 3 -- ζώνη εκκένωσης (στοιβάδα δέρματος). 4 -- κεντρικό κανάλι (ζώνη προθέρμανσης). 5 -- επαγωγέας; 6 -- ένας προστατευτικός σωλήνας που αποτρέπει τη βλάβη στο πηνίο (εγκατεστημένο μόνο σε κοντές καυστήρες). 7, 8, 9 -- εξωτερικοί, ενδιάμεσοι, κεντρικοί σωλήνες αντίστοιχα

Για να διεγείρεται η εκφόρτιση, είναι απαραίτητος ο προκαταρκτικός ιονισμός του αερίου, καθώς η τάση κατά μήκος του επαγωγέα είναι πολύ μικρότερη από την τάση διάσπασης του αερίου εργασίας. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται συχνότερα ένας σπινθήρας υψηλής τάσης (πηνίο Tesla). Σε ένα ιονισμένο αέριο, εμφανίζεται μια εκκένωση, που τροφοδοτείται από ένα μαγνητικό πεδίο. Το ρεύμα υψηλής συχνότητας που διαρρέει το πηνίο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Υπό την επιρροή του, ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης προκαλείται μέσα στο πηνίο. Το ηλεκτρικό ρεύμα της δίνης θερμαίνει και ιονίζει τα μέρη του αερίου που προέρχονται από κάτω λόγω της θερμότητας Joule. Το αγώγιμο πλάσμα είναι ανάλογο με ένα βραχυκυκλωμένο δευτερεύον τύλιγμα ενός μετασχηματιστή, το μαγνητικό πεδίο του οποίου συμπιέζει το ρεύμα του δακτυλίου σε έναν δακτύλιο (φαινόμενο δέρματος).

Η ροή αργού που παρέχεται στο διάκενο μεταξύ των ενδιάμεσων και εξωτερικών σωλήνων, αφενός, χρησιμεύει ως αέριο σχηματισμού πλάσματος και, αφετέρου, συμπιέζει το καυτό πλάσμα από τα τοιχώματα του καυστήρα, προστατεύοντάς τα από υπερθέρμανση και καταστροφή. Το αεροζόλ του αναλυόμενου δείγματος διαδίδεται κατά μήκος του κεντρικού καναλιού της εκκένωσης, πρακτικά χωρίς να αγγίζει το ηλεκτρικά αγώγιμο στρώμα του δέρματος και χωρίς να επηρεάζει τα χαρακτηριστικά του. Αυτό είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της εκκένωσης ICP, που τη διακρίνει, για παράδειγμα, από τα πλασματόνια τόξου.

Συνήθως, ένα αεροζόλ εγχέεται στο πλάσμα, που σχηματίζεται από ένα διάλυμα του δείγματος σε έναν υδατικό ή οργανικό διαλύτη. Μαζί με αυτό, τα δείγματα εισάγονται με τη μορφή συμπυκνωμάτων που σχηματίζονται κατά την εξάτμιση του δείγματος σε ηλεκτροθερμικό ψεκαστήρα, τόξο, σπινθήρα, πλάσμα πυρσού λέιζερ, καθώς και με τη μορφή λεπτών σκονών που αιωρούνται σε ροή αερίου ή υγρού. Διάφορα σχέδια πνευματικών ατμοποιητών (ομόκεντρος ατμοποιητής Meinhard, γωνιακοί ψεκαστήρες, ατμοποιητές Babington, ατμοποιητές πλέγματος Hildebrand κ.λπ.), καθώς και ατμοποιητές υπερήχων, χρησιμοποιούνται για την εισαγωγή υγρών δειγμάτων. Όλοι οι τύποι νεφελοποιητών χρησιμοποιούν αναγκαστική παροχή του διαλύματος δείγματος χρησιμοποιώντας περισταλτική αντλία.

Στους ατμοποιητές υπερήχων, ο ψεκασμός συμβαίνει λόγω της ενέργειας των ακουστικών δονήσεων και η ροή του αερίου χρησιμεύει μόνο για τη μεταφορά του αερολύματος στον καυστήρα. Αυτοί οι νεφελοποιητές παράγουν ένα λεπτό αεροζόλ με στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων. Η απόδοση της παραγωγής τους είναι τουλάχιστον 10-20 φορές μεγαλύτερη από αυτή των πνευματικών νεφελοποιητών, γεγονός που καθιστά δυνατή την απόκτηση καλύτερης αναλογίας σήματος προς φόντο και μείωση του ορίου ανίχνευσης.

Μπορούν να επισημανθούν τα ακόλουθα άνευ όρων πλεονεκτήματα της πηγής ICP σε σχέση με τα προβλήματα της φασματικής ανάλυσης ατομικής εκπομπής (AESA):

1. Λόγω της δυνατότητας αποτελεσματικής διέγερσης τόσο των εύκολα όσο και των δύσκολα διεγέρσιμων γραμμών, το ICP είναι μια από τις πιο ευέλικτες πηγές φωτός στην οποία μπορούν να προσδιοριστούν (ανιχνευθούν) σχεδόν όλα τα στοιχεία του περιοδικού συστήματος. Το ICP είναι η πιο καθολική πηγή όχι μόνο ως προς τον αριθμό των στοιχείων που πρέπει να προσδιοριστούν, αλλά και ως προς τον τύπο των ενώσεων που περιέχουν αυτά τα στοιχεία.

2. Το ICP μπορεί να αναλύσει τόσο μεγάλες μάζες διαλυμάτων, τροφοδοτώντας τες στον πυρσό πλάσματος σε συνεχή ροή, όσο και μικροόγκους (της τάξης των εκατοντάδων μικρολίτρων) όταν παλμούνται στο φέρον αέριο και τα φάσματα παλμοποιούνται.

3. Το εύρος των προσδιορισμένων συγκεντρώσεων για τα περισσότερα στοιχεία είναι 4-5 τάξεις μεγέθους, δηλ. στο ICP, είναι δυνατό να προσδιοριστούν τόσο χαμηλές όσο και μεσαίες και υψηλές συγκεντρώσεις ενός ή άλλου στοιχείου, κάτι που είναι δύσκολο για άλλες πηγές διέγερσης του φάσματος. Τα γραφήματα βαθμονόμησης για πολλά στοιχεία είναι ευθύγραμμα, παράλληλα μεταξύ τους και έχουν γωνία κλίσης περίπου 45°, γεγονός που απλοποιεί τη βαθμονόμηση και μειώνει την πιθανότητα σφαλμάτων συστηματικής ανάλυσης.

4. Λόγω της υψηλής απόδοσης διέγερσης και του χαμηλού φόντου, τα όρια ανίχνευσης για τα περισσότερα στοιχεία είναι 1-2 τάξεις μεγέθους χαμηλότερα από ό,τι σε άλλες πηγές διέγερσης φάσματος. Το μέσο όριο ανίχνευσης στην ανάλυση των διαλυμάτων για όλα τα στοιχεία είναι περίπου 0,01 mg/l, μειώνοντας για ορισμένα από αυτά σε 0,001-0,0001 mg/l.

5. Με τη σταθεροποίηση και τη βελτιστοποίηση όλων των συνθηκών λειτουργίας, η φλόγα ICP έχει καλή χωρική και χρονική σταθερότητα, η οποία εξασφαλίζει υψηλή οργανική αναπαραγωγιμότητα των αναλυτικών σημάτων, μερικές φορές στο επίπεδο του 0,5-1%.

Τα μειονεκτήματα της μεθόδου φασματομετρίας ICP περιλαμβάνουν το σχετικά υψηλό κόστος λειτουργίας των φασματομέτρων, που σχετίζεται με υψηλή κατανάλωση αργού (15–20 l/min). Ο προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε ιχνοστοιχεία κοντά στο όριο ανίχνευσης περιπλέκεται από την παρουσία στο φάσμα των μοριακών ζωνών -NO και -OH στην περιοχή των 200-260 και 280-340 nm, που εμφανίζονται στην περιφέρεια της εκκένωσης, στο σημείο της επαφής του με την ατμόσφαιρα. Για τη μείωση της έντασης αυτών των ζωνών, χρησιμοποιούνται καυστήρες με εξωτερικό σωλήνα εκτεινόμενο κατά 40–50 mm με παράθυρο αποκοπής για την έξοδο ακτινοβολίας.

Η εκκένωση ICP χαρακτηρίζεται από πολύ ανεπτυγμένα φάσματα, με μεγάλο αριθμό γραμμών που ανήκουν σε άτομα, καθώς και μεμονωμένα και διπλά φορτισμένα ιόντα. Από αυτή την άποψη, η χρήση αυτής της πηγής διέγερσης περιπλέκεται από τα αποτελέσματα της φασματικής παρεμβολής, η οποία οδηγεί σε υψηλότερες απαιτήσεις για την ικανότητα ανάλυσης των φασματικών οργάνων. Λόγω της χαμηλότερης φωτεινότητας της πηγής, ο ρόλος του διάσπαρτου φωτός στη συσκευή αυξάνεται.

Οι μέθοδοι φασματικής ανάλυσης είναι απλές, εύκολες στη μηχανική και αυτοματοποίηση, δηλαδή είναι κατάλληλες για αναλύσεις μάζας. Κατά τη χρήση ειδικών μεθόδων, τα όρια ανίχνευσης μεμονωμένων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων μη μετάλλων, είναι εξαιρετικά χαμηλά, γεγονός που καθιστά αυτές τις μεθόδους κατάλληλες για τον προσδιορισμό των ιχνοποσοτήτων ακαθαρσιών. Αυτές οι μέθοδοι είναι πρακτικά μη καταστροφικές, καθώς απαιτούνται μόνο μικρές ποσότητες δείγματος υλικού για ανάλυση.

Η ακρίβεια της φασματικής ανάλυσης, γενικά, ικανοποιεί τις πρακτικές απαιτήσεις στις περισσότερες περιπτώσεις προσδιορισμού ακαθαρσιών και συστατικών. Το κόστος της φασματικής ανάλυσης είναι χαμηλό, αν και η αρχική επένδυση είναι αρκετά υψηλή. Ωστόσο, τα τελευταία αποδίδουν γρήγορα λόγω της υψηλής παραγωγικότητας της μεθόδου και των χαμηλών απαιτήσεων για υλικά και προσωπικό συντήρησης.

Η φασματική ανάλυση δεν είναι κατάλληλη για τον προσδιορισμό των τύπων σχέσεων μεταξύ των στοιχείων. Όπως όλες οι οργανικές μέθοδοι ανάλυσης, η ποσοτική φασματική ανάλυση βασίζεται σε μια συγκριτική μελέτη του αναλυθέντος δείγματος και των τυπικών δειγμάτων γνωστής σύνθεσης.

Η φασματική ανάλυση μπορεί να θεωρηθεί ως μέθοδος ενόργανης έρευνας που έχει βρει τη μεγαλύτερη εφαρμογή. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν μπορεί να ικανοποιήσει πλήρως τις διάφορες αναλυτικές απαιτήσεις που προκύπτουν στην πράξη. Έτσι, η φασματική ανάλυση είναι μόνο μία εργαστηριακή μέθοδος σε μια σειρά από άλλες ερευνητικές μεθόδους που επιδιώκουν διαφορετικούς στόχους. Με εύλογο συντονισμό, διαφορετικές μέθοδοι μπορούν να αλληλοσυμπληρώνονται τέλεια και από κοινού να συμβάλλουν στη συνολική τους ανάπτυξη.

Για να επιλεγεί από τις μεθόδους φασματικής ανάλυσης αυτή που είναι πιο κατάλληλη για μια δεδομένη εργασία και για να ληφθούν τα σωστά αποτελέσματα με τις επιλεγμένες μεθόδους, απαιτείται κατάλληλη θεωρητική και πρακτική γνώση, πολύ προσεκτική και ακριβής εργασία.

Η δειγματοληψία πρέπει να γίνεται με τη μέγιστη προσοχή. Λόγω της υψηλής ευαισθησίας της φασματικής απελευθέρωσης, συμπεράσματα σχετικά με τη χημική σύσταση πολύ μεγάλων παρτίδων υλικού πρέπει συχνά να γίνονται από την ανάλυση μικρών ποσοτήτων δείγματος. Η μόλυνση του δείγματος που αναλύθηκε μπορεί να αλλοιώσει σημαντικά τα αποτελέσματα της ανάλυσης. Η κατάλληλη φυσική ή χημική επεξεργασία των δειγμάτων, όπως σύντηξη, διάλυση ή προεμπλουτισμός, μπορεί συχνά να είναι πολύ χρήσιμη.

Για να διεγείρονται τα φάσματα με διαφορετικές μεθόδους, απαιτούνται ουσίες σε διαφορετικές φυσικές καταστάσεις ή με τη μορφή διαφορετικών χημικών ενώσεων. Η απόδοση μιας ανάλυσης μπορεί να έχει καθοριστική επίδραση στην επιλογή των καταλληλότερων πηγών ακτινοβολίας.

Η αναλογία των εντάσεων των γραμμών ενός αναλυτικού ζεύγους, ακόμη και για την πιο ενδελεχή μέθοδο δειγματοληψίας και όταν χρησιμοποιείται η καταλληλότερη πηγή ακτινοβολίας, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις εξωτερικές φυσικές και χημικές παραμέτρους (πειραματικές συνθήκες) που καθορίζονται από τη μέθοδο ανάλυσης και μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια διέγερση. Η γνώση των θεωρητικών συσχετισμών και τα πρακτικά συμπεράσματα από αυτούς είναι μεγάλης σημασίας για την πλήρη συνειδητοποίηση των αναλυτικών δυνατοτήτων της μεθόδου.

Το διεγερμένο φάσμα εκπομπής του δείγματος καταγράφεται χρησιμοποιώντας φασματογράφο, φασματόμετρο ή φασματοσκόπιο. Επομένως, οι μέθοδοι για την εκτίμηση των φασμάτων στη φασματική ανάλυση μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες.

Στη φασματοσκοπική ποιοτική ανάλυση, ένα συμπέρασμα σχετικά με τη φύση των στοιχείων στο αναλυόμενο δείγμα μπορεί να γίνει με βάση το μήκος κύματος των φασματικών γραμμών. Στην ποσοτική ανάλυση, το μαύρισμα των γραμμών στη γενική περίπτωση χρησιμεύει ως μέτρο της έντασής τους και, κατά συνέπεια, της επιθυμητής ποσοτικής σύνθεσης του δείγματος.

Η φασματομετρική μέθοδος, στην οποία η ένταση των γραμμών προσδιορίζεται συνήθως με χρήση φωτοπολλαπλασιαστή και μετρητικού ηλεκτρονικού εξοπλισμού, αναφέρεται σε αντικειμενικές μεθόδους ποσοτικής ανάλυσης. Αυτή η μέθοδος μέτρησης των εντάσεων είναι πιο ακριβής και ταχύτερη από τη φασματοσκοπική, αλλά απαιτεί ακριβό και δύσκολο στη συντήρηση εξοπλισμό.

Τα όργανα φασματικής ανάλυσης για οπτική φασματοσκοπία είναι σχετικά φθηνά και οι αναλύσεις γρήγορες. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι βασίζονται αποκλειστικά σε υποκειμενικούς τρόπους μέτρησης της έντασης των γραμμών. Επομένως, τα αποτελέσματα που λαμβάνονται είναι πάντα ημιποσοτικά.

Για να επιτευχθεί υψηλότερη ευαισθησία ανίχνευσης, αναπαραγωγιμότητα και ακρίβεια, είναι απαραίτητο να επεξεργαστούμε τα αποτελέσματα των μετρήσεων με μεθόδους μαθηματικής στατιστικής.

Κατά την εκτέλεση φασματικής ανάλυσης, μεγάλη βοήθεια παρέχουν πίνακες που περιέχουν τις αντίστοιχες φυσικές σταθερές και φασματοσκοπικές σταθερές των στοιχείων και των σημαντικότερων ενώσεων τους, καθώς και πίνακες για βοηθητικούς υπολογισμούς και οδηγίες εργασίας που είναι απαραίτητες για ποιοτικούς και ποσοτικούς προσδιορισμούς.

Φιλοξενείται στο Allbest.ru

Παρόμοια Έγγραφα

Μετρολογικά χαρακτηριστικά και αναλυτικές δυνατότητες της μεθόδου ατομικής απορρόφησης. Μέθοδοι μονοχρωματισμού και καταχώρησης φασμάτων. Ένδειξη, μεμβράνη και μεταλλικά ηλεκτρόδια. Ακτίνες Χ, ατομικός φθορισμός, φασματοσκοπία ηλεκτρονίων.

Εφέ Shpolsky. Μέθοδοι ποσοτικής ανάλυσης Παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια της φασματικής ανάλυσης. Φυσικές διεργασίες που οφείλονται σε δύο κβαντικές αντιδράσεις. Φασματοφθοριομετρική ρύθμιση για φασματικές και κινητικές μετρήσεις.

θητεία, προστέθηκε 04/06/2007


Γενικές πληροφορίες για το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης, η αρχή λειτουργίας του προβόλου. Τρόποι λειτουργίας του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης: επαφής, μη επαφής και ημι-επαφής. Χρήση μικροσκοπίου για τη μελέτη υλικών και διεργασιών σε ανάλυση νανομέτρων.

περίληψη, προστέθηκε 04/09/2018


Επίλυση του προβλήματος της αύξησης της ανάλυσης των μικροσκοπίων χωρίς καταστροφή ή αλλαγή του υπό μελέτη δείγματος. Το ιστορικό της εμφάνισης της μικροσκοπίας ανιχνευτή. Μικροσκόπιο ατομικής δύναμης και τα δομικά του στοιχεία, επεξεργασία των λαμβανόμενων πληροφοριών.

περίληψη, προστέθηκε 19/12/2015


Εκτίμηση της κατανόησης του φάσματος των ηλεκτρομαγνητικών κραδασμών. Μπορείτε να το δείτε: μικροτσίπ ραδιοφώνου, ανταλλαγή υπερύθρων. Γραμμές, αδιάκοπα και αδιάκοπα φάσματα. Δομή μοριακών φασμάτων. Χαρακτηριστικά ανάλυσης ατομικής εκπομπής και απορρόφησης.

θητεία, προστέθηκε 31/10/2014


Ανασκόπηση οπτικών σχημάτων φασματόμετρων. Χαρακτηριστικά του πολυκαναλικού φασματόμετρου. Περιγραφή της τεχνικής και της διάταξης για τη μελέτη των χαρακτηριστικών των κοίλων σχάρων περίθλασης. Μέτρηση της κβαντικής απόδοσης ενός ανιχνευτή στερεάς κατάστασης πολλαπλών στοιχείων.

διατριβή, προστέθηκε 18/03/2012


Δημιουργία μικροσκοπίου ατομικής δύναμης, αρχή λειτουργίας, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Μέθοδοι μικροσκοπίας ατομικής δύναμης. Τεχνικές δυνατότητες του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης. Εφαρμογή μικροσκοπίου ατομικής δύναμης για την περιγραφή παραμορφώσεων πολυμερών μεμβρανών.

θητεία, προστέθηκε 14/11/2012


Νανοσκοπικοί ανιχνευτές με έλεγχο υπολογιστή και ανάλυση δεδομένων Μέθοδος μικροσκοπίας ατομικής δύναμης, αρχή και τρόποι λειτουργίας, φυσική βάση.

θητεία, προστέθηκε 22/12/2010


Μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, εφαρμογή. Η αρχή λειτουργίας του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης. Μελέτη βιολογικών αντικειμένων - μακρομορίων (συμπεριλαμβανομένων μορίων DNA), ιών και άλλων βιολογικών δομών με μικροσκοπία ατομικής δύναμης.

θητεία, προστέθηκε 28/04/2014


Μελέτη φασμάτων μετάδοσης συντονισμένων νετρονίων δειγμάτων ουρανίου ποικίλου εμπλουτισμού. Αρχή σχεδίασης και λειτουργίας ενός φασματόμετρου χρόνου πτήσης που βασίζεται σε επιταχυντή ηλεκτρονίων. Παρακολούθηση της ισοτοπικής σύστασης του ουρανίου με φασματική ανάλυση νετρονίων.

Μη κρατικό μη κερδοσκοπικό εκπαιδευτικό ίδρυμα δευτεροβάθμιας επαγγελματικής εκπαίδευσης "Pokrovsky Mining College"

Δοκιμή

Φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής

Ολοκληρώθηκε το:

ομαδικός μαθητής

"Αναλυτής εργαστηρίου"

Επάγγελμα: ΟΚ16-94

Βοηθός εργαστηρίου χημικών αναλύσεων

Εισαγωγή

2. Ατμοποιητές

3 Διαδικασίες φλόγας

5. Φασματογραφική ανάλυση

6. Φασματομετρική ανάλυση

7. Οπτική ανάλυση

συμπέρασμα

Βιβλιογραφία

Εισαγωγή

Ο σκοπός της πρακτικής ανάλυσης φάσματος εκπομπής είναι να ανιχνεύσει ποιοτικά, ημιποσοτικά ή ακριβή ποσοτικά στοιχεία στην αναλυόμενη ουσία.

Οι μέθοδοι φασματικής ανάλυσης, κατά κανόνα, είναι απλές, σαφείς, εύκολες στη μηχανική και αυτοματοποίηση, δηλαδή είναι κατάλληλες για αναλύσεις μάζας ρουτίνας. Κατά τη χρήση ειδικών μεθόδων, τα όρια ανίχνευσης μεμονωμένων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων μη μετάλλων, είναι εξαιρετικά χαμηλά, γεγονός που καθιστά αυτές τις μεθόδους κατάλληλες για τον προσδιορισμό των ιχνοποσοτήτων ακαθαρσιών. Αυτές οι μέθοδοι, εκτός από την περίπτωση που είναι διαθέσιμη μόνο μια μικρή ποσότητα δείγματος, είναι πρακτικά μη καταστροφικές, καθώς απαιτούνται μόνο μικρές ποσότητες δείγματος υλικού για ανάλυση.

Η ακρίβεια της φασματικής ανάλυσης, γενικά, ικανοποιεί πρακτικές απαιτήσεις στις περισσότερες περιπτώσεις προσδιορισμού ακαθαρσιών και συστατικών, με εξαίρεση τον προσδιορισμό υψηλών συγκεντρώσεων των κύριων συστατικών των κραμάτων. Το κόστος της φασματικής ανάλυσης είναι χαμηλό, αν και η αρχική επένδυση είναι αρκετά υψηλή. Ωστόσο, τα τελευταία αποδίδουν γρήγορα λόγω της υψηλής παραγωγικότητας της μεθόδου και των χαμηλών απαιτήσεων για υλικά και προσωπικό συντήρησης.

Στόχοι της εργασίας:

1. Εξοικείωση με τη θεωρία της φασματικής ανάλυσης ατομικών εκπομπών.

2. μάθουν να κατανοούν τα κύρια χαρακτηριστικά του εξοπλισμού APP.

3. Μελέτη των μεθόδων AESA.

1. Φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής (AESA)

Οι μέθοδοι ανάλυσης που βασίζονται στη μέτρηση οποιασδήποτε ακτινοβολίας από την ουσία που προσδιορίζεται ονομάζονται μέθοδοι εκπομπής. Αυτή η ομάδα μεθόδων βασίζεται στη μέτρηση του μήκους κύματος της ακτινοβολίας και της έντασής της.

Η μέθοδος της φασματοσκοπίας ατομικής εκπομπής βασίζεται στη θερμική διέγερση ελεύθερων ατόμων ή μονοατομικών ιόντων και στην καταγραφή του φάσματος οπτικής εκπομπής των διεγερμένων ατόμων.

Για να ληφθούν τα φάσματα εκπομπής των στοιχείων που περιέχονται στο δείγμα, το διάλυμα που θα αναλυθεί εισάγεται στη φλόγα. Η ακτινοβολία φλόγας εισέρχεται στον μονοχρωμάτορα, όπου αποσυντίθεται σε μεμονωμένες φασματικές γραμμές. Με μια απλοποιημένη εφαρμογή της μεθόδου, μια συγκεκριμένη γραμμή επισημαίνεται με ένα φίλτρο φωτός. Η ένταση των επιλεγμένων γραμμών, που είναι χαρακτηριστικές για το στοιχείο που προσδιορίζεται, καταγράφεται χρησιμοποιώντας ένα φωτοκύτταρο ή φωτοπολλαπλασιαστή συνδεδεμένο στη συσκευή μέτρησης. Η ποιοτική ανάλυση πραγματοποιείται από τη θέση των γραμμών στο φάσμα και η ένταση της φασματικής γραμμής χαρακτηρίζει την ποσότητα της ουσίας.

Η ένταση της ακτινοβολίας είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των διεγερμένων σωματιδίων N*. Δεδομένου ότι η διέγερση των ατόμων είναι θερμικής φύσης, τα διεγερμένα και μη διεγερμένα άτομα βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία μεταξύ τους, η θέση της οποίας περιγράφεται από τον νόμο κατανομής Boltzmann (1):

όπου N 0 είναι ο αριθμός των μη διεγερμένων ατόμων.

g* και g 0 είναι τα στατιστικά βάρη των διεγερμένων και μη διεγερμένων καταστάσεων. E - ενέργεια διέγερσης.

k - σταθερά Boltzmann.

T είναι η απόλυτη θερμοκρασία.

Έτσι, σε σταθερή θερμοκρασία, ο αριθμός των διεγερμένων σωματιδίων είναι ευθέως ανάλογος με τον αριθμό των μη διεγερμένων σωματιδίων, δηλ. Στην πραγματικότητα, ο συνολικός αριθμός αυτών των ατόμων N στον ψεκαστήρα (καθώς υπό πραγματικές συνθήκες ανάλυσης ατομικών εκπομπών, το κλάσμα των διεγερμένων σωματιδίων είναι πολύ μικρό: N*<< N 0). 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:

Έτσι, η ένταση της φασματικής γραμμής εκπομπής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναλυτικό σήμα για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ενός στοιχείου. Ο συντελεστής a στην εξίσωση (2) είναι μια καθαρά εμπειρική τιμή, ανάλογα με τις συνθήκες της διαδικασίας. Επομένως, στο NPP, η σωστή επιλογή των συνθηκών ψεκασμού και η μέτρηση του αναλυτικού σήματος, συμπεριλαμβανομένης της βαθμονόμησης σύμφωνα με δείγματα αναφοράς, είναι αποφασιστικής σημασίας.

Η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως για αναλυτικούς σκοπούς σε ιατρικά, βιολογικά, γεωλογικά, γεωργικά εργαστήρια.

φωτόμετρο φασματικής ψεκασμού εκπομπής

2. Ατμοποιητές

Οι κύριοι τύποι πηγών ψεκασμού και διέγερσης δίνονται στον Πίνακα 1.

Τραπέζι 1

Τύπος πηγής ψεκασμού	T, ºC	Κατάσταση δείγματος	C min, % μάζα	σχετίζεται std. απορρίφθηκε
φλόγα	1500 - 3000	λύση		0,01 – 0,05
ηλεκτρικό τόξο	3000- 7000	σκληρός		01 – 0,2
ηλεκτρικός σπινθήρας	10000 -12000	σκληρός		0,05 – 0,10
επαγωγικά συζευγμένο	6000 - 10000	λύση		0,01 – 0,05

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό κάθε ατμοποιητή είναι η θερμοκρασία του. Η φυσικοχημική κατάσταση της αναλυόμενης ουσίας και, κατά συνέπεια, το μέγεθος του αναλυτικού σήματος και τα μετρολογικά χαρακτηριστικά της τεχνικής εξαρτώνται από τη θερμοκρασία.

Φλόγα. Η έκδοση φλόγας της μεθόδου βασίζεται στο γεγονός ότι η αναλυόμενη ουσία με τη μορφή αερολύματος, μαζί με τον χρησιμοποιούμενο διαλύτη, εισέρχεται στη φλόγα ενός καυστήρα αερίου. Σε μια φλόγα με την αναλυόμενη ουσία, εμφανίζεται ένας αριθμός αντιδράσεων και εμφανίζεται ακτινοβολία, η οποία είναι χαρακτηριστική μόνο για την υπό μελέτη ουσία και είναι στην περίπτωση αυτή ένα αναλυτικό σήμα.

Τα διαγράμματα των καυστήρων που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο φωτομετρίας φλόγας φαίνονται στο σχ. 1. Η είσοδος του αναλυόμενου υγρού στη φλόγα πραγματοποιείται συνήθως με τον πνευματικό ψεκασμό του. Χρησιμοποιούνται κυρίως δύο τύποι ατμοποιητών: γωνιακοί και ομόκεντροι, που λειτουργούν λόγω του κενού που δημιουργείται πάνω από το άνοιγμα του τριχοειδούς ψεκασμού (ή γύρω από αυτό), το δεύτερο άκρο του οποίου βυθίζεται στο διάλυμα του αναλυόμενου δείγματος. Το υγρό που ρέει έξω από το τριχοειδές ψεκάζεται με πίδακα αερίου, σχηματίζοντας ένα αεροζόλ. Η ποιότητα του ψεκαστήρα αξιολογείται από την αναλογία της ποσότητας υγρού και αερίου (M W / M G) που καταναλώνεται ανά μονάδα χρόνου.

Ρύζι. 1. Δάδες για φασματομετρία φλόγας ατομικής εκπομπής:

α) και β) ένας συμβατικός καυστήρας Mecker και ένας βελτιωμένος καυστήρας: 1 - σώμα καυστήρα. 2 - η επιφάνεια στην οποία σχηματίζεται η φλόγα. 3 - ανοίγματα για την έξοδο καύσιμων αερίων. 4 - παροχή μίγματος καύσιμων αερίων και αερολύματος. 5 - προεξοχή στο σώμα του καυστήρα με οπές. γ) συνδυασμένος καυστήρας με διαχωρισμό των ζωνών εξάτμισης - ψεκασμού και διέγερσης φασμάτων: 1 - κύριος καυστήρας με προεξοχή και οπές σε αυτό. 3 - δεύτερος πρόσθετος καυστήρας με φλόγα ίδιου τύπου ή υψηλότερης θερμοκρασίας. 4 - φλόγα? 5 - ζώνη καταγραφής ακτινοβολίας. 6 - παροχή ενός μείγματος εύφλεκτων αερίων σε έναν πρόσθετο καυστήρα. 7 - παροχή μίγματος καύσιμων αερίων και αερολύματος στον κύριο καυστήρα.

Για το σχηματισμό φλόγας, παρασκευάζεται ένα αέριο μείγμα που αποτελείται από ένα εύφλεκτο αέριο και ένα οξειδωτικό αέριο. Η επιλογή των συστατικών ενός ή του άλλου μείγματος αερίων καθορίζεται, πρώτα απ 'όλα, από την απαιτούμενη θερμοκρασία φλόγας.

Ο Πίνακας 2 περιέχει πληροφορίες σχετικά με τις θερμοκρασίες διαφόρων φυλών στην ανάλυση ατομικών εκπομπών και τα κύρια χαρακτηριστικά τους.

Πίνακας 2 Χαρακτηριστικά φυλών που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση ατομικών εκπομπών

Σύνθεση του μείγματος		TºC
εύφλεκτο αέριο	Οξειδωτής
μεθάνιο CH4	Αέρας	1700 -1900
υδρογόνο Η2	Αέρας	2000-2100
ακετυλένιο C 2 H 2	Αέρας	2100-2400
ακετυλένιο C 2 H 2		2600-2800
ακετυλένιο C 2 H 2		3050-3150

Υπάρχουν ορισμένα αναλυτικά χαρακτηριστικά της φλόγας. Η φλόγα, φυσικά, πρέπει να είναι σταθερή, ασφαλής και το κόστος των εξαρτημάτων για τη συντήρησή της πρέπει να είναι χαμηλό. Πρέπει να έχει σχετικά υψηλή θερμοκρασία και αργή ταχύτητα διάδοσης, η οποία αυξάνει την αποτελεσματικότητα της αποδιάλυσης και της παραγωγής ατμών και οδηγεί σε μεγάλα σήματα εκπομπής, απορρόφησης ή φθορισμού. Επιπλέον, η φλόγα πρέπει να παρέχει μια μειωτική ατμόσφαιρα. Πολλά μέταλλα σε μια φλόγα τείνουν να σχηματίζουν σταθερά οξείδια. Αυτά τα οξείδια είναι πυρίμαχα και δύσκολο να διαχωριστούν σε κανονικές θερμοκρασίες σε μια φλόγα. Για να αυξηθεί ο βαθμός σχηματισμού ελεύθερων ατόμων, πρέπει να αποκατασταθούν. Η μείωση μπορεί να επιτευχθεί σχεδόν σε οποιαδήποτε φλόγα εάν ο ρυθμός ροής του καύσιμου αερίου ρυθμιστεί σε μεγαλύτερη από την απαραίτητη στοιχειομετρία καύσης. Μια τέτοια φλόγα ονομάζεται εμπλουτισμένη. Οι πλούσιες φλόγες που παράγονται από καύσιμα υδρογονάνθρακα όπως το ακετυλένιο παρέχουν μια εξαιρετική αναγωγική ατμόσφαιρα λόγω της μεγάλης ποσότητας σωματιδίων ριζών που περιέχουν άνθρακα.

Η φλόγα είναι η χαμηλότερη πηγή ψεκασμού και διέγερσης που χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς. Οι θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται στη φλόγα είναι βέλτιστες για τον προσδιορισμό μόνο των πιο εύκολα ψεκαζόμενων και διεγερσίμων στοιχείων - αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών. Για αυτούς, η μέθοδος φωτομετρίας φλόγας είναι από τις πιο ευαίσθητες - έως και 10 -7% της μάζας. Για τα περισσότερα άλλα στοιχεία, τα όρια ορισμού είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερα. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της φλόγας ως πηγής ψεκασμού είναι η υψηλή της σταθερότητα και η σχετική καλή αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων της μέτρησης (S r - 0,01-0,05).

Η επιλογή της απαιτούμενης θερμοκρασίας φλόγας εξαρτάται από τις επιμέρους ιδιότητες των προς προσδιορισμό ουσιών.

Εάν, για παράδειγμα, πρόκειται να προσδιοριστούν εύκολα διεγερμένες ουσίες (αλκαλιμέταλλα), η θερμοκρασία της φλόγας μπορεί να είναι αρκετά χαμηλή.

Ηλεκτρικό τόξο. Σε πυρηνικούς σταθμούς χρησιμοποιούνται εκκενώσεις τόξου συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος. Μια ηλεκτρική εκκένωση διέρχεται μεταξύ ενός ζεύγους ηλεκτροδίων (συνήθως άνθρακα). Στην περίπτωση αυτή, ένα δείγμα σε στερεή κατάσταση τοποθετείται στην εσοχή ενός από τα ηλεκτρόδια. Η θερμοκρασία της εκκένωσης τόξου είναι 3000 - 7000 ºC. Τέτοιες θερμοκρασίες είναι επαρκείς για τον ψεκασμό και τη διέγερση των περισσότερων στοιχείων, εκτός από τα πιο δύσκολα διεγέρσιμα αμέταλλα - αλογόνα. Επομένως, για μεγάλο αριθμό στοιχείων, τα όρια ανίχνευσης σε μια εκκένωση τόξου είναι χαμηλότερα από ό,τι σε μια φλόγα και είναι - 10 -4 - 10 -2 μάζα. %. Οι ψεκαστήρες τόξου, σε αντίθεση με τους ψεκαστήρες φλόγας, δεν έχουν υψηλή σταθερότητα λειτουργίας, επομένως, η αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων δεν είναι υψηλή και ανέρχεται σε Sr - 0,1-0,2. Επομένως, ένας από τους κύριους τομείς εφαρμογής των ψεκαστών τόξου είναι η ποιοτική ανάλυση.

Ηλεκτρικός σπινθήρας. Ο ψεκαστήρας σπινθήρα έχει την ίδια δομή με τον ψεκαστή τόξου και προορίζεται κυρίως για την ανάλυση στερεών δειγμάτων σε ποιοτικό επίπεδο.

Επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα (ICP). Η πιο σύγχρονη πηγή ψεκασμού με τις καλύτερες αναλυτικές δυνατότητες και μετρολογικά χαρακτηριστικά. Ο επαγωγικά συζευγμένος ψεκαστήρας πλάσματος είναι ένας πυρσός πλάσματος αργού που ενεργοποιείται από ένα φορτίο σπινθήρα και σταθεροποιείται από ένα πηνίο επαγωγής υψηλής συχνότητας. Η θερμοκρασία του πλάσματος αργού ποικίλλει κατά το ύψος του καυστήρα και είναι 6000 - 10000 ºC. Σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες, τα περισσότερα στοιχεία ενθουσιάζονται. Η ευαισθησία της μεθόδου είναι μάζα 10 -8 - 10 -2. % ανάλογα με το στοιχείο. Η αναπαραγωγιμότητα των χαρακτηριστικών του καυστήρα αργού είναι υψηλή, γεγονός που καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή ποσοτικής ανάλυσης σε ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων με αναπαραγωγιμότητα Sr - 0,01-0,05. Ο κύριος παράγοντας που εμποδίζει τη χρήση των NPP ICP είναι το υψηλό κόστος του εξοπλισμού και των αναλωσίμων, ειδικότερα το αργό υψηλής καθαρότητας, του οποίου η κατανάλωση κατά την ανάλυση είναι 10–30 l/min.

Ρύζι. 6. Σχέδιο καυστήρα για επαγωγική εκκένωση υψηλής συχνότητας:

1 - αναλυτική ζώνη. 2 - ζώνη πρωτογενούς ακτινοβολίας. 3 - ζώνη εκκένωσης (στρώμα δέρματος). 4 - κεντρικό κανάλι (ζώνη προθέρμανσης). 5 - επαγωγέας? 6 - προστατευτικός σωλήνας που αποτρέπει τη βλάβη στον επαγωγέα (εγκατεστημένο μόνο σε κοντές καυστήρες). 7, 8, 9 - εξωτερικοί, ενδιάμεσοι, κεντρικοί σωλήνες, αντίστοιχα

3. Διαδικασίες φλόγας

Η αναλυόμενη ουσία MX με τη μορφή αερολύματος εισέρχεται στη φλόγα και υφίσταται έναν αριθμό μετασχηματισμών εκεί:

MX (διάλυμα) ↔ MX (στερεό) ↔ MX (αέριο) ↔ M + X ↔ M + + X ↔ ...

M + + hν (M +)*

M* - διεγερμένη κατάσταση του καθορισμένου στοιχείου M.

Στο πρώτο στάδιο, ο διαλύτης που χρησιμοποιείται εξατμίζεται και σχηματίζονται οι μοριακές μορφές των προηγουμένως διαλυμένων ουσιών σε κρυσταλλική κατάσταση. Στη συνέχεια λαμβάνει χώρα η διαδικασία αποσύνθεσης των μορίων των αναλυόμενων ουσιών. Σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες, τα μόρια διασπώνται σε άτομα, σε υψηλότερες θερμοκρασίες μπορεί να συμβεί ο ιονισμός των σχηματιζόμενων ατόμων και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, μπορούν να σχηματιστούν γυμνοί πυρήνες και αέριο ηλεκτρονίων.

Στο στάδιο της ψεκασμού, τα ατομικά σωματίδια διεγείρονται με σύγκρουση μεταξύ τους ή με απορρόφηση κβάντων ακτινοβολίας.

Διέγερση είναι η μετάβαση ορισμένων ηλεκτρονίων ενός ατόμου σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο.

Σε διεγερμένη κατάσταση, τα άτομα δεν ζουν πολύ (10 -5 - 10 -8 sec), μετά επιστρέφουν στην αρχική τους κατάσταση, ενώ εκπέμπουν ένα κβάντο ενέργειας. Αυτό το κβάντο ενέργειας που εκπέμπεται από ένα διεγερμένο άτομο είναι το αναλυτικό σήμα σε ένα πυρηνικό εργοστάσιο.

Η ένταση γραμμής στο φάσμα εκπομπής μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση:

I v app. = hν 12 A 12 N 1

όπου h είναι η σταθερά του Planck,

ν 12 είναι η συχνότητα της μετάβασης μεταξύ των καταστάσεων του ατόμου 1 και 2, η οποία σχετίζεται με το μήκος κύματος με τη σχέση: νλ = c (c είναι η ταχύτητα του φωτός),

Το 12 είναι ο συντελεστής Αϊνστάιν, ο οποίος καθορίζει την πιθανότητα αυτής της μετάβασης,

N 1 είναι ο αριθμός των ατόμων στην κατάσταση 1.

Στη φλόγα, εκτός από τις κύριες διεργασίες που σημειώθηκαν παραπάνω, συμβαίνουν επίσης ορισμένες ανεπιθύμητες διεργασίες, οι οποίες οδηγούν στην εμφάνιση παρεμβολής που παρεμποδίζει τον προσδιορισμό.

Οι πιο τυπικές παρεμβολές ταξινομούνται ως εξής:

Παρεμβολή στο σχηματισμό ατομικών ατμών

Φασματική παρεμβολή

Παρεμβολή ιονισμού.

Παρεμβολές στο σχηματισμό ατομικών ατμών παρατηρούνται σε περιπτώσεις όπου κάποιο συστατικό του δείγματος επηρεάζει τον ρυθμό εξάτμισης των σωματιδίων που περιέχουν την αναλυόμενη ουσία. Η πηγή μιας τέτοιας παρεμβολής μπορεί να είναι μια χημική αντίδραση που επηρεάζει την εξάτμιση στερεών σωματιδίων ή μια φυσική διαδικασία κατά την οποία η εξάτμιση των κύριων συστατικών του δείγματος επηρεάζει το σχηματισμό ενός ζεύγους ατόμων (μορίων) των αναλυτών.

Ένα παράδειγμα τέτοιας επίδρασης είναι ο προσδιορισμός του ασβεστίου παρουσία φωσφορικών ιόντων. Έχει βρεθεί ότι ένα διάλυμα ασβεστίου που περιέχει φωσφορικά ιόντα δίνει χαμηλότερο σήμα στη φλόγα από ένα διάλυμα ασβεστίου της ίδιας συγκέντρωσης, αλλά απουσία φωσφορικών ιόντων.

Υποτίθεται ότι αυτό το φαινόμενο οφείλεται στον σχηματισμό μιας στοιχειομετρικής ένωσης μεταξύ ασβεστίου και φωσφορικού, η οποία εξατμίζεται πιο αργά από το ασβέστιο απουσία φωσφορικών ιόντων.

Απόδειξη αυτής της υπόθεσης είναι ότι ο βαθμός στον οποίο το φωσφορικό άλας καταστέλλει το σήμα ασβεστίου είναι μεγαλύτερος σε σημεία που βρίσκονται στο κάτω μέρος της φλόγας έξω από τη μέτρια άκρη του καυστήρα. Εάν αυτό το σήμα μετρηθεί στην κορυφή της φλόγας, όπου τα σωματίδια που περιέχουν ασβέστιο έχουν περισσότερο χρόνο για εξάτμιση, τότε το μέγεθος του σήματος αυξάνεται καθώς απελευθερώνονται περισσότερα από τα άτομα ασβεστίου που έχουν δεσμευτεί με τα φωσφορικά ιόντα.

Η παρεμβολή που προκαλείται από φωσφορικά ιόντα μπορεί να ελαχιστοποιηθεί όχι μόνο με τη μέτρηση του μεγέθους του σήματος στην κορυφή της φλόγας, αλλά και με άλλα μέσα.

Έτσι, η χρήση πιο προηγμένων σχεδίων ψεκαστήρα και καυστήρα καθιστά δυνατή τη λήψη ενός πολύ λεπτού αερολύματος, το οποίο σχηματίζει εύκολα, μετά την εξάτμιση του διαλύτη, τα μικρότερα σωματίδια της αναλυόμενης ουσίας, τα οποία απαιτούν πολύ λιγότερο χρόνο για εξάτμιση και την παρεμβολή από η παρουσία φωσφορικών ιόντων μειώνεται.

Είναι επίσης δυνατό να αυξηθεί ο ρυθμός εξάτμισης των σωματιδίων αυξάνοντας τη θερμοκρασία της χρησιμοποιούμενης φλόγας.

Η παρεμβολή στο σχηματισμό ατομικών ατμών μπορεί να ελαχιστοποιηθεί ή να εξαλειφθεί πλήρως με τη χρήση ειδικών ουσιών που ονομάζονται «παράγοντες απελευθέρωσης». Αυτές οι ουσίες προάγουν την απελευθέρωση ατόμων ασβεστίου από αργά εξατμιζόμενα σωματίδια που περιέχουν ασβέστιο.

Για παράδειγμα, όταν προστίθεται μεγάλη ποσότητα ιόντων λανθανίου σε ένα αναλυόμενο διάλυμα που περιέχει ιόντα ασβεστίου και φωσφορικά ιόντα, η ψεκασμός του ασβεστίου αυξάνεται ως αποτέλεσμα του γεγονότος ότι τα ιόντα λανθανίου συνδέονται κυρίως με ιόντα φωσφορικού.

Οι παράγοντες συμπλοκοποίησης, για παράδειγμα, το αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό οξύ, μπορούν να δράσουν ως παράγοντες απελευθέρωσης, η προσθήκη των οποίων στο αναλυόμενο διάλυμα αποτρέπει το σχηματισμό μιας ένωσης ασβεστίου με φωσφορικά ιόντα.

Ένας άλλος τύπος παραγόντων απελευθέρωσης είναι ικανός να σχηματίσει μια μήτρα στην οποία μπορούν να διασπαρούν ασβέστιο και φωσφορικό άλας. Τέτοια σωματίδια στη φλόγα αποσυντίθενται πολύ γρήγορα και μετατρέπονται σε ατμό. Για παράδειγμα, εάν προστεθεί μεγάλη ποσότητα γλυκόζης σε διάλυμα που περιέχει φωσφορικά και στοιχεία αλκαλικής γαίας, τότε μετά την εξάτμιση του διαλύτη, τα σωματίδια θα αποτελούνται κυρίως από γλυκόζη στην οποία κατανέμονται ιόντα ασβεστίου και φωσφορικών. Όταν τέτοια σωματίδια αποσυντίθενται σε μια φλόγα, τα σωματίδια του ασβεστίου με το φωσφορικό άλας είναι πολύ μικρά και μετατρέπονται εύκολα σε ατμό.

Η δεύτερη ανεπιθύμητη διαδικασία που λαμβάνει χώρα στη φλόγα κατά τον σχηματισμό ατομικού ατμού είναι ο σχηματισμός μονοξειδίων μετάλλων FeO, CaO, καθώς υπάρχει οξυγόνο στη σύνθεση του εύφλεκτου αερίου):

Σε αυτή την περίπτωση, τα μονοξείδια μπορούν επίσης να διεγερθούν και να εκπέμπουν φως, αλλά σε διαφορετική περιοχή μηκών κύματος. Εξαλείψτε αυτή τη διαδικασία αυξάνοντας τη θερμοκρασία της φλόγας.

Η τρίτη ανεπιθύμητη διαδικασία που εμφανίζεται στη φλόγα κατά τον σχηματισμό ατομικού ατμού είναι ο σχηματισμός καρβιδίων MeC (ο άνθρακας υπάρχει στο εύφλεκτο αέριο). Για την καταστολή αυτής της διαδικασίας, το απαραίτητο μείγμα αερίων και η θερμοκρασία πρέπει να επιλεγούν αυστηρά.

Η φασματική παρεμβολή εμφανίζεται συχνότερα για δύο λόγους.

Πρώτον, μπορεί να υπάρχει επαρκής εγγύτητα των γραμμών εκπομπής διαφορετικών ατόμων του αναλυόμενου δείγματος, τα οποία, υπό τις συνθήκες φωτομετρίας φλόγας, γίνονται αντιληπτά ως ακτινοβολία του ίδιου τύπου ατόμων. Για παράδειγμα, η πιο ευαίσθητη γραμμή εκπομπής βαρίου (553,56 nm) συμπίπτει με την ευρεία ζώνη που εκπέμπεται από το CaOH. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν συστήματα φασματικής διασποράς υψηλής ανάλυσης.

Δεύτερον, η φασματική παρεμβολή μπορεί επίσης να προκύψει από την ίδια τη φλόγα. Εφόσον οι περιοχές μήκους κύματος μιας τέτοιας ακτινοβολίας υποβάθρου από τις χρησιμοποιούμενες φλόγες είναι γνωστές, οι παρεμβολές αυτού του τύπου μπορούν να εξαλειφθούν αρκετά εύκολα.

Η παρεμβολή ιονισμού είναι συνέπεια μιας ανεπιθύμητης διαδικασίας στη φλόγα - η διαδικασία ιονισμού των ατόμων των υπό μελέτη ουσιών:

Mg - ē → Mg +

Η διαδικασία ιονισμού σε υψηλές θερμοκρασίες φλόγας μπορεί να συνεχιστεί και να συνεχιστεί μέχρι την πλήρη απώλεια όλων των ηλεκτρονίων στο άτομο.

Τα προκύπτοντα ιόντα, όπως τα άτομα, μπορούν να διεγερθούν και, κατά συνέπεια, να ακτινοβολήσουν την απορροφούμενη ενέργεια. Ωστόσο, φυσικά, τα χαρακτηριστικά αυτής της ακτινοβολίας θα διαφέρουν από την ακτινοβολία των διεγερμένων ατόμων.

Αυτή η περίσταση περιπλέκει την ανάλυση, καθώς η πορεία της διαδικασίας ιονισμού οδηγεί σε μείωση της συγκέντρωσης των καθορισμένων ατόμων, δηλ. μειώνει το σήμα που πρέπει να παρακολουθείται και βάσει του οποίου πραγματοποιείται ο υπολογισμός της συγκέντρωσης.

Αυτή η διαδικασία καταστέλλεται με την εισαγωγή στο αναλυόμενο δείγμα ενός άλατος ενός τέτοιου μετάλλου, το άτομο του οποίου δίνει ηλεκτρόνια πιο εύκολα από το άτομο που προσδιορίζεται.

Μεταξύ των διαθέσιμων αλάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σκοπό αυτό είναι τα άλατα καισίου. Είναι σε θέση να δημιουργήσουν περίσσεια ηλεκτρονίων στη φλόγα και ο ιονισμός των πιο δύσκολα ιονιζόμενων ατόμων που πρέπει να προσδιοριστούν καταστέλλεται, δηλ. τα αναλυόμενα ιόντα, με περίσσεια ηλεκτρονίων, μετατρέπονται εύκολα σε άτομα - στην αναλυτική-ενεργή μορφή τους.

Είναι δυνατή η καταστολή του ιονισμού των ατόμων που πρόκειται να προσδιοριστεί με τη μείωση της θερμοκρασίας της χρησιμοποιούμενης φλόγας. Αλλά καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, η συγκέντρωση των διεγερμένων ατόμων στη φλόγα μειώνεται επίσης, κάτι που είναι ανεπιθύμητο.

Έτσι, η ακτινοβολία που μας ενδιαφέρει προκαλείται από τη μετάβαση των ηλεκτρονίων από μια διεγερμένη κατάσταση στη θεμελιώδη κατάσταση, η οποία καθορίζεται από τη διαφορά στις ενέργειες των ηλεκτρονίων σε διαφορετικά επίπεδα ΔE.

Φυσικά, για τη συντριπτική πλειοψηφία των διαφορετικών ατόμων, το ΔΕ είναι επίσης διαφορετικό.

Е 2 – Е 1 = hν = = , όπου

h είναι η σταθερά του Planck.

c είναι η ταχύτητα του φωτός.

Γνωρίζοντας το ∆E (οι τιμές παρατίθενται σε πίνακα), μπορεί να υπολογιστεί το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.

Εάν το ∆E εκφράζεται σε eV, γνωρίζοντας το ∆E, το λ µπορεί να υπολογιστεί.

Για παράδειγμα, για το ασβέστιο ΔΕ = 2,95 eV, τότε

λ Ca = = 4200 Å

Εάν η ακτινοβολία μιας φλόγας που περιέχει ασβέστιο περάσει μέσα από ένα μονοχρωμάτορα και στη συνέχεια φωτογραφηθεί, τότε αυτή η εικόνα θα έχει την ακόλουθη μορφή και ονομάζεται φάσμα εκπομπής:

Ρύζι. 1. Φάσμα εκπομπής γραμμής

Φυσικά, όσο περισσότερες δυνατές ηλεκτρονικές μεταβάσεις, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός ν.

Μια τέτοια εικόνα ονομάζεται φάσμα εκπομπής γραμμής, το οποίο είναι το «φασματικό αποτύπωμα» ενός ατόμου, επειδή από το σύνολο αυτών των γραμμών, από τις ενέργειές τους, μπορεί κανείς να προσδιορίσει ποιο άτομο υπάρχει στο αναλυόμενο διάλυμα. Επομένως, το φάσμα είναι ένα ισχυρό ποιοτικό χαρακτηριστικό μιας ουσίας.

Υπάρχουν ορισμένες εξαρτήσεις: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο περισσότερες γραμμές με υψηλότερες ενέργειες μετάβασης παρατηρούνται. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η πιο έντονη γραμμή θα καθοριστεί από τη μετάβαση των ηλεκτρονίων από την πρώτη διεγερμένη κατάσταση στη θεμελιώδη κατάσταση, για παράδειγμα, 3p → 3s.

Αυτό το φάσμα είναι κατάλληλο όχι μόνο για ποιοτική, αλλά και για ημιποσοτική ανάλυση με ακρίβεια ± 0,5 τάξεις μεγέθους.

Η ημιποσοτική ανάλυση βασίζεται στο γεγονός ότι η εξαφάνιση ή η εμφάνιση ορισμένων γραμμών στο φάσμα εξαρτάται από τη συγκέντρωση της ουσίας. Στις χαμηλότερες συγκεντρώσεις εμφανίζονται μόνο οι πιο παχιές γραμμές, στις υψηλότερες συγκεντρώσεις υπάρχουν περισσότερες γραμμές και στις υψηλότερες συγκεντρώσεις πολύ περισσότερες. Υπάρχουν πίνακες που δίνουν δεδομένα σχετικά με τα όρια συγκέντρωσης εμφάνισης ή εξαφάνισης ορισμένων γραμμών και αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μια ημιποσοτική αξιολόγηση της συγκέντρωσης μιας ουσίας.

Για την ανάλυση των μετάλλων μετάπτωσης απαιτείται φλόγα υψηλότερης θερμοκρασίας, καθώς η διέγερσή τους γίνεται μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες, η οποία εξασφαλίζεται με τη χρήση εύφλεκτων μιγμάτων που αποτελούνται από οξείδιο του αζώτου και ακετυλένιο ή οξυγόνο και υδρογόνο.

4. Ποσοτική ανάλυση ατομικών εκπομπών

Η ποσοτική ανάλυση ατομικών εκπομπών βασίζεται στη χρήση δύο τύπων οργάνων:

Φωτόμετρα ατομικής εκπομπής

Φασματοφωτόμετρα ατομικής εκπομπής.

Με τη βοήθεια αυτών των συσκευών, είτε επιλέγεται ένα αρκετά ευρύ τμήμα στο φάσμα, που δεν περιέχει μόνο τη γραμμή που προσδιορίζεται, είτε ένα στενότερο τμήμα του φάσματος, που περιέχει μόνο μία γραμμή που προσδιορίζεται, και αποστέλλεται περαιτέρω σε φωτοκύτταρο ή LED.

Το απλούστερο σχήμα ενός φωτόμετρου ατομικής εκπομπής (συχνά αποκαλούμενο φωτόμετρο φλόγας) είναι το εξής:

Ρύζι. 2. Σχηματικό διάγραμμα φωτόμετρου φλόγας

1 - δοχεία με εύφλεκτα συστατικά μείγματος, 2 - ρυθμιστές πίεσης,

3 - θάλαμος ψεκασμού, 4 - καυστήρας, 5 - διάλυμα δοκιμής,

6 - συσκευή για το στέγνωμα του θαλάμου ψεκασμού,

7 - φακός εστίασης, 8 - σχισμή εισόδου,

9 - ένα πρίσμα που διαχωρίζει την ακτινοβολία κατά μήκος κύματος ή ένα φίλτρο φωτός,

10 - υποδοχή εξόδου, 11 - φωτοηλεκτρικός ανιχνευτής,

12 - συσκευή εγγραφής

Σε μια οθόνη με σχισμή επιβάλλονται ορισμένες απαιτήσεις: η οθόνη πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ευρύτερη και το κενό όσο το δυνατόν στενότερο, ώστε να περνά χωρίς αλλαγή μόνο η ακτινοβολία από το κεντρικό τμήμα της φλόγας του καυστήρα, δηλαδή έτσι ώστε η ακτινοβολία είναι γραμμική ή κοντά στη γραμμική.

Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι το Li, το Cs είναι σπάνιο στη φύση και τα K, Na βρίσκονται κυρίως, ειδικά επειδή η διαφορά στα μήκη κύματος εκπομπής για K και Na είναι περίπου 150 nm, η συσκευή είναι συνήθως εξοπλισμένη με τέσσερα φίλτρα φωτός που περνούν εκείνο το τμήμα του φάσματος στο οποίο βρίσκεται η ακτινοβολία ενός μόνο από το δεδομένο άτομο: ένα φίλτρο φωτός για το K, για το Na, για το Li, για το Cs. Ένα πιο περίπλοκο σύστημα είναι το φασματοφωτόμετρο ατομικής εκπομπής. Ένα φασματοφωτόμετρο ατομικής εκπομπής έχει μια σημαντική διαφορά από ένα φωτόμετρο φλόγας: περιέχει ένα μονοχρωματικό σύστημα - ένα τρίεδρο πρίσμα με κινητή οθόνη. Το μονοχρωματικό σύστημα σε ένα φασματοφωτόμετρο ατομικής εκπομπής εκτελεί την ίδια λειτουργία με ένα φίλτρο φωτός σε ένα φωτόμετρο ατομικής εκπομπής: επιλέγει ένα συγκεκριμένο τμήμα του φάσματος, το οποίο στη συνέχεια τροφοδοτείται μέσω μιας σχισμής σε ένα φωτοκύτταρο. Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ αυτών των συσκευών είναι ότι ο μονόχρωμος σάς επιτρέπει να επιλέξετε ένα πολύ στενότερο τμήμα του φάσματος από ένα φίλτρο φωτός: ένα τμήμα με επίπεδο πλάτος 2-5 nm, ανάλογα με το σύστημα που χρησιμοποιείται. Υπάρχουν συστήματα που σας επιτρέπουν να επιλέξετε ένα ακόμη στενότερο τμήμα του φάσματος - αυτό είναι ένα πλέγμα περίθλασης. Εάν το κάνετε πολύ μεγάλο, τότε μπορείτε να επιλέξετε ένα τμήμα του φάσματος με πλάτος 0,01-0,001 nm. Χάρη σε αυτές τις δυνατότητες, το φασματοφωτόμετρο ατομικής εκπομπής καθιστά δυνατή τη μελέτη φλόγας υψηλής θερμοκρασίας στις οποίες υπάρχουν πολλές γραμμές διαφόρων ατόμων. Ένα πολυκάναλο φασματοφωτόμετρο ατομικής εκπομπής έχει ακόμη μεγαλύτερες αναλυτικές δυνατότητες. Το σχηματικό του διάγραμμα διαφέρει στο ότι μετά τον μονοχρωμάτορα σε ένα πολυκάναλο φασματοφωτόμετρο ατομικής εκπομπής δεν υπάρχει φωτοκύτταρο, αλλά μια ράβδος διόδου, όπου τοποθετούνται έως και 1000 δίοδοι σε διαφορετικές θέσεις. Κάθε δίοδος συνδέεται με έναν υπολογιστή που επεξεργάζεται το συνολικό σήμα και μεταδίδει ένα αναλυτικό σήμα (μετράται η ισχύς ρεύματος από κάθε δίοδο).

Ρύζι. Εικ. 3. Σχηματικό διάγραμμα φασματοφωτόμετρου ατομικής εκπομπής πολλαπλών καναλιών: 1 – καυστήρας, 2 – σχισμή εισόδου, 3 – πρίσμα, 4 – ράβδος διόδου, 5 – καταγραφέας

Η επιλογή του πληροφοριακού συστήματος μπορεί να είναι διαφορετική. Σε παραλλαγές τόξου και σπινθήρα της φασματοφωτομετρίας ατομικής εκπομπής, το φάσμα καταγράφεται χρησιμοποιώντας μια φωτογραφική πλάκα, δηλ. φωτογραφίζεται το ίδιο το φάσμα. Η ανάλυση φάσματος παρέχει ημιποσοτικές πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση μιας ουσίας. Η ημιποσοτική ανάλυση μιας ουσίας από το φάσμα σε μια πλάκα βασίζεται στο γεγονός ότι η ένταση μιας συγκεκριμένης γραμμής σχετίζεται λογαριθμικά με τη συγκέντρωση της ουσίας.

Οι ποσοτικές μέθοδοι βασίζονται στην άθροιση ενός αναλυτικού σήματος - ένα ενισχυμένο φωτορεύμα που λαμβάνεται από ένα LED ή από ένα φωτοκύτταρο, το οποίο επεξεργάζεται από έναν υπολογιστή ή, στην απλούστερη περίπτωση, τροφοδοτείται στον επιλογέα της συσκευής.

Η ισχύς του φωτορεύματος σχετίζεται με τη συγκέντρωση μέσω ενός παράγοντα αναλογικότητας:

Ο συντελεστής k θα είναι σταθερός σε σταθερά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του συστήματος, καθώς και σε σταθερές συγκεντρώσεις της αναλυτικής-δραστικής μορφής στη φλόγα.

Η συγκέντρωση της αναλυτικής-δραστικής μορφής στη φλόγα εξαρτάται από πολλές παραμέτρους:

Από τον ρυθμό παροχής αερολύματος στη φλόγα, ο οποίος, με τη σειρά του, καθορίζεται από την πίεση αερίου στο σύστημα αναρρόφησης της συσκευής,

Από τη θερμοκρασία της φλόγας, δηλ. από την αναλογία καύσιμου αερίου - οξειδωτικού αερίου.

Ωστόσο, σε ένα στενό χρονικό διάστημα, για παράδειγμα, μέσα σε μία ώρα, ο συντελεστής k μπορεί να διατηρηθεί σταθερός.

5. Φασματογραφική ανάλυση

Μετά τη λήψη του φάσματος, η επόμενη πράξη είναι η αναλυτική αξιολόγησή του, η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί με αντικειμενική ή υποκειμενική μέθοδο. Οι αντικειμενικές μέθοδοι μπορούν να χωριστούν σε έμμεσες και άμεσες. Η πρώτη ομάδα καλύπτει φασματοσκοπικές μεθόδους και η δεύτερη - φασματομετρικές μεθόδους. Στη φασματογραφική μέθοδο, το φωτογραφικό γαλάκτωμα καθιστά δυνατή την απόκτηση ενός ενδιάμεσου χαρακτηριστικού της έντασης της γραμμής, ενώ η φασματομετρική μέθοδος βασίζεται στην άμεση μέτρηση της έντασης της φασματικής γραμμής με χρήση φωτοηλεκτρικού ανιχνευτή φωτός. Στην υποκειμενική μέθοδο αξιολόγησης, το ευαίσθητο στοιχείο είναι το ανθρώπινο μάτι.

Η φασματογραφική μέθοδος συνίσταται στη φωτογράφηση του φάσματος σε κατάλληλες πλάκες ή φιλμ χρησιμοποιώντας κατάλληλο φασματογράφο. Τα φασματογράμματα που προκύπτουν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ποιοτικές, ημιποσοτικές και ποσοτικές αναλύσεις.

Οι φασματοσκοπικές μέθοδοι φασματικής ανάλυσης έχουν ιδιαίτερη σημασία. Αυτό οφείλεται κυρίως στην υψηλή ευαισθησία του φωτογραφικού γαλακτώματος και στην ικανότητά του να ενσωματώνει την ένταση του φωτός, καθώς και στον τεράστιο όγκο πληροφοριών που περιέχονται στο φάσμα και στην ικανότητα αποθήκευσης αυτών των πληροφοριών για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα όργανα και ο εξοπλισμός που απαιτούνται είναι σχετικά φθηνά, το κόστος των υλικών είναι χαμηλό και η μέθοδος είναι απλή και εύκολη στην τυποποίηση. Η φασματοσκοπική ανάλυση είναι κατάλληλη για ανάλυση ρουτίνας και επιστημονική έρευνα. Το μειονέκτημά του έγκειται στο γεγονός ότι, λόγω της πολυπλοκότητας των φωτογραφικών λειτουργιών, δεν είναι κατάλληλο για ρητές αναλύσεις και η ακρίβειά του είναι χαμηλότερη, για παράδειγμα, από την ακρίβεια της φασματομετρικής ή της κλασικής χημικής ανάλυσης. Η φασματοσκοπική ανάλυση έχει αναπτυχθεί πολύ, ειδικά στον τομέα της επεξεργασίας του τεράστιου όγκου χρήσιμων πληροφοριών που περιέχονται στο φάσμα, χρησιμοποιώντας ένα αυτόματο μικροφωτόμετρο συνδεδεμένο σε υπολογιστή.

6. Φασματομετρική ανάλυση

Η φασματομετρική αναλυτική μέθοδος διαφέρει από τη φασματογραφική μέθοδο ουσιαστικά μόνο στον τρόπο μέτρησης του φάσματος. Ενώ στη φασματοσκοπική ανάλυση η ένταση του φάσματος μετράται μέσω ενός ενδιάμεσου φωτογραφικού βήματος, η φασματομετρική ανάλυση βασίζεται στην άμεση φωτομετρία της έντασης των φασματικών γραμμών. Η άμεση μέτρηση της έντασης έχει δύο πρακτικά πλεονεκτήματα: λόγω της απουσίας μακράς διαδικασίας επεξεργασίας των φωτογραφιζόμενων φασμάτων και των σχετικών πηγών σφάλματος, τόσο η ταχύτητα ανάλυσης όσο και η αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων της αυξάνονται σημαντικά. Στη φασματομετρική ανάλυση, οι λειτουργίες δειγματοληψίας, προετοιμασίας και διέγερσης των φασμάτων είναι ταυτόσημες με τις αντίστοιχες λειτουργίες της φασματοσκοπικής μεθόδου. Το ίδιο ισχύει για όλες τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη διέγερση και τα αυθόρμητα ή τεχνητά δημιουργημένα εφέ. Επομένως, δεν θα συζητηθούν περαιτέρω εδώ. Η οπτική διάταξη που χρησιμοποιείται στη φασματομετρική μέθοδο, συμπεριλαμβανομένης της πηγής ακτινοβολίας, της εμφάνισής της, ολόκληρου του συστήματος διασποράς και της λήψης φάσματος, είναι σχεδόν πανομοιότυπη με τη φασματοσκοπική ρύθμιση. Ωστόσο, μια σημαντική διαφορά, η οποία αξίζει ξεχωριστή συζήτηση, έγκειται στη μέθοδο παροχής της φωτεινής ενέργειας των φασματικών γραμμών στο φωτοηλεκτρικό στρώμα του φωτοπολλαπλασιαστή. Η τελική λειτουργία της ανάλυσης, δηλαδή η μέτρηση, είναι εντελώς διαφορετική από την αντίστοιχη λειτουργία της φασματοσκοπικής μεθόδου. Επομένως, αυτό το στάδιο της ανάλυσης χρειάζεται λεπτομερή συζήτηση.

7. Οπτική ανάλυση

Η τρίτη ομάδα μεθόδων φασματικής ανάλυσης εκπομπής περιλαμβάνει οπτικές μεθόδους, οι οποίες διαφέρουν από τις φασματοσκοπικές και φασματομετρικές μεθόδους στον τρόπο εκτίμησης του φάσματος και, με εξαίρεση σπάνιες περιπτώσεις, στη χρησιμοποιούμενη φασματική περιοχή. Η μέθοδος εκτίμησης φάσματος είναι υποκειμενική σε αντίθεση με τις αντικειμενικές μεθόδους των άλλων δύο μεθόδων. Στην οπτική φασματοσκοπία, το ανθρώπινο μάτι είναι ο δέκτης του φωτός και χρησιμοποιεί την ορατή περιοχή του φάσματος από περίπου 4000 έως 7600 Å.

Στις οπτικές μεθόδους φασματικής ανάλυσης, η προκαταρκτική προετοιμασία των δειγμάτων και η διέγερση των φασμάτων τους δεν διαφέρουν ουσιαστικά από παρόμοιες λειτουργίες άλλων μεθόδων φασματικής ανάλυσης. Ταυτόχρονα, η αποσύνθεση του φωτός σε φάσμα πραγματοποιείται αποκλειστικά με τη βοήθεια φασματοσκοπίου. Τέλος, λόγω της υποκειμενικότητας της μεθόδου αξιολόγησης, οι οπτικές τεχνικές διαφέρουν σημαντικά από τις φασματογραφικές και ιδιαίτερα τις φασματομετρικές τεχνικές. Αυτό σημαίνει επίσης ότι από τις τρεις μεθόδους φασματικής ανάλυσης, η οπτική έχει τη μικρότερη ακρίβεια.

Το όριο ανίχνευσης της οπτικής μεθόδου είναι σχετικά μεγάλο. Οι πιο ευαίσθητες γραμμές στοιχείων, με εξαίρεση τα αλκάλια και την αλκαλική γη, βρίσκονται στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος. Μόνο σχετικά αδύναμες γραμμές των πιο σημαντικών βαρέων μετάλλων εντοπίζονται στην ορατή περιοχή. Επομένως, το όριο ανίχνευσής τους με την οπτική μέθοδο είναι συνήθως δέκα έως εκατό φορές χειρότερο. Εκτός από πολύ σπάνιες περιπτώσεις, η οπτική μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για τον προσδιορισμό μη μεταλλικών στοιχείων, καθώς οι γραμμές τους στην ορατή περιοχή είναι ιδιαίτερα αδύναμες. Επιπλέον, η διέγερση των μη μεταλλικών στοιχείων απαιτεί ειδικό εξελιγμένο εξοπλισμό και η ένταση της φωτεινής πηγής δεν είναι επαρκής για την αξιολόγηση των φασματικών γραμμών με γυμνό μάτι.

Σε αντίθεση με τα μειονεκτήματα που αναφέρθηκαν παραπάνω, το μεγάλο πλεονέκτημα της οπτικής μεθόδου έγκειται στην απλότητα, την ταχύτητα και το χαμηλό κόστος της. Η εργασία με το φασματοσκόπιο είναι πολύ εύκολη. Αν και απαιτείται κάποια εκπαίδευση για την αξιολόγηση του φάσματος, απλές αναλύσεις μπορούν να μαθευτούν γρήγορα. Τα φάσματα μπορούν να αξιολογηθούν με γυμνό μάτι χωρίς τις δυσκολίες που σχετίζονται με έμμεσες μεθόδους. Αυτή η μέθοδος είναι ρητή: συνήθως δεν χρειάζεται περισσότερο από ένα λεπτό για να προσδιοριστεί ένα στοιχείο. Το κόστος των σχετικά απλών οπτικών βοηθημάτων είναι χαμηλό και το κόστος του εργαλείου επεξεργασίας δείγματος, των υλικών αντίθετου ηλεκτροδίου και της ισχύος είναι αμελητέο. Οι τεχνικές είναι τόσο απλές που μετά από κάποια εκπαίδευση, οι αναλύσεις μπορούν να γίνουν από ανειδίκευτους βοηθούς εργαστηρίου. Λόγω της υψηλής ταχύτητας της μεθόδου, το κόστος εργασίας ανά ανάλυση είναι χαμηλό. Η οικονομική αποδοτικότητα της μεθόδου αυξάνεται επίσης λόγω του γεγονότος ότι η ανάλυση μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς να καταστραφεί το αναλυόμενο δείγμα και στο σημείο όπου βρίσκεται. Αυτό σημαίνει ότι με φορητά όργανα είναι δυνατή η ανάλυση ενδιάμεσων προϊόντων (π.χ. μεταλλικές ράβδοι), τελικών προϊόντων (π.χ. εξαρτημάτων μηχανών) ή ήδη εγκατεστημένων προϊόντων (π.χ. υπερθερμανθέντες σωλήνες ατμολεβήτων) χωρίς δειγματοληψία επί τόπου. Εξοικονομούνται επίσης εργαλεία και χρόνος, απλοποιείται η οργανωτική εργασία και δεν χρειάζονται καταστροφικές μέθοδοι δειγματοληψίας.

Το σημαντικότερο πεδίο εφαρμογής της οπτικής μεθόδου φασματικής ανάλυσης είναι ο έλεγχος κραμάτων μετάλλων και κυρίως κραματοποιημένων χάλυβων κατά την παραγωγή τους με σκοπό τη διαλογή. Η μέθοδος χρησιμοποιείται επίσης για την ταξινόμηση μετάλλων ή κραματοποιημένων χάλυβων στην επιλογή πολύτιμων υλικών από παλιοσίδερα.

συμπέρασμα

Το AES είναι μια μέθοδος για τον προσδιορισμό της στοιχειακής σύστασης μιας ουσίας με οπτική γραμμή φασμάτων εκπομπής ατόμων και ιόντων του αναλυόμενου δείγματος, διεγερμένα σε πηγές φωτός. Ως πηγές φωτός για την ανάλυση ατομικών εκπομπών, χρησιμοποιούνται φλόγα πυρσού ή διάφοροι τύποι πλάσματος, συμπεριλαμβανομένου του πλάσματος ηλεκτρικού σπινθήρα ή τόξου, πλάσματος σπινθήρα λέιζερ, επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος, εκκένωσης λάμψης κ.λπ.

Το AES είναι η πιο κοινή εξπρές εξαιρετικά ευαίσθητη μέθοδος για τον εντοπισμό και τον ποσοτικό προσδιορισμό στοιχείων ακαθαρσίας σε αέριες, υγρές και στερεές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων υψηλής καθαρότητας. Χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας για τον έλεγχο της βιομηχανικής παραγωγής, την εξερεύνηση και επεξεργασία ορυκτών, τη βιολογική, ιατρική και περιβαλλοντική έρευνα κ.λπ. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του AES σε σύγκριση με άλλες οπτικές φασματικές μεθόδους, καθώς και με πολλές χημικές και φυσικοχημικές μεθόδους ανάλυσης, είναι η δυνατότητα άνευ επαφής, γρήγορου, ταυτόχρονου ποσοτικού προσδιορισμού μεγάλου αριθμού στοιχείων σε ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων με αποδεκτή ακρίβεια. χρησιμοποιώντας μια μικρή μάζα του δείγματος.

Μαθήματα: Φυσικές και χημικές βάσεις καθαρισμού προσρόφησης νερού από οργανικές ουσίες

Μη κρατικό μη κερδοσκοπικό εκπαιδευτικό ίδρυμα δευτεροβάθμιας επαγγελματικής εκπαίδευσης "Pokrovsky Mining College"

Δοκιμή

Φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής

Ολοκληρώθηκε το:

ομαδικός μαθητής

"Αναλυτής εργαστηρίου"

Επάγγελμα: ΟΚ16-94

Βοηθός εργαστηρίου χημικών αναλύσεων

Εισαγωγή

2. Ατμοποιητές

3 Διαδικασίες φλόγας

4. Ποσοτική ανάλυση ατομικών εκπομπών

5. Φασματογραφική ανάλυση

6. Φασματομετρική ανάλυση

7. Οπτική ανάλυση

συμπέρασμα

Βιβλιογραφία

Εισαγωγή

Ο σκοπός της πρακτικής ανάλυσης φάσματος εκπομπής είναι να ανιχνεύσει ποιοτικά, ημιποσοτικά ή ακριβή ποσοτικά στοιχεία στην αναλυόμενη ουσία.

Οι μέθοδοι φασματικής ανάλυσης, κατά κανόνα, είναι απλές, σαφείς, εύκολες στη μηχανική και αυτοματοποίηση, δηλαδή είναι κατάλληλες για αναλύσεις μάζας ρουτίνας. Κατά τη χρήση ειδικών μεθόδων, τα όρια ανίχνευσης μεμονωμένων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων μη μετάλλων, είναι εξαιρετικά χαμηλά, γεγονός που καθιστά αυτές τις μεθόδους κατάλληλες για τον προσδιορισμό των ιχνοποσοτήτων ακαθαρσιών. Αυτές οι μέθοδοι, εκτός από την περίπτωση που είναι διαθέσιμη μόνο μια μικρή ποσότητα δείγματος, είναι πρακτικά μη καταστροφικές, καθώς απαιτούνται μόνο μικρές ποσότητες δείγματος υλικού για ανάλυση.

Η ακρίβεια της φασματικής ανάλυσης, γενικά, ικανοποιεί πρακτικές απαιτήσεις στις περισσότερες περιπτώσεις προσδιορισμού ακαθαρσιών και συστατικών, με εξαίρεση τον προσδιορισμό υψηλών συγκεντρώσεων των κύριων συστατικών των κραμάτων. Το κόστος της φασματικής ανάλυσης είναι χαμηλό, αν και η αρχική επένδυση είναι αρκετά υψηλή. Ωστόσο, τα τελευταία αποδίδουν γρήγορα λόγω της υψηλής παραγωγικότητας της μεθόδου και των χαμηλών απαιτήσεων για υλικά και προσωπικό συντήρησης.

Στόχοι της εργασίας:

1. Εξοικείωση με τη θεωρία της φασματικής ανάλυσης ατομικών εκπομπών.

2. μάθουν να κατανοούν τα κύρια χαρακτηριστικά του εξοπλισμού APP.

3. Μελέτη των μεθόδων AESA.

1. Φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής (AESA)

Οι μέθοδοι ανάλυσης που βασίζονται στη μέτρηση οποιασδήποτε ακτινοβολίας από την ουσία που προσδιορίζεται ονομάζονται μέθοδοι εκπομπής. Αυτή η ομάδα μεθόδων βασίζεται στη μέτρηση του μήκους κύματος της ακτινοβολίας και της έντασής της.

Η μέθοδος της φασματοσκοπίας ατομικής εκπομπής βασίζεται στη θερμική διέγερση ελεύθερων ατόμων ή μονοατομικών ιόντων και στην καταγραφή του φάσματος οπτικής εκπομπής των διεγερμένων ατόμων.

Για να ληφθούν τα φάσματα εκπομπής των στοιχείων που περιέχονται στο δείγμα, το διάλυμα που θα αναλυθεί εισάγεται στη φλόγα. Η ακτινοβολία φλόγας εισέρχεται στον μονοχρωμάτορα, όπου αποσυντίθεται σε μεμονωμένες φασματικές γραμμές. Με μια απλοποιημένη εφαρμογή της μεθόδου, μια συγκεκριμένη γραμμή επισημαίνεται με ένα φίλτρο φωτός. Η ένταση των επιλεγμένων γραμμών, που είναι χαρακτηριστικές για το στοιχείο που προσδιορίζεται, καταγράφεται χρησιμοποιώντας ένα φωτοκύτταρο ή φωτοπολλαπλασιαστή συνδεδεμένο στη συσκευή μέτρησης. Η ποιοτική ανάλυση πραγματοποιείται από τη θέση των γραμμών στο φάσμα και η ένταση της φασματικής γραμμής χαρακτηρίζει την ποσότητα της ουσίας.

Η ένταση της ακτινοβολίας είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των διεγερμένων σωματιδίων N*. Δεδομένου ότι η διέγερση των ατόμων είναι θερμικής φύσης, τα διεγερμένα και μη διεγερμένα άτομα βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία μεταξύ τους, η θέση της οποίας περιγράφεται από τον νόμο κατανομής Boltzmann (1):

(1)

όπου N 0 είναι ο αριθμός των μη διεγερμένων ατόμων.

g* και g 0 είναι τα στατιστικά βάρη των διεγερμένων και μη διεγερμένων καταστάσεων. E - ενέργεια διέγερσης.

k - σταθερά Boltzmann.

T είναι η απόλυτη θερμοκρασία.

Έτσι, σε σταθερή θερμοκρασία, ο αριθμός των διεγερμένων σωματιδίων είναι ευθέως ανάλογος με τον αριθμό των μη διεγερμένων σωματιδίων, δηλ. Στην πραγματικότητα, ο συνολικός αριθμός αυτών των ατόμων N στον ψεκαστήρα (καθώς υπό πραγματικές συνθήκες ανάλυσης ατομικών εκπομπών, το κλάσμα των διεγερμένων σωματιδίων είναι πολύ μικρό: N*<< N 0). 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)

Έτσι, η ένταση της φασματικής γραμμής εκπομπής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναλυτικό σήμα για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ενός στοιχείου. Ο συντελεστής a στην εξίσωση (2) είναι μια καθαρά εμπειρική τιμή, ανάλογα με τις συνθήκες της διαδικασίας. Επομένως, στο NPP, η σωστή επιλογή των συνθηκών ψεκασμού και η μέτρηση του αναλυτικού σήματος, συμπεριλαμβανομένης της βαθμονόμησης σύμφωνα με δείγματα αναφοράς, είναι αποφασιστικής σημασίας.

Η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως για αναλυτικούς σκοπούς σε ιατρικά, βιολογικά, γεωλογικά, γεωργικά εργαστήρια.

φωτόμετρο φασματικής ψεκασμού εκπομπής

2. Ατμοποιητές

Οι κύριοι τύποι πηγών ψεκασμού και διέγερσης δίνονται στον Πίνακα 1.

Τραπέζι 1

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό κάθε ατμοποιητή είναι η θερμοκρασία του. Η φυσικοχημική κατάσταση της αναλυόμενης ουσίας και, κατά συνέπεια, το μέγεθος του αναλυτικού σήματος και τα μετρολογικά χαρακτηριστικά της τεχνικής εξαρτώνται από τη θερμοκρασία.

Φλόγα. Η έκδοση φλόγας της μεθόδου βασίζεται στο γεγονός ότι η αναλυόμενη ουσία με τη μορφή αερολύματος, μαζί με τον χρησιμοποιούμενο διαλύτη, εισέρχεται στη φλόγα ενός καυστήρα αερίου. Σε μια φλόγα με την αναλυόμενη ουσία, εμφανίζεται ένας αριθμός αντιδράσεων και εμφανίζεται ακτινοβολία, η οποία είναι χαρακτηριστική μόνο για την υπό μελέτη ουσία και είναι στην περίπτωση αυτή ένα αναλυτικό σήμα.

Τα διαγράμματα των καυστήρων που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο φωτομετρίας φλόγας φαίνονται στο σχ. 1. Η είσοδος του αναλυόμενου υγρού στη φλόγα πραγματοποιείται συνήθως με τον πνευματικό ψεκασμό του. Χρησιμοποιούνται κυρίως δύο τύποι ατμοποιητών: γωνιακοί και ομόκεντροι, που λειτουργούν λόγω του κενού που δημιουργείται πάνω από το άνοιγμα του τριχοειδούς ψεκασμού (ή γύρω από αυτό), το δεύτερο άκρο του οποίου βυθίζεται στο διάλυμα του αναλυόμενου δείγματος. Το υγρό που ρέει έξω από το τριχοειδές ψεκάζεται με πίδακα αερίου, σχηματίζοντας ένα αεροζόλ. Η ποιότητα του ψεκαστήρα αξιολογείται από την αναλογία της ποσότητας υγρού και αερίου (M W / M G) που καταναλώνεται ανά μονάδα χρόνου.

Ρύζι. 1. Δάδες για φασματομετρία φλόγας ατομικής εκπομπής:

α) και β) ένας συμβατικός καυστήρας Mecker και ένας βελτιωμένος καυστήρας: 1 - σώμα καυστήρα. 2 - η επιφάνεια στην οποία σχηματίζεται η φλόγα. 3 - ανοίγματα για την έξοδο καύσιμων αερίων. 4 - παροχή μίγματος καύσιμων αερίων και αερολύματος. 5 - προεξοχή στο σώμα του καυστήρα με οπές. γ) συνδυασμένος καυστήρας με διαχωρισμό των ζωνών εξάτμισης - ψεκασμού και διέγερσης φασμάτων: 1 - κύριος καυστήρας με προεξοχή και οπές σε αυτό. 3 - δεύτερος πρόσθετος καυστήρας με φλόγα ίδιου τύπου ή υψηλότερης θερμοκρασίας. 4 - φλόγα? 5 - ζώνη καταγραφής ακτινοβολίας. 6 - παροχή ενός μείγματος εύφλεκτων αερίων σε έναν πρόσθετο καυστήρα. 7 - παροχή μίγματος καύσιμων αερίων και αερολύματος στον κύριο καυστήρα.

Για το σχηματισμό φλόγας, παρασκευάζεται ένα αέριο μείγμα που αποτελείται από ένα εύφλεκτο αέριο και ένα οξειδωτικό αέριο. Η επιλογή των συστατικών ενός ή του άλλου μείγματος αερίων καθορίζεται, πρώτα απ 'όλα, από την απαιτούμενη θερμοκρασία φλόγας.

Ο Πίνακας 2 περιέχει πληροφορίες σχετικά με τις θερμοκρασίες διαφόρων φυλών στην ανάλυση ατομικών εκπομπών και τα κύρια χαρακτηριστικά τους.

Πίνακας 2 Χαρακτηριστικά φυλών που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση ατομικών εκπομπών

Υπάρχουν ορισμένα αναλυτικά χαρακτηριστικά της φλόγας. Η φλόγα, φυσικά, πρέπει να είναι σταθερή, ασφαλής και το κόστος των εξαρτημάτων για τη συντήρησή της πρέπει να είναι χαμηλό. Πρέπει να έχει σχετικά υψηλή θερμοκρασία και αργή ταχύτητα διάδοσης, η οποία αυξάνει την αποτελεσματικότητα της αποδιάλυσης και της παραγωγής ατμών και οδηγεί σε μεγάλα σήματα εκπομπής, απορρόφησης ή φθορισμού. Επιπλέον, η φλόγα πρέπει να παρέχει μια μειωτική ατμόσφαιρα. Πολλά μέταλλα σε μια φλόγα τείνουν να σχηματίζουν σταθερά οξείδια. Αυτά τα οξείδια είναι πυρίμαχα και δύσκολο να διαχωριστούν σε κανονικές θερμοκρασίες σε μια φλόγα. Για να αυξηθεί ο βαθμός σχηματισμού ελεύθερων ατόμων, πρέπει να αποκατασταθούν. Η μείωση μπορεί να επιτευχθεί σχεδόν σε οποιαδήποτε φλόγα εάν ο ρυθμός ροής του καύσιμου αερίου ρυθμιστεί σε μεγαλύτερη από την απαραίτητη στοιχειομετρία καύσης. Μια τέτοια φλόγα ονομάζεται εμπλουτισμένη. Οι πλούσιες φλόγες που παράγονται από καύσιμα υδρογονάνθρακα όπως το ακετυλένιο παρέχουν μια εξαιρετική αναγωγική ατμόσφαιρα λόγω της μεγάλης ποσότητας σωματιδίων ριζών που περιέχουν άνθρακα.

Η φλόγα είναι η χαμηλότερη πηγή ψεκασμού και διέγερσης που χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς. Οι θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται στη φλόγα είναι βέλτιστες για τον προσδιορισμό μόνο των πιο εύκολα ψεκαζόμενων και διεγερσίμων στοιχείων - αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών. Για αυτούς, η μέθοδος φωτομετρίας φλόγας είναι από τις πιο ευαίσθητες - έως και 10 -7% της μάζας. Για τα περισσότερα άλλα στοιχεία, τα όρια ορισμού είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερα. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της φλόγας ως πηγής ψεκασμού είναι η υψηλή της σταθερότητα και η σχετική καλή αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων της μέτρησης (S r - 0,01-0,05).

Οι μέθοδοι ατομικής φασματοσκοπίας καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό της στοιχειακής σύστασης του δείγματος δοκιμής (το σύνολο των υπαρχόντων ατόμων) από τα φάσματα απορρόφησης ή εκπομπής διεγερμένων ατόμων στην περιοχή οπτικών και ακτίνων Χ. Τα ατομικά φάσματα παρατηρούνται με τη μορφή φωτεινών έγχρωμων γραμμών και προκύπτουν ως αποτέλεσμα των μεταπτώσεων ηλεκτρονίων από ένα επίπεδο ενέργειας σε άλλα (Εικ. 2.1). ο αριθμός των επιπέδων σε μεμονωμένα άτομα είναι μικρός και επομένως αυτά τα φάσματα είναι διακριτά, δηλαδή αποτελούνται από στενές μεμονωμένες γραμμές. Το απλούστερο ατομικό φάσμα παρατηρείται στο άτομο υδρογόνου, έχει ένα σύνολο γραμμών που ονομάζονται σειρές: η σειρά Lyman στην περιοχή UV, η σειρά Balmer στην ορατή περιοχή, η σειρά Paschen, Bracket, Pfund και Humphrey στην περιοχή IR. Οι συχνότητες των γραμμών στο φάσμα του υδρογόνου μπορούν να υπολογιστούν από τις διαφορές στις ενέργειες των αντίστοιχων ενεργειακών επιπέδων. Άλλα στοιχεία μπορεί να έχουν περισσότερες φασματικές γραμμές, αλλά είναι επίσης στενές. κάθε στοιχείο χαρακτηρίζεται από το δικό του σύνολο γραμμών.

Εάν το αναλυόμενο δείγμα περιέχει έναν αριθμό στοιχείων, οι συχνότητες όλων των γραμμών μπορούν να μετρηθούν και να συγκριθούν χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή με τα φάσματα μεμονωμένων στοιχείων που δίνονται σε βιβλία αναφοράς. Έτσι, πραγματοποιείται μια ποιοτική ανάλυση και μια ποσοτική βασίζεται στη μέτρηση της έντασης των γραμμών, η οποία είναι ανάλογη με την ποσότητα του στοιχείου στο δείγμα.

Δεδομένου ότι τα επίπεδα ενέργειας των ηλεκτρονίων σθένους των ελεύθερων ατόμων και των ατόμων που αποτελούν τα μόρια διαφέρουν σημαντικά, για να ληφθούν ατομικά φάσματα, είναι απαραίτητη η προκαταρκτική εξαέρωση (καταστροφή) του δείγματος, δηλαδή η μεταφορά του σε αέρια ατομική κατάσταση.

2.2.1. Φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής

Ένα δείγμα της υπό δοκιμή ουσίας θερμαίνεται με πλάσμα, ηλεκτρικό τόξο ή εκκένωση, ως αποτέλεσμα της οποίας τα μόρια διασπώνται σε άτομα, τα οποία περνούν εν μέρει σε διεγερμένη κατάσταση, η διάρκεια ζωής της οποίας είναι περίπου 10 -7 -10 -8 s. στη συνέχεια επιστρέφουν αυθόρμητα στην κανονική κατάσταση, εκπέμποντας κβάντα φωτός, δίνοντας ένα διακριτό φάσμα εκπομπής (εκπομπή). Η μέτρηση των συχνοτήτων των εκπεμπόμενων γραμμών στο φάσμα εκπομπής και η σύγκριση με τα φάσματα μεμονωμένων στοιχείων των βιβλίων αναφοράς σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε ποια στοιχεία περιέχονται στο υπό μελέτη δείγμα. Η ποσοτική ανάλυση βασίζεται στη μέτρηση των εντάσεων μεμονωμένων γραμμών του φάσματος, καθώς η ένταση της ακτινοβολίας αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης του στοιχείου. Απαιτείται προβαθμονόμηση. Η μέθοδος είναι πολύ ευαίσθητη.

Τα κύρια μέρη ενός ατομικού φασματογράφου φαίνονται στο μπλοκ διάγραμμα

Η πηγή διέγερσης μπορεί να είναι ένας ηλεκτρικός σπινθήρας, τόξο, πλάσμα αργού ή φλόγα. Η θερμοκρασία του ηλεκτρικού τόξου είναι 3000-7000 ° C, οι σπινθήρες - 6000-12000 ° C, το πλάσμα - 6000-10000 ° C. Η θερμοκρασία της φλόγας είναι χαμηλότερη - από 1500 έως 3000 ° C, επομένως, όχι όλες οι ενώσεις, αλλά μόνο ορισμένα στοιχεία (αλκαλικά κ.λπ.). Ένα στοιχείο διασποράς που αποσυνθέτει την ακτινοβολία σε ένα φάσμα - ένα πρίσμα ή ένα πλέγμα περίθλασης. Μια φωτογραφική πλάκα ή φωτοκύτταρο χρησιμοποιείται ως υποδοχέας.

Περισσότερα από 80 στοιχεία μπορούν να προσδιοριστούν με αυτή τη μέθοδο. η ευαισθησία κυμαίνεται από 0,01% (Hg, U) έως 10 -5% (Na, B, Bi).