Cơ sở vật lý của phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử. Phương pháp quang phổ nguyên tử

Mục tiêu thực tế của phép phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử là phẩm chất, bán định lượng hoặc xác định định lượng thành phần nguyên tố mẫu đã phân tích. Phương pháp này dựa trên sự đăng ký cường độ ánh sáng phát ra trong quá trình chuyển đổi của các electron của nguyên tử từ trạng thái năng lượng này sang trạng thái năng lượng khác.

Một trong những tính chất đáng chú ý nhất của quang phổ nguyên tử là tính rời rạc của chúng (cấu trúc tuyến tính) và bản chất hoàn toàn riêng lẻ của số lượng và sự phân bố của các vạch trong quang phổ, điều này làm cho các phổ như vậy trở thành đặc điểm nhận dạng của một nguyên tố hóa học nhất định. Phân tích định tính dựa trên đặc tính này của quang phổ. Trong phân tích định lượng, việc xác định nồng độ của một nguyên tố quan tâm được thực hiện bằng cường độ của các vạch quang phổ riêng lẻ, được gọi là phân tích.

Để thu được phổ phát xạ, các êlectron tạo nên các hạt của chất bị phân tích phải được cung cấp thêm năng lượng. Với mục đích này, một nguồn kích thích phổ được sử dụng, trong đó chất được đốt nóng và bay hơi, các phân tử trong pha khí phân ly thành các nguyên tử, ion và điện tử trung hòa, tức là chất được chuyển sang trạng thái huyết tương. Khi các electron va chạm với các nguyên tử và ion trong plasma, plasma sẽ chuyển sang trạng thái kích thích. Thời gian tồn tại của các hạt ở trạng thái kích thích không vượt quá 10 -10 s s. Tự phát trở lại trạng thái bình thường hoặc trạng thái trung gian, chúng phát ra lượng tử ánh sáng mang đi năng lượng dư thừa.

Số nguyên tử ở trạng thái kích thích ở nhiệt độ cố định tỉ lệ với số nguyên tử của nguyên tố được xác định. Do đó, cường độ của vạch quang phổ Tôi sẽ tỷ lệ với nồng độ của nguyên tố được xác định Với trong mẫu:

ở đâu k- Hệ số tỷ lệ, giá trị của hệ số này phụ thuộc không tuyến tính vào nhiệt độ, năng lượng ion hóa của nguyên tử và một số yếu tố khác thường khó kiểm soát trong quá trình phân tích.

Để loại bỏ ở một mức độ nào đó ảnh hưởng của các yếu tố này đến kết quả phân tích, thông thường trong phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử người ta đo cường độ của một vạch phân tích so với cường độ của một vạch phân tích nào đó. các đường so sánh (phương pháp nội chuẩn). Chất chuẩn nội là thành phần có hàm lượng giống nhau trong tất cả các mẫu chuẩn, cũng như trong mẫu phân tích. Thông thường, thành phần chính được sử dụng làm chất chuẩn nội, hàm lượng của thành phần này có thể được coi là xấp xỉ bằng 100% (ví dụ, khi phân tích thép, sắt có thể dùng làm chất chuẩn nội).

Đôi khi một thành phần đóng vai trò chất chuẩn nội được cố ý đưa vào tất cả các mẫu với lượng bằng nhau. Là một đường so sánh, một đường như vậy trong phổ của chất chuẩn nội được chọn, các điều kiện kích thích của nó (năng lượng kích thích, hiệu ứng nhiệt độ) càng gần với điều kiện kích thích của đường phân tích càng tốt. Điều này đạt được nếu vạch so sánh có bước sóng càng gần vạch phân tích càng tốt (DA, cặp tương đồng.

Biểu thức cường độ tương đối của các vạch quang phổ của hai nguyên tố có thể được viết dưới dạng

trong đó chỉ số 1 đề cập đến đường phân tích; chỉ số 2 - đến dòng so sánh. Giả sử nồng độ của thành phần С2, đóng vai trò là chất chuẩn nội, là không đổi, chúng ta có thể giả định rằng một cũng là một giá trị không đổi và không phụ thuộc vào các điều kiện kích thích phổ.

Ở nồng độ cao của các nguyên tử của nguyên tố được xác định trong plasma, sự hấp thụ ánh sáng của các nguyên tử không bị kích thích của cùng nguyên tố bắt đầu đóng một vai trò quan trọng. Quá trình như vậy được gọi là tự hấp thụ hoặc tái hấp thu.Điều này dẫn đến sự vi phạm sự phụ thuộc tuyến tính của cường độ vạch vào nồng độ trong vùng có nồng độ cao. Ảnh hưởng của hiện tượng tự hấp thụ đối với cường độ của vạch quang phổ được tính đến phương trình Lomakin thực nghiệm

ở đâu b- thông số đặc trưng cho mức độ tự hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ và khi nó tăng lên, đơn điệu thay đổi từ 1 (không tự hấp thụ) thành 0. Tuy nhiên, khi làm việc trong một dải nồng độ khá hẹp, giá trị b có thể coi là gần như không đổi. Trong trường hợp này, sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ vào nồng độ trong hệ tọa độ logarit là tuyến tính:

Phương trình Lomakin không tính đến ảnh hưởng của hiệu ứng ma trận đến cường độ của vạch phổ. Hiệu ứng này được biểu hiện ở chỗ thường là giá trị của tín hiệu phân tích và do đó, kết quả phân tích không chỉ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố được xác định, mà còn vào hàm lượng của các thành phần liên quan, cũng như cấu trúc vi mô và thành phần pha của các vật liệu được phân tích.

Ảnh hưởng của hiệu ứng chất nền thường được giảm thiểu bằng cách sử dụng các mẫu chuẩn có kích thước, cấu trúc và các đặc tính hóa lý gần nhất có thể với chất được nghiên cứu. Đôi khi, khi phân tích các tạp chất dạng vết, có thể tránh được các hiệu ứng nền bằng cách sử dụng phương pháp bổ sung và đồng nhất toàn bộ các mẫu.

Các nguồn kích thích quang phổ. Các nguồn kích thích chính của quang phổ trong quang phổ phát xạ nguyên tử bao gồm ngọn lửa, hồ quang dòng điện một chiều hoặc xoay chiều, tia lửa và plasma liên kết cảm ứng.

Đặc tính quan trọng nhất của nguồn kích thích phổ là nhiệt độ của nó. Nhiệt độ chủ yếu xác định xác suất hạt chuyển sang trạng thái kích thích với sự phát xạ ánh sáng tiếp theo và cuối cùng là cường độ của tín hiệu phân tích và các đặc tính đo lường của kỹ thuật.

Ngọn lửa . Một biến thể của quang phổ phát xạ nguyên tử sử dụng quang phổ ngọn lửa làm nguồn kích thích được gọi là phương pháp phép đo quang ngọn lửa.

Về mặt cấu trúc, nguồn kích thích ngọn lửa là một đầu đốt khí, trong đó mẫu phân tích (dung dịch) được bơm vào ngọn lửa bằng vòi phun. Ngọn lửa bao gồm hai vùng: bên trong (khử) và bên ngoài (oxy hóa). Trong vùng khử xảy ra các phản ứng sơ cấp phân ly nhiệt và đốt cháy không hoàn toàn các thành phần của hỗn hợp cháy. Vùng này chứa nhiều phân tử kích thích và các gốc tự do phát ra ánh sáng mạnh mẽ trong gần như toàn bộ dải quang học, từ vùng UV đến vùng IR của quang phổ. Bức xạ này được chồng lên các vạch phổ của chất phân tích và cản trở việc xác định nó. Do đó, vùng khử không được sử dụng cho mục đích phân tích.

Trong vùng oxi hoá diễn ra các phản ứng đốt cháy hoàn toàn các thành phần của hỗn hợp khí. Phần chính bức xạ của nó nằm trong dải IR và do đó không gây trở ngại cho việc xác định các vạch quang phổ trong dải UV và dải nhìn thấy. Kết quả là, nó là vùng oxy hóa được sử dụng cho mục đích phân tích. Nhiệt độ, thành phần và tính chất oxy hóa khử của ngọn lửa có thể được kiểm soát trong giới hạn nhất định bằng cách thay đổi bản chất và tỷ lệ của khí cháy và chất oxy hóa trong hỗn hợp. Kỹ thuật này thường được sử dụng để chọn các điều kiện tối ưu cho sự kích thích của phổ.

Tùy thuộc vào bản chất và thành phần của hỗn hợp dễ cháy, nhiệt độ ngọn lửa có thể thay đổi trong khoảng 1500-3000 ° C. Nhiệt độ như vậy là tối ưu cho việc xác định chỉ các nguyên tố dễ bay hơi và dễ bị kích thích, chủ yếu là kim loại kiềm và kiềm thổ. Đối với họ, phương pháp đo quang ngọn lửa là một trong những phương pháp nhạy cảm nhất (giới hạn phát hiện lên đến 10% trọng lượng). Đối với các nguyên tố khác, giới hạn phát hiện cao hơn vài bậc.

Một ưu điểm quan trọng của ngọn lửa như một nguồn kích thích phổ là tính ổn định cao và khả năng tái lập tốt liên quan của các kết quả đo (sai số không vượt quá 5%).

Hồ quang điện. Trong quang phổ phát xạ nguyên tử, hồ quang dòng điện một chiều hoặc xoay chiều có thể được dùng làm nguồn kích thích phổ. Nguồn hồ quang là một cặp điện cực nằm thẳng đứng (thường là cacbon), giữa đó hồ quang được đốt cháy. Điện cực dưới có một chỗ lõm để đặt mẫu. Trong phân tích kim loại hoặc hợp kim, điện cực dưới thường được làm từ chất phân tích. Do đó, sự phóng điện hồ quang là thuận tiện nhất cho việc phân tích các mẫu rắn. Để phân tích các dung dịch, chúng thường được làm bay hơi cùng với bộ thu bột thích hợp, và kết tủa thu được được đặt vào hốc điện cực.

Nhiệt độ của sự phóng điện hồ quang cao hơn đáng kể so với nhiệt độ của ngọn lửa (3000-7000 ° C), và đối với hồ quang AC thì nhiệt độ cao hơn một chút so với hồ quang DC. Do đó, nguyên tử của hầu hết các nguyên tố đều bị kích thích hiệu quả trong hồ quang, ngoại trừ các phi kim loại khó kích thích nhất, chẳng hạn như halogen. Về vấn đề này, đối với hầu hết các phần tử, giới hạn phát hiện trong phóng điện hồ quang thấp hơn từ một đến hai bậc độ lớn so với trong ngọn lửa.

Nguồn kích thích hồ quang (đặc biệt là dòng điện một chiều), không giống như nguồn lửa, không có sự khác biệt về độ ổn định cao của chế độ vận hành. Do đó, độ tái lập của kết quả thấp (sai số từ 10 - 20%). Tuy nhiên, đối với các phép xác định bán định lượng, điều này là khá đủ. Việc sử dụng nguồn kích thích hồ quang tốt nhất là phân tích định tính dựa trên phổ khảo sát.

Tia điện. Nguồn kích thích tia lửa điện được bố trí tuyệt đối giống với nguồn hồ quang. Sự khác biệt nằm ở các chế độ hoạt động của mạch điện tử. Giống như nguồn hồ quang, nguồn kích thích tia lửa được thiết kế chủ yếu để phân tích các mẫu rắn.

Một đặc điểm của tia lửa điện là trạng thái cân bằng nhiệt động học không có thời gian được thiết lập trong thể tích của nó. Do đó, nói về nhiệt độ phóng tia lửa điện nói chung là không hoàn toàn đúng. Tuy nhiên, có thể đưa ra ước tính về nhiệt độ hiệu dụng, nhiệt độ này đạt đến giá trị theo bậc là 10.000 ° C. Điều này là khá đủ để kích thích các nguyên tử của tất cả các nguyên tố hóa học hiện được biết đến.

Sự phóng tia lửa điện ổn định hơn nhiều so với sự phóng điện hồ quang, do đó, khả năng tái tạo của kết quả cao hơn.

Plasma liên kết cảm ứng (ISP). Đây là nguồn kích thích phổ hiện đại nhất, có khả năng phân tích tốt nhất và các đặc tính đo lường ở một số tham số.

Nó là một ngọn đuốc plasma bao gồm các ống thạch anh được sắp xếp đồng trục. Argon tinh khiết cao được thổi qua chúng với tốc độ cao. Dòng trong cùng được sử dụng làm chất mang mẫu, dòng ở giữa là chất tạo plasma và dòng bên ngoài dùng để làm mát plasma. Plasma argon được bắt đầu bằng phóng tia lửa điện và sau đó được ổn định bằng một cuộn cảm tần số cao đặt trên đầu đốt. Trong trường hợp này, một dòng điện vòng gồm các hạt mang điện (ion và electron tự do) của plasma phát sinh. Nhiệt độ plasma thay đổi theo chiều cao của đầu đốt và có thể lên tới 10.000 ° C.

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử sử dụng ICP được đặc trưng bởi tính phổ quát (hầu hết các nguyên tố được kích thích ở nhiệt độ plasma), độ nhạy cao, khả năng tái tạo tốt và một loạt các nồng độ xác định. Yếu tố chính cản trở việc áp dụng rộng rãi phương pháp này trong thực hành phân tích là giá thành thiết bị và vật tư tiêu hao cao (argon có độ tinh khiết cao).

Trên hình. 9.1 cho thấy một thiết bị hiện đại để phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử với ICP làm nguồn kích thích.

Cơm. 9.1.

Phép đo đồng thời trên toàn bộ dải bước sóng đảm bảo độ chính xác và tốc độ phân tích cao nhất.

Các phương pháp đăng ký quang phổ. Quang phổ phát xạ nguyên tử sử dụng phương pháp đơn và đa kênh để ghi quang phổ. Để phân hủy bức xạ của mẫu thành một quang phổ, người ta sử dụng các bộ kích sắc tố đơn và đa sắc. Theo quy luật, quang phổ nguyên tử chứa một số lượng lớn các vạch, vì vậy việc sử dụng thiết bị có độ phân giải cao là cần thiết. Trong phương pháp trắc quang ngọn lửa, do số lượng vạch quan sát được ít, các bộ lọc ánh sáng có thể được sử dụng thay cho lăng kính hoặc bộ đơn sắc nhiễu xạ.

Phép đo cường độ của các vạch quang phổ có thể được thực hiện thị giác, quang hóa(chụp ảnh) và quang điện

các cách. Trong trường hợp đầu tiên, mắt đóng vai trò như một bộ thu bức xạ, trong trường hợp thứ hai, một nhũ ảnh, trong trường hợp thứ ba, một bộ tách sóng quang (tế bào quang, ống nhân quang, điốt quang, v.v.). Mỗi phương pháp đều có ưu điểm, nhược điểm và phạm vi tối ưu.

Các phương pháp ghi quang phổ bằng mắt thường được sử dụng cho các nghiên cứu bán định lượng bằng phương pháp đo bằng thép và đo kiểu bán định lượng về thành phần của vật liệu, chủ yếu là kim loại. Trong trường hợp đầu tiên, một phép so sánh trực quan được thực hiện giữa cường độ của các vạch quang phổ của nguyên tố đang được xác định và các vạch lân cận của chất chuẩn nội. Do đặc thù của mắt là máy thu bức xạ, với độ chính xác đủ lớn, chỉ có thể thiết lập sự bằng nhau về cường độ của các vạch lân cận hoặc chọn vạch sáng nhất từ ​​nhóm được quan sát.

Phép phân tích theo kiểu khác với phép phân tích kiểu cách điệu bởi khả năng suy giảm có kiểm soát của vạch sáng hơn của cặp phân tích. Ngoài ra, máy đo kiểu dáng cung cấp khả năng tiếp cận các đường được so sánh trong trường nhìn. Điều này giúp ta có thể ước lượng chính xác hơn tỷ lệ giữa cường độ của đường phân tích và đường so sánh.

Giới hạn phát hiện của các nguyên tố bằng phương pháp trực quan thường kém hơn hai bậc độ lớn so với các phương pháp ghi phổ khác. Bản thân các phép đo khá tẻ nhạt và không có tài liệu.

Tuy nhiên, ưu điểm lớn của phương pháp trực quan là tính đơn giản, hiệu suất cao và chi phí thiết bị thấp. Không mất quá 1 phút để xác định một thành phần. Do đó, phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho mục đích phân tích nhanh trong trường hợp không yêu cầu độ chính xác cao của kết quả.

Ứng dụng rộng rãi nhất trong phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử là phương pháp chụp ảnh ghi phổ. Nó khá đơn giản trong kỹ thuật thực thi và được công bố rộng rãi. Các ưu điểm chính của ghi ảnh là phân tích tài liệu, ghi đồng thời toàn bộ quang phổ và giới hạn phát hiện thấp đối với nhiều nguyên tố. Trong phiên bản tự động, phương pháp này có được một ưu điểm khác - một nội dung thông tin khổng lồ. Hiện không có phương pháp nào khác để xác định đồng thời 75 nguyên tố trong một mẫu bằng cách phân tích vài trăm vạch quang phổ.

Các đặc tính của ảnh phụ thuộc vào tổng số lượng tử được hấp thụ bởi nhũ ảnh. Điều này làm cho nó có thể thực hiện phân tích ở mức tín hiệu thấp ở đầu ra của hệ thống bằng cách tăng thời gian tiếp xúc. Một ưu điểm quan trọng của phương pháp này là khả năng xử lý thống kê nhiều ảnh quang phổ.

Trong phương pháp ghi ảnh, cường độ của một vạch quang phổ được xác định bằng sự bôi đen (mật độ quang học) của ảnh của vạch này trên tấm ảnh (phim ảnh). Hạn chế chính của vật liệu ảnh là sự phụ thuộc phi tuyến tính của màu đen vào độ chiếu sáng, cũng như bước sóng ánh sáng, thời gian phát triển, nhiệt độ của nhà phát triển, thành phần của nó và một số yếu tố khác. Vì vậy, đối với mỗi lô tấm ảnh, cần phải thực nghiệm xác định đường cong đặc trưng, I E. sự phụ thuộc của lượng bôi đen S từ logarit của sự chiếu sáng E S = f (gE).Đối với điều này, người ta thường sử dụng bộ suy giảm bậc, là một tấm thạch anh hoặc tấm thủy tinh với một tập hợp các dải kim loại trong mờ lắng đọng trên bề mặt của nó, thường được làm bằng bạch kim, với các đường truyền khác nhau, nhưng đã biết trước đây. Nếu một tấm ảnh được phơi sáng qua một bộ suy hao như vậy, các vùng có lượng màu đen khác nhau sẽ xuất hiện trên tấm ảnh. Bằng cách đo lượng hóa đen của khu vực và biết độ truyền qua của mỗi khu vực, có thể xây dựng đường cong đặc trưng của tấm ảnh. Hình vẽ điển hình của đường cong này được thể hiện trong Hình. 9.2.

Cơm. 9.2.

L - ngưỡng bôi đen; LV - vùng thiếu sáng; Mặt trời- khu vực bôi đen bình thường;

đĩa CD- khu vực phơi sáng quá mức

Hình dạng của đường cong ns không phụ thuộc vào việc lựa chọn đơn vị chiếu sáng và không thay đổi nếu độ chiếu sáng được thay thế bằng cường độ bức xạ; do đó, nó có thể được xây dựng bằng cách vẽ biểu đồ logarit của các đường truyền của bộ suy giảm bước dọc theo trục abscissa .

Đường cong có mặt cắt thẳng Mặt trời(vùng bôi đen bình thường), trong đó hệ số tương phản

nhận một giá trị không đổi và lớn nhất. Do đó, cường độ tương đối của hai vạch quang phổ trong vùng bôi đen bình thường có thể được tìm thấy từ các quan hệ

Đo quang các vạch phổ và xử lý dữ liệu thu được là một trong những công đoạn tốn nhiều công sức nhất của phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử, hơn nữa, công đoạn này thường đi kèm với các sai số chủ quan. Giải pháp cho vấn đề này là tự động hóa trên cơ sở công nghệ vi xử lý của các quá trình xử lý ảnh chụp quang phổ.

Để ghi quang điện, tế bào quang điện, ống nhân quang (PMT) và điốt quang được sử dụng. Trong trường hợp này, độ lớn của tín hiệu điện tỷ lệ với cường độ của thông lượng ánh sáng đo được. Trong trường hợp này, một tập hợp các bộ tách sóng quang được sử dụng, mỗi bộ tách sóng chỉ ghi lại cường độ của vạch phổ cụ thể của nó (thiết bị đa kênh), hoặc cường độ của các vạch quang phổ được đo liên tiếp bằng một bộ tách sóng quang khi quét phổ (kênh đơn thiết bị).

Phân tích định tính phát xạ nguyên tử. Phân tích định tính như sau:

• xác định bước sóng của các vạch trong quang phổ của mẫu;
• so sánh kết quả thu được với dữ liệu được đưa ra trong các bảng và cơ sở đặc biệt, và thiết lập bản chất của các nguyên tố trong mẫu.

Sự hiện diện của một phần tử trong mẫu được coi là đã được chứng minh nếu có ít nhất bốn dòng trong mẫu trùng với độ dài của dữ liệu dạng bảng cho phần tử này.

Đo độ dài, không chính xác lắm, có thể được thực hiện trên thang đo của thiết bị. Phổ thu được thường được so sánh nhiều hơn với phổ đã biết, thường được sử dụng làm phổ của sắt, có chứa một số lượng lớn các vạch phổ đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Để làm được điều này, quang phổ của mẫu và quang phổ của sắt được chụp song song trên một tấm ảnh trong các điều kiện giống hệt nhau. Có các atlat trong đó phổ của sắt được cho biết vị trí của các vạch đặc trưng nhất của các nguyên tố khác, bằng cách sử dụng nó người ta có thể thiết lập bản chất của các nguyên tố trong mẫu (xem công việc số 34).

Nếu đã biết bước sóng của các vạch, ví dụ, trong quang phổ của sắt, giữa chúng có một vạch có bước sóng chưa biết, thì bước sóng của vạch này có thể được tính bằng công thức

ở đâu X x - bước sóng của vạch xác định, X t X Y khoảng cách từ vạch có bước sóng l 1 đến vạch xác định; x 2- khoảng cách từ vạch có bước sóng l 2 đến vạch xác định. Công thức này chỉ đúng với một dải bước sóng nhỏ. Khoảng cách giữa các vạch trong quang phổ thường được đo bằng kính hiển vi đo lường.

Ví dụ 9.1. Trong quang phổ của mẫu giữa các vạch của sắt X x = 304,266 nm và X 2 == 304.508 nm còn một vạch nữa. Tính bước sóng của vạch này x x, nếu trên màn hình của thiết bị cách vạch thứ nhất 1,5 mm và cách vạch thứ hai 2,5 mm.

Quyết định. Chúng tôi sử dụng công thức trên:

Nếu phổ của mẫu không quá phức tạp, các nguyên tố trong mẫu có thể được xác định bằng cách so sánh phổ của mẫu với phổ của các chất chuẩn.

Phương pháp phân tích định lượng. Phân tích phổ định lượng sử dụng phương pháp ba tiêu chuẩn, phương pháp đồ thị không đổi và phương pháp cộng.

Sử dụng ba phương pháp tiêu chuẩn quang phổ của ít nhất ba chất chuẩn (mẫu có nồng độ đã biết) được chụp ảnh, sau đó phổ của các mẫu đã phân tích và đồ thị hiệu chuẩn được vẽ trong các tọa độ BẰNG- lg C ”.

Ví dụ 9.2. Khi phân tích vật liệu tiếp xúc với crom bằng phương pháp ba tiêu chuẩn trên máy đo vi quang MF-2, độ đen của 5 vạch của một cặp tương đồng được đo trong phổ của chất chuẩn và mẫu thử. Hãy tìm phần trăm khối lượng crom C Cr theo số liệu trong bảng. 9.2.

Bảng 9.2

Dữ liệu cho ví dụ 9.2

Quyết định. Phương pháp của ba tiêu chuẩn sử dụng sự phụ thuộc của sự khác biệt S bôi đen các vạch của một cặp tương đồng từ logarit của nồng độ của nguyên tố được xác định. Trong những điều kiện nhất định, sự phụ thuộc này gần với tuyến tính. Theo số đọc của thang đo của máy đo vi quang, chúng tôi nhận thấy:

Chúng tôi xác định logarit của các nồng độ: IgC, = -0,30; lgC2 = 0,09; lgC 3 = 0,62 và xây dựng đường chuẩn theo tọa độ BẰNG- IgC ”(Hình 9.3).

Cơm. 93.

Chúng tôi tìm thấy D5 cho mẫu đã phân tích: D S x\ u003d 0,61 - 0,25 \ u003d 0,36 và theo đồ thị hiệu chuẩn, chúng tôi xác định C l: lgC Cr = 0,35; C Cr = 2,24%.

Phương pháp lịch trình không đổi dùng để phân tích khối lượng các mẫu đồng nhất. Trong trường hợp này, khi biết độ tương phản của các tấm ảnh, họ sử dụng một lần xây dựng một đồ thị không đổi ở tọa độ "D5 / y - IgC". Khi làm việc trong khu vực bôi đen thông thường, điều này sẽ tương đương với tọa độ "lg IJI- IgC. Khi làm việc trong vùng thiếu sáng, theo đường cong đặc trưng của tấm ảnh (5 = / (lg /)) cho các giá trị 5 H và 5, lg / và lg / cp được tìm thấy và một đồ thị được vẽ ở tọa độ "lg /// p - IgC". Trong vùng thiếu sáng, để loại bỏ độ cong của đồ thị, cần phải trừ đi sự bôi đen của nền tấm ảnh, đo gần đường kẻ, khỏi sự bôi đen của các đường nét.

Ví dụ 9.3. Để xác định một lượng rất nhỏ đồng trong vật liệu dạng bột, phương pháp phân tích quang phổ phát xạ đã được sử dụng, phương pháp này cho phép đốt cháy mẫu liên tiếp ba lần trong hồ quang điện một chiều và xác định nồng độ từ cường độ của vạch đồng 3247 A và từ đồ thị hằng số "lgC - lg /" có tính đến nền.

Để xây dựng đường cong đặc trưng của tấm ảnh với quang phổ của mẫu, có sẵn các dữ liệu sau:

Quyết định.Đối với ba quang phổ, chúng tôi tính toán sự khác biệt giữa các vạch đồng và nền và tìm giá trị trung bình:

Sử dụng dữ liệu cho trong điều kiện ví dụ, chúng tôi xây dựng đường đặc tính của tấm ảnh ở tọa độ "D S-lg TÔI"(Hình 9.4).

Từ đường đặc tính cho 5 cp = 1,48 ta tìm được lg / = 1,38.

Chúng tôi xây dựng một đường chuẩn theo tọa độ "lg / - IgC" (Hình 9.5).

Theo đường chuẩn cho lg / = 1,38 ta tìm được lgC = -3,74, tương ứng với nồng độ đồng trong mẫu 1,8-10 4%.

Cơm. 9.4.

Cơm. 95.

Phương pháp phụ giađược sử dụng trong phân tích các mẫu đơn lẻ chưa biết thành phần, khi có những khó khăn đặc biệt liên quan đến việc chuẩn bị chất chuẩn, thành phần của mẫu đó phải hoàn toàn giống với thành phần của mẫu (hiệu ứng chất nền). Trong phương pháp này, mẫu phân tích được chia thành nhiều phần và nguyên tố cần xác định được đưa vào từng phần với một nồng độ đã biết.

Nếu nồng độ của nguyên tố mat được xác định và có thể bỏ qua hiệu ứng tự hấp thụ, thì

Trong trường hợp này, một phần bổ sung là đủ:

Nếu một b 7 ^ 1 và I = như b, cần ít nhất hai chất phụ gia: ( C x + VỚI () và (C x + Từ 2). Sau khi chụp ảnh và đo độ đen của các đường trên tấm ảnh, một biểu đồ sẽ được vẽ ở dạng tọa độ BẰNG- lgС 7 ", ở đâu AS = 5 L - C p I = 1,2, - nồng độ phụ gia. Ngoại suy biểu đồ này thành 0, người ta có thể tìm thấy giá trị Từ x.

Ngoài phương pháp đồ thị, phương pháp tính toán được sử dụng, đặc biệt nếu số lượng phụ gia lớn.

Ví dụ 9.4. Chúng ta hãy xác định hàm lượng niobi trong mẫu (%) bằng phương pháp cộng theo số liệu trong Bảng. 9.3 và 9.4 (TI - dòng so sánh).

Bảng 9.3

Phân tích bôi đen

Quyết định. Theo dữ liệu đưa ra trong điều kiện của ví dụ, chúng tôi xây dựng đường đặc tính của tấm ảnh (Hình 9.6).

Cơm. 9,6.

Theo đường cong đặc trưng, ​​sử dụng sự bôi đen của các vạch phổ đối với niobi và titan, chúng ta tìm được lg / Nb, lg / Tj, lg (/ N., // Ti), / Nb // Ti) (Bảng 9.5).

Bảng 9.5

Các phép tính cho ví dụ 9.4

Bộ phận mẫu	Nồng độ Niobi trong mẫu
Ban đầu
Với sự bổ sung đầu tiên	C x + 0,2
Với sự bổ sung thứ hai	C g + 0,6

Chúng tôi xây dựng một đồ thị của sự phụ thuộc "/ Nb // Ti - C trán" (Hình.

Cơm. 9,7.

Sự tiếp tục của biểu đồ cho đến giao điểm với trục x cho phép bạn xác định

tọa độ giao điểm: -0,12. Do đó, nồng độ của niobi

trong mẫu C x là 0,12%.

Đặc điểm đo lường và khả năng phân tích của quang phổ phát xạ nguyên tử. Nhạy cảm. Giới hạn phát hiện trong phổ phát xạ nguyên tử phụ thuộc vào phương pháp kích thích phổ và bản chất của nguyên tố cần xác định, và có thể thay đổi đáng kể khi thay đổi điều kiện phân tích. Đối với các nguyên tố dễ bị kích thích và dễ bị ion hóa (kiềm và hầu hết các kim loại kiềm thổ), nguồn phổ kích thích tốt nhất là ngọn lửa. Đối với hầu hết các phần tử khác, độ nhạy cao nhất đạt được khi sử dụng plasma ghép cảm ứng. Giới hạn phát hiện cao trong phóng điện tia lửa là do nó được định vị trong một vùng không gian rất nhỏ. Theo đó, lượng mẫu bay hơi cũng ít.

Phạm vi nội dung xác định. Giới hạn trên của các hàm lượng đã xác định được xác định chủ yếu bởi hiệu ứng tự hấp thụ và sự vi phạm tính tuyến tính của đường chuẩn liên quan đến nó. Do đó, ngay cả khi xây dựng đường chuẩn trong hệ tọa độ logarit, phạm vi của các nội dung xác định thường là 2-3 bậc của độ lớn của nồng độ. Một ngoại lệ là phương pháp sử dụng ICP, mà tác dụng của hiện tượng tự hấp thụ rất yếu, và liên quan đến điều này, phạm vi tuyến tính có thể đạt 4–5 bậc độ lớn.

Khả năng tái lập. Trong quang phổ phát xạ nguyên tử, tín hiệu phân tích rất nhạy cảm với sự dao động nhiệt độ. Do đó, khả năng tái lập của phương pháp là thấp. Việc sử dụng phương pháp nội chuẩn có thể cải thiện đáng kể chỉ tiêu đo lường này.

Tính chọn lọc chủ yếu bị hạn chế bởi hiệu ứng răng cưa của các vạch phổ. Có thể được cải thiện bằng cách tăng độ phân giải của thiết bị.

Gửi công việc tốt của bạn trong cơ sở kiến ​​thức là đơn giản. Sử dụng biểu mẫu bên dưới

Các sinh viên, nghiên cứu sinh, các nhà khoa học trẻ sử dụng nền tảng tri thức trong học tập và làm việc sẽ rất biết ơn các bạn.

Đăng trên http://www.allbest.ru/

HIỆU QUẢ VẬT LÝ

Phát xạ nguyên tửquang phổ, nhà máy điện hạt nhân hay phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử - một tập hợp các phương pháp phân tích nguyên tố dựa trên việc nghiên cứu phổ phát xạ của các nguyên tử và ion tự do trong pha khí trong dải bước sóng 150-800 nm.

Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử là phương pháp xác định thành phần hóa học của chất từ ​​phổ phát xạ của nguyên tử chất đó dưới tác dụng của nguồn kích thích (hồ quang, tia lửa, ngọn lửa, plasma).

Nguyên tử bị kích thích khi một hoặc nhiều electron di chuyển đến mức năng lượng xa hơn. Ở trạng thái bình thường (không bị kích thích) nguyên tử có năng lượng E 0 thấp nhất. Một nguyên tử có thể ở trạng thái kích thích (không ổn định) trong một thời gian rất ngắn (? 10 -7 - 10 -8 giây) và luôn có xu hướng chiếm trạng thái bình thường không bị kích thích. Trong trường hợp này, nguyên tử tỏa ra năng lượng dư thừa dưới dạng bức xạ photon.

trong đó E 2, E 1 - năng lượng của mức trên và mức dưới; n - tần số; c là tốc độ ánh sáng; l là bước sóng bức xạ; h là hằng số Planck.

Để di chuyển một nguyên tử đến một mức năng lượng cao hơn, nó cần phải truyền năng lượng gọi là thế năng kích thích. Năng lượng nhỏ nhất cần thiết để tách ra khỏi nguyên tử chưa bị kích thích của điện tử hóa trị ngoài cùng của nó là thế ion hóa (năng lượng kích thích).

Quang phổ vạch - bức xạ của một bước sóng bất kỳ, tương ứng với một sự chuyển đổi năng lượng nhất định của một nguyên tử bị kích thích.

Cường độ của vạch quang phổ (I) tỷ lệ thuận với số hạt kích thích (N *), vì sự kích thích của các nguyên tử có bản chất nhiệt. Các nguyên tử bị kích thích và không bị kích thích ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học với nhau, được mô tả bằng phương trình Boltzmann:

ở đâu N 0 là số nguyên tử chưa được khai thác; g *, g 0 - trọng lượng tĩnh của trạng thái kích thích và không bị kích thích của nguyên tử; E - năng lượng kích thích; k - hằng số Boltzmann; T là nhiệt độ.

Do đó, ở nhiệt độ không đổi, N * tỷ lệ thuận với N 0, tức là thực sự là tổng số nguyên tử này trong mẫu. Tổng số nguyên tử tỷ lệ thuận với nồng độ (c) của nguyên tố trong mẫu.

Nghĩa là, cường độ của vạch phổ phát xạ có thể được sử dụng như một tín hiệu phân tích để xác định nồng độ của một nguyên tố:

trong đó a là một hệ số phụ thuộc vào các điều kiện của quá trình.

Trong AESA, việc lựa chọn chính xác các điều kiện nguyên tử hóa và phép đo tín hiệu phân tích có tầm quan trọng quyết định, do đó, trong điều kiện AESA thực, công thức Lomakin-Scheibe được sử dụng:

trong đó b là hệ số không đổi phụ thuộc vào sự chuyển đổi năng lượng do sự phát xạ của một vạch quang phổ nhất định; xác định góc nghiêng của đường chuẩn của phần tử được điều khiển.

Vì thành phần hóa học của các mẫu được kiểm soát ở một loạt các nồng độ, nên công thức Lomakin-Scheibe được sử dụng trong các tọa độ logarit:

Đồ thị 1 Đồ thị hiệu chỉnh sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ vào nồng độ của nguyên tố được xác định

Đồ thị 2 Đặc điểm phân loại để xác định lưu huỳnh S trong thép crom cao

SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC KẾT CẤU NPP

Phân tích quang phổ dựa trên việc nghiên cứu cấu trúc của ánh sáng được phát ra hoặc hấp thụ bởi chất được phân tích. Chúng ta hãy xem xét sơ đồ phân tích quang phổ phát xạ (Hình 1). Để một chất có thể phát ra ánh sáng thì cần phải truyền thêm năng lượng cho nó. Các nguyên tử và phân tử của chất phân tích sau đó chuyển sang trạng thái kích thích. Trở lại trạng thái bình thường, chúng tỏa ra năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng. Bản chất của ánh sáng do chất rắn hoặc chất lỏng phát ra thường phụ thuộc rất ít vào thành phần hóa học và do đó không thể dùng để phân tích. Sự bức xạ của các chất khí có một đặc tính hoàn toàn khác. Nó được xác định bởi thành phần của mẫu phân tích. Về vấn đề này, trong phân tích phát xạ, trước khi kích thích một chất, nó phải được làm bay hơi.

Hình 1 Sơ đồ phân tích phổ phát xạ: 1 -- Nguồn sáng; 2 - bình ngưng chiếu sáng; 4 - thiết bị quang phổ; 5 - đăng ký phổ; 6 - xác định bước sóng của vạch hoặc dải phổ; 7 - phân tích định tính mẫu bằng cách sử dụng bảng và atlase; 8 - xác định cường độ của vạch hoặc dải; 9 - phân tích định lượng mẫu theo đường chuẩn

Sự bay hơi và kích thích được thực hiện trong nguồn Sveta, mà mẫu đã phân tích được đưa vào. Là nguồn sáng, ngọn lửa nhiệt độ cao hoặc các dạng phóng điện khác nhau trong chất khí được sử dụng: hồ quang, tia lửa, v.v. Để có được sự phóng điện với các đặc tính mong muốn, máy phát điện.

Nhiệt độ cao (hàng nghìn và hàng chục nghìn độ) trong các nguồn sáng dẫn đến sự phân hủy các phân tử của hầu hết các chất thành nguyên tử. Do đó, các phương pháp phát xạ, như một quy luật, phục vụ cho phân tích nguyên tử và chỉ rất hiếm khi phân tích phân tử.

Bức xạ của nguồn sáng là tổng bức xạ của các nguyên tử của tất cả các nguyên tố có trong mẫu. Để phân tích, cần phải cô lập bức xạ của từng nguyên tố. Điều này được thực hiện với sự trợ giúp của các thiết bị quang học - thiết bị quang phổ. , trong đó các tia sáng có bước sóng khác nhau trong không gian cách xa nhau. Bức xạ của một nguồn sáng, bị phân hủy thành các bước sóng, được gọi là quang phổ.

Các bộ phận chính của thiết bị quang phổ (Hình 2) là: khe lối vào S, được chiếu sáng bởi bức xạ điều tra; thấu kính chuẩn trực O 1, trong mặt phẳng tiêu điểm mà khe lối vào nằm S; thiết bị phân tán D, làm việc trong chùm tia song song; thấu kính hội tụ O 2, tạo ra bề mặt tiêu điểm của nó Rảnh đơn sắc của khe vào, tổng thể của chúng tạo thành quang phổ. Như một phần tử phân tán, theo quy luật, lăng kính hoặc cách tử nhiễu xạ được sử dụng.

Hình 2 Giản đồ quang học của một thiết bị quang phổ (l 1< л 2 <л 3)

Các thiết bị quang phổ được thiết kế theo cách mà các dao động ánh sáng của mỗi bước sóng đi vào thiết bị tạo thành một đường duy nhất. Bao nhiêu sóng khác nhau đã có mặt trong bức xạ của nguồn sáng thì trong thiết bị quang phổ thu được bấy nhiêu vạch.

Quang phổ nguyên tử của các nguyên tố bao gồm các vạch riêng lẻ, vì chỉ có một số sóng nhất định trong bức xạ của nguyên tử (Hình 3, một). Trong bức xạ của các vật thể rắn hoặc lỏng nóng, có ánh sáng có bước sóng bất kỳ. Các vạch riêng biệt trong bộ máy quang phổ hợp nhất với nhau. Bức xạ như vậy có quang phổ liên tục (Hình 3, trong). Ngược lại với quang phổ vạch của nguyên tử, quang phổ phát xạ phân tử của các chất không bị phân hủy ở nhiệt độ cao có dạng sọc (Hình 3, b). Mỗi dải được tạo thành bởi một số lượng lớn các đường thẳng gần nhau.

Cơm. 3 loại quang phổ

Các loại quang phổ:

một- lót; b- sọc; các đường riêng lẻ tạo nên dải có thể nhìn thấy được; trong--chất rắn.

Những nơi tối nhất trong quang phổ tương ứng với cường độ ánh sáng cao nhất (hình ảnh âm)

Ánh sáng, được phân hủy thành quang phổ trong một thiết bị quang phổ, có thể được quan sát bằng mắt thường hoặc được ghi lại bằng cách sử dụng các thiết bị nhiếp ảnh hoặc quang điện. Thiết kế của thiết bị quang phổ phụ thuộc vào phương pháp ghi phổ. Để quan sát quang phổ bằng mắt thường, người ta sử dụng máy quang phổ - kính đo thép và máy đo thép. Chụp ảnh quang phổ được thực hiện bằng máy quang phổ . Các thiết bị quang phổ - bộ đơn sắc - cho phép bạn chọn ánh sáng có một bước sóng, sau đó nó có thể được đăng ký bằng cách sử dụng tế bào quang điện hoặc thiết bị thu ánh sáng điện khác.

Trong phân tích định tính, cần xác định nguyên tố nào phát ra vạch này hay vạch khác trong phổ của mẫu phân tích. Để làm điều này, bạn cần tìm bước sóng của vạch theo vị trí của nó trong quang phổ, sau đó, sử dụng bảng, xác định nó thuộc về một hoặc một nguyên tố khác. Kính hiển vi đo, máy quang phổ và các thiết bị phụ trợ khác được sử dụng để kiểm tra hình ảnh phóng to của quang phổ trên tấm ảnh và xác định bước sóng.

Cường độ của các vạch quang phổ tăng theo nồng độ của nguyên tố trong mẫu. Vì vậy, để tiến hành phân tích định lượng, cần phải tìm cường độ của một vạch quang phổ của nguyên tố đang được xác định. Cường độ của vạch được đo bằng sự bôi đen của nó trong ảnh chụp quang phổ (quang phổ) hoặc trực tiếp bằng cường độ của thông lượng ánh sáng đi ra khỏi thiết bị quang phổ. Lượng hóa đen của các vạch trên quang phổ được xác định trên vi máy.

Mối quan hệ giữa cường độ của vạch trong quang phổ và nồng độ của nguyên tố trong mẫu phân tích được thiết lập bằng cách sử dụng các chất chuẩn - mẫu tương tự như mẫu đã phân tích, nhưng có thành phần hóa học đã biết chính xác. Mối quan hệ này thường được biểu diễn dưới dạng đường chuẩn.

Dưới đây là quang phổ phát xạ của Fe và H:

Cơm. 4.1 Phổ phát xạ của Fe

Cơm. 4.2 Phổ phát xạ H

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Quá trình phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử bao gồm các phần chính sau:

1. Chuẩn bị mẫu (chuẩn bị mẫu)

2. Sự bay hơi của mẫu phân tích (nếu nó không phải là thể khí);

3. Sự phân ly - nguyên tử hóa các phân tử của nó;

4. Kích thích bức xạ của các nguyên tử và ion của các nguyên tố của mẫu;

5. Sự phân hủy bức xạ kích thích thành quang phổ;

6. Đăng ký phổ;

7. Xác định các vạch phổ - để thiết lập thành phần nguyên tố của mẫu (phân tích định tính);

8. Đo cường độ vạch phân tích các nguyên tố của mẫu cần định lượng;

9. Tìm hàm lượng định lượng của các nguyên tố bằng cách sử dụng các phụ thuộc hiệu chuẩn được thiết lập trước.

Một mẫu của chất thử nghiệm được đưa vào nguồn bức xạ, nơi nó bay hơi, phân ly các phân tử và kích thích các nguyên tử (ion) được hình thành. Bức xạ thứ hai phát ra bức xạ đặc trưng, ​​đi vào thiết bị ghi của dụng cụ quang phổ.

Với AESA định tính, phổ của các mẫu được so sánh với phổ của các nguyên tố đã biết trong các atlase và bảng vạch phổ tương ứng, và do đó thành phần nguyên tố của chất phân tích được thiết lập. Trong phân tích định lượng, nồng độ của nguyên tố mong muốn trong chất được phân tích được xác định bởi sự phụ thuộc vào cường độ của tín hiệu phân tích (mật độ hóa đen hoặc mật độ quang của vạch phân tích trên tấm ảnh; thông lượng ánh sáng tới bộ thu quang điện) của phần tử mong muốn về nội dung của nó trong mẫu. Sự phụ thuộc này được xác định một cách phức tạp bởi nhiều yếu tố khó kiểm soát (tổng thành phần của mẫu, cấu trúc, độ mịn của chúng, các thông số của nguồn kích thích phổ, tính không ổn định của thiết bị ghi, tính chất của tấm ảnh, v.v.). Do đó, theo quy tắc, để thiết lập nó, một bộ mẫu để hiệu chuẩn được sử dụng, xét về thành phần tổng thể và cấu trúc, càng gần với chất được phân tích càng tốt và chứa một lượng đã biết của các nguyên tố cần xác định. Các mẫu như vậy có thể là hợp kim kim loại được chuẩn bị đặc biệt, hỗn hợp các chất, dung dịch, kể cả các mẫu chuẩn do công nghiệp sản xuất. Để loại trừ ảnh hưởng đến kết quả phân tích sự khác biệt tất yếu về tính chất của mẫu phân tích và mẫu chuẩn, người ta sử dụng các phương pháp khác nhau; ví dụ, họ so sánh các vạch quang phổ của nguyên tố đang được xác định và cái gọi là nguyên tố so sánh, có tính chất hóa học và vật lý gần với nguyên tố đang được xác định. Khi phân tích các vật liệu cùng loại, có thể sử dụng các phụ thuộc hiệu chuẩn giống nhau, được hiệu chỉnh định kỳ theo mẫu xác minh.

Độ nhạy và độ chính xác của AESA phụ thuộc chủ yếu vào các đặc tính vật lý của nguồn phổ kích thích - nhiệt độ, nồng độ điện tử, thời gian cư trú của nguyên tử trong vùng kích thích của phổ, độ ổn định của chế độ nguồn, v.v. Để giải quyết một vấn đề phân tích cụ thể, cần phải chọn một nguồn bức xạ thích hợp, để đạt được tối ưu hóa các đặc tính của nó bằng nhiều phương pháp khác nhau - sử dụng bầu khí quyển trơ, áp đặt từ trường, đưa vào các chất đặc biệt ổn định sự phóng điện. nhiệt độ, mức độ ion hóa của các nguyên tử, quá trình khuếch tán ở mức tối ưu, v.v. Xét về sự đa dạng của các yếu tố ảnh hưởng lẫn nhau, phương pháp lập kế hoạch toán học của các thí nghiệm thường được sử dụng trong trường hợp này.

Các kết quả dưới đây bao gồm các hình vẽ minh họa quang phổ của các nguyên tố khác nhau mạnh như thế nào (trong ví dụ này là nhôm, đồng, vonfram và sắt).

Trên trục y - cường độ I theo đơn vị tùy ý. Abscissa cho biết bước sóng l tính bằng nanomet, dải quang phổ là 172-441 nm. Quang phổ được chụp trên một máy quang phổ tia lửa:

Cơm. 5.1 Phổ phát xạ AL

Cơm. 5.1 Quang phổ phát xạ Cu

Cơm. Phổ phát xạ hợp kim 5.1 W

Cơm. 5.1 Phổ phát xạ Fe

PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP AESA

Sau khi có được phổ, hoạt động tiếp theo là đánh giá phi chính trị của nó, có thể được thực hiện theo phương pháp khách quan hoặc chủ quan. Phương pháp khách quan có thể được chia thành gián tiếp và trực tiếp. Nhóm đầu tiên bao gồm các phương pháp quang phổ, và nhóm thứ hai - các phương pháp đo phổ. Trong phương pháp quang phổ, nhũ ảnh có thể thu được đặc trưng trung gian của cường độ vạch, trong khi phương pháp đo phổ dựa trên phép đo trực tiếp cường độ vạch phổ bằng cách sử dụng máy dò ánh sáng quang điện. Trong phương pháp đánh giá chủ quan, yếu tố nhạy cảm là mắt người.

Quang phổphân tích

Phương pháp quang phổ bao gồm chụp ảnh phổ IR của các tấm hoặc phim thích hợp bằng cách sử dụng một máy quang phổ thích hợp. Các phổ thu được có thể được sử dụng cho các phân tích định tính, bán định lượng và định lượng. Khi kích thích và chụp ảnh quang phổ của các mẫu vật liệu khác nhau, cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn liên quan. Các vấn đề về tổ chức của việc thành lập và hoạt động của phòng thí nghiệm quang phổ cũng cần được thảo luận.

Các phương pháp phân tích quang phổ có tầm quan trọng đặc biệt. Điều này chủ yếu là do độ nhạy cao của nhũ ảnh và khả năng tích hợp cường độ ánh sáng, cũng như lượng thông tin khổng lồ chứa trong quang phổ, và khả năng lưu trữ thông tin này trong một thời gian dài. Các dụng cụ và thiết bị khác cần thiết tương đối rẻ, chi phí vật liệu thấp và phương pháp đơn giản và dễ tiêu chuẩn hóa. Phân tích quang phổ phổ phù hợp cho phân tích thông thường và nghiên cứu khoa học. Nhược điểm của nó nằm ở chỗ, do sự phức tạp của các thao tác chụp ảnh, nó không thích hợp cho các phép phân tích nhanh và độ chính xác của nó thấp hơn, ví dụ, độ chính xác của phép phân tích quang phổ hoặc hóa học cổ điển. Điều này không phải luôn luôn đúng khi xác định dấu vết phần tử. Có thể hy vọng rằng phép phân tích quang phổ sẽ ngày càng phát triển, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý lượng thông tin hữu ích khổng lồ có trong quang phổ với sự hỗ trợ của máy đo vi quang tự động kết nối với máy tính.

Quang phổphân tích

Phương pháp phân tích quang phổ khác với phương pháp quang phổ về cơ bản chỉ ở cách đo phổ. Trong khi trong phân tích quang phổ, cường độ của quang phổ được đo thông qua một bước chụp ảnh trung gian, thì phân tích quang phổ dựa trên phép đo quang trực tiếp cường độ của các vạch quang phổ. Phép đo cường độ trực tiếp có hai ưu điểm thực tế: do không phải xử lý lâu đối với quang phổ được chụp ảnh và các nguồn sai số liên quan, cả tốc độ phân tích và khả năng tái lập kết quả của nó đều tăng lên đáng kể. Trong phân tích quang phổ, các thao tác lấy mẫu, chuẩn bị và kích thích phổ giống với các thao tác tương ứng của phương pháp quang phổ. Điều tương tự cũng áp dụng cho tất cả các quá trình xảy ra trong quá trình kích thích, và các hiệu ứng tự phát hoặc nhân tạo. Do đó, chúng sẽ không được thảo luận thêm ở đây. Thiết lập quang học được sử dụng trong phương pháp đo phổ, bao gồm nguồn bức xạ, màn hình hiển thị của nó, toàn bộ hệ thống phân tán và thu nhận phổ, gần như giống với thiết lập quang phổ. Tuy nhiên, một sự khác biệt đáng kể, đáng được thảo luận riêng, nằm ở phương pháp cung cấp năng lượng ánh sáng của các vạch quang phổ vào lớp quang điện của ống nhân quang. Hoạt động cuối cùng của phân tích, cụ thể là đo lường, hoàn toàn khác với hoạt động tương ứng của phương pháp phổ. Do đó, giai đoạn này của phân tích cần được thảo luận chi tiết.

Thị giácphân tích

Nhóm thứ ba của các phương pháp phân tích phổ phát xạ bao gồm các phương pháp trực quan, khác với các phương pháp quang phổ và phương pháp đo phổ ở cách ước lượng quang phổ và, trừ một số trường hợp hiếm hoi, trong vùng phổ được sử dụng. Phương pháp ước lượng phổ chủ quan đối lập với các phương pháp khách quan của hai phương pháp còn lại. Trong quang phổ trực quan, mắt người là bộ phận thu nhận ánh sáng và sử dụng vùng khả kiến ​​của quang phổ từ khoảng 4000 đến 7600 A *.

Trong các phương pháp phân tích quang phổ bằng mắt thường, việc chuẩn bị sơ bộ mẫu và kích thích phổ của chúng về cơ bản không khác với các thao tác tương tự của các phương pháp phân tích phổ khác. Đồng thời, sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ được thực hiện hoàn toàn với sự trợ giúp của kính quang phổ. Cuối cùng, do tính chủ quan của phương pháp đánh giá, các kỹ thuật thị giác có sự khác biệt đáng kể so với các kỹ thuật đo phổ và đặc biệt là quang phổ. Điều này cũng có nghĩa là trong ba phương pháp phân tích quang phổ, phương pháp trực quan có độ chính xác thấp nhất.

Giới hạn phát hiện của phương pháp trực quan là tương đối lớn. Các vạch nhạy cảm nhất của các nguyên tố, ngoại trừ kiềm và kiềm thổ, nằm trong vùng tử ngoại của quang phổ. Chỉ có các vạch tương đối yếu của các kim loại nặng quan trọng nhất nằm trong vùng khả kiến. Do đó, giới hạn phát hiện của chúng bằng phương pháp trực quan thường kém hơn từ mười đến một trăm lần. Trừ những trường hợp rất hiếm, phương pháp trực quan không thích hợp để xác định các nguyên tố phi kim loại, vì các vạch của chúng trong vùng khả kiến ​​đặc biệt yếu. Ngoài ra, việc kích thích các nguyên tố phi kim loại đòi hỏi thiết bị phức tạp đặc biệt và cường độ của nguồn sáng không đủ để đánh giá các vạch quang phổ bằng mắt thường.

Trái ngược với những nhược điểm đã nêu ở trên, ưu điểm lớn của phương pháp trực quan nằm ở sự đơn giản, nhanh chóng và chi phí thấp. Làm việc với máy quang phổ rất dễ dàng. Mặc dù một số khóa đào tạo là cần thiết để đánh giá phổ, nhưng có thể học các phép phân tích đơn giản một cách nhanh chóng. Quang phổ có thể được đánh giá bằng mắt thường mà không gặp khó khăn như các phương pháp gián tiếp. Phương pháp này rất rõ ràng: thường mất không quá một phút để xác định một thành phần. Giá thành của các thiết bị hỗ trợ trực quan tương đối đơn giản là thấp, và chi phí của công cụ xử lý mẫu, vật liệu điện cực truy cập và nguồn điện là không đáng kể. Các kỹ thuật này rất đơn giản nên sau một số khóa đào tạo, các phân tích có thể được thực hiện bởi các trợ lý phòng thí nghiệm không có tay nghề. Do tính nhanh chóng của phương pháp, chi phí lao động cho mỗi lần phân tích thấp. Hiệu quả kinh tế của phương pháp cũng tăng lên do có thể tiến hành phân tích mà không cần tiêu hủy mẫu phân tích và tại nơi đặt mẫu. Điều này có nghĩa là với các dụng cụ cầm tay, có thể phân tích các sản phẩm trung gian (ví dụ: thanh kim loại), thành phẩm (ví dụ: bộ phận máy) hoặc các sản phẩm đã được lắp đặt (ví dụ: ống quá nhiệt của nồi hơi) mà không cần lấy mẫu tại chỗ. Công cụ và thời gian cũng được tiết kiệm, công việc tổ chức được đơn giản hóa và không cần đến các phương pháp lấy mẫu phá hủy.

Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của phương pháp phân tích quang phổ bằng hình ảnh là kiểm soát các hợp kim kim loại và chủ yếu là thép hợp kim trong quá trình sản xuất với mục đích phân loại. Phương pháp này cũng được sử dụng để phân loại kim loại hoặc thép hợp kim trong việc lựa chọn các vật liệu có giá trị từ kim loại phế liệu. Trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn, trong phân tích vật liệu điện môi, phương pháp trực quan vẫn chưa đóng một vai trò quan trọng. Tuy nhiên, người ta mong đợi rằng sau khi cải tiến nó có thể tìm thấy ứng dụng trong lĩnh vực này và các lĩnh vực tương tự.

NGUỒN HẤP DẪN CỦA SPECTRA

Trong thực hành phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử, ngọn lửa, các vòng cung điện của dòng điện một chiều và xoay chiều, tia lửa điện ngưng tụ thấp và cao áp, phóng điện xung điện áp thấp, các dạng phóng điện phát sáng khác nhau, v.v. được sử dụng làm nguồn kích thích Trong 10-15 năm qua, nhiều dạng phóng điện tần số cao khác nhau: plasma cảm ứng tần số cao (ICP) trong môi trường khí trơ ở áp suất khí quyển, phóng điện vi ba, v.v.

1 Ngọn lửa

Ngọn lửa được dùng làm nguyên tử hóa và là nguồn phát quang phổ kích thích trong phương pháp đo quang ngọn lửa, và cũng là một trong những phương pháp chính nguyên tử hóa các chất trong phương pháp phân tích hấp thụ nguyên tử. Ngọn lửa được sử dụng phổ biến nhất là hỗn hợp không khí - axetylen (T = 2100-2400 K) và oxit nitric (I) - axetylen (T = 3000-3200 K), ít thường xuyên hơn - ngọn lửa của hỗn hợp không khí - propan (T = 2000 -2200 K) và oxit nitric (I) - propan (T \ u003d 3000 K).

Sơ đồ của các đầu đốt được sử dụng trong phương pháp đo quang ngọn lửa được trình bày trong hình. 1. Đầu vào của chất lỏng được phân tích vào ngọn lửa thường được thực hiện bằng quá trình phun khí nén của nó. Chủ yếu có hai loại thiết bị nguyên tử hóa được sử dụng: góc cạnh và đồng tâm, hoạt động do chân không được tạo ra ở phía trên lỗ mở của ống mao dẫn nguyên tử hóa (hoặc xung quanh nó), đầu thứ hai của nó được nhúng vào dung dịch của mẫu phân tích. Chất lỏng chảy ra khỏi ống mao dẫn được phun một tia khí, tạo thành một sol khí. Chất lượng của máy phun được đánh giá bằng tỷ lệ giữa lượng chất lỏng và khí ( M F / M D) tiêu thụ trên một đơn vị thời gian.

Nhiệt độ ngọn lửa cung cấp giới hạn phát hiện đủ thấp đối với các phần tử có năng lượng, sự kích thích của các đường cộng hưởng không vượt quá 5 eV; các hợp chất của chúng được nguyên tử hóa vừa đủ trong ngọn lửa. Phương pháp đo quang ngọn lửa có tầm quan trọng đặc biệt trong việc xác định vi lượng của các hợp chất của kim loại kiềm và kiềm thổ, giới hạn phát hiện của phương pháp này nằm trong khoảng 0,0001-0,01 mg / l. Độ ổn định về mặt không gian cao của ngọn lửa đảm bảo khả năng tái lập tốt các kết quả thu được bằng phương pháp này. Khi sử dụng các dung dịch phun liên tục, độ lệch chuẩn tương đối đặc trưng cho độ tái lập không ở mức 0,01 đối với hàm lượng vượt quá giới hạn phát hiện từ hai bậc độ lớn trở lên.

Cơm. 6 Đầu đốt cho phép đo phổ ngọn lửa phát xạ nguyên tử: một) và b) đầu đốt Mekker thông thường và đầu đốt cải tiến: 1 - thân đầu đốt; 2 - bề mặt hình thành ngọn lửa; 3 - các lỗ thoát khí dễ cháy; 4 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy và sol khí; 5 - phần nhô ra trên thân của đầu đốt có lỗ; trong) đầu đốt kết hợp với sự phân tách các vùng bốc hơi - nguyên tử hóa và kích thích của quang phổ: 1 - đầu đốt chính có gờ và lỗ trong nó; 3 - đầu đốt bổ sung thứ hai với ngọn lửa cùng loại hoặc nhiệt độ cao hơn; 4 - ngọn lửa; 5 - khu vực đăng ký bức xạ; 6 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy cho một đầu đốt bổ sung; 7 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy và sol khí cho đầu đốt chính

Những hạn chế chính của phương pháp trắc quang ngọn lửa là: cần phải chuyển các mẫu đã phân tích thành dung dịch, mức độ hiệu ứng chất nền tương đối cao và theo quy luật là phân tích đơn nguyên tố.

Hồ quang điện

Hồ quang điện một chiều

Hồ quang điện một chiều (Hình 2) là nguồn nhiệt độ cao hơn ngọn lửa. Mẫu được phân tích ở dạng nghiền nhỏ được đặt trong một hốc (kênh) ở điện cực dưới, theo quy luật, được đưa vào như một cực dương trong mạch hồ quang.

Cơm. 7 Cung điện một chiều như một nguồn kích thích phổ: một) Mạch cung cấp hồ quang DC; b) đặc tính vôn-ampe của phóng điện hồ quang một chiều; trong) sơ đồ chuyển các nguyên tử từ kênh của điện cực cacbon: 1 - phần nhỏ các nguyên tử tham gia vào việc hình thành tín hiệu phân tích ( 1a- loại bỏ ở trạng thái tự do, 1b- loại bỏ ở trạng thái liên kết trong pha đặc); 2 - giải phóng môi chất ra ngoài vùng kích thích; 3a, 3b- sự khuếch tán vào thành và đáy, tương ứng; 4a, 4b - sự chuyển đổi của một chất vào vùng kích thích dưới dạng nguyên tử hoặc hợp chất từ ​​thành và đáy điện cực

Nhiệt độ của plasma hồ quang phụ thuộc vào vật liệu của các điện cực và thế ion hóa của khí trong khe hở điện cực. Nhiệt độ plasma cao nhất (~ 7000 K) đạt được khi sử dụng điện cực carbon. Đối với hồ quang giữa các điện cực đồng, nó là?

Dưới tác dụng của hồ quang, đầu cực dương được nung nóng đến khoảng 3500 K (đối với điện cực cacbon), điều này đảm bảo sự bay hơi của các mẫu rắn đặt trong miệng hố cực dương. Tuy nhiên, nhiệt độ của điện cực theo hướng từ cuối giảm xuống rất nhanh và chỉ còn ≈1000 K ở khoảng cách 10 mm. Bằng cách tạo cho điện cực một hình dạng đặc biệt, có thể giảm sự thoát nhiệt và do đó tăng điện cực nhiệt độ ở một mức độ nào đó.

Trong hồ quang cacbon một chiều, quang phổ của hầu hết các nguyên tố đều bị kích thích, ngoại trừ một số chất khí và phi kim loại, được đặc trưng bởi điện thế kích thích cao. So với các phép đo phát xạ hoặc hấp thụ ngọn lửa, phóng điện hồ quang cung cấp giới hạn phát hiện phần tử thấp hơn về thứ tự cường độ, cũng như giảm đáng kể hiệu ứng ma trận.

Sự phóng điện hồ quang không ổn định, một trong những lý do cho điều này là sự chuyển động liên tục của điểm cực âm, nơi thực sự cung cấp sự phát xạ nhiệt cần thiết để duy trì sự phóng điện. Để loại bỏ sự mất ổn định của hồ quang, một điện trở chấn lưu lớn được đưa vào mạch của nó. R. Dòng điện chạy qua hồ quang, theo định luật Ôm

Đây U- điện áp của nguồn cung cấp hồ quang; r- điện trở của khe hở hồ quang.

Càng kháng chấn lưu R, ảnh hưởng của biến động càng nhỏ rđến sự thay đổi dòng điện của hồ quang. Vì lý do tương tự, việc tăng điện áp cung cấp hồ quang sẽ có lợi (bạn có thể lấy thêm R). Trong máy phát điện hiện đại, điện áp cung cấp hồ quang thường là 350 V. Dòng điện hồ quang thường nằm trong khoảng 6-10 A. Để làm bay hơi các vật liệu chịu lửa (ví dụ, Al 2 O 3), dòng điện tăng lên 25-30 A. được yêu cầu. cho phép dòng điện hồ quang ổn định ở mức 25 A với dao động không quá 1% khi điện áp nguồn thay đổi trong khoảng 200-240 V và việc sử dụng bộ khuếch đại từ làm phần tử điều chỉnh có thể làm tăng hiệu suất của máy phát hồ quang lên đến 90% .

Để cải thiện các điều kiện kích thích quang phổ, người ta sử dụng kiểm soát bầu không khí(ví dụ, argon hoặc môi trường khí khác), ổn định vị trí của plasma trong không gian bằng từ trường (cụ thể là từ trường quay) hoặc dòng khí. Việc sử dụng bầu khí quyển có kiểm soát giúp loại bỏ các dải xyanua quan sát được trong vùng 340-420 nm và chồng lên nhiều vạch nhạy cảm của các nguyên tố khác nhau.

Hồ quang điện xoay chiều

Sự phóng điện hồ quang cũng có thể được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều, nhưng sự phóng điện như vậy không thể tồn tại độc lập. Khi chiều dòng điện thay đổi, các điện cực nguội đi nhanh chóng, quá trình phát xạ nhiệt dừng lại, khe hở hồ quang khử ion và phóng điện ra ngoài, do đó, các thiết bị đánh lửa đặc biệt được sử dụng để duy trì sự cháy của hồ quang: khe hở hồ quang được xuyên qua bởi một tần số cao, xung điện áp cao nhưng công suất thấp (Hình 3).

Cơm. tám Sơ đồ của hồ quang AC kích hoạt điện áp thấp: Tôi - đường bao chính; II- mạch phụ trợ; R- bộ lưu biến cung cấp; NHƯNG - ampe kế; d -- nhịp làm việc của hồ quang; L- cuộn thứ cấp của máy biến áp cao tần; Với- tụ điện chặn (0,5-2 uF); Tr-- thiết lập máy biến áp; La - cuộn dây chính của máy biến áp tần số cao; Sa- tụ kích hoạt (3000 uF); RTp- sức đề kháng của chất hoạt hóa; da - khoảng cách bit của bộ kích hoạt

Sơ đồ của một cung như vậy có thể được chia thành hai phần: phần chính và phần phụ. Phần chính của mạch trông giống hệt như đối với hồ quang DC, ngoại trừ tụ điện shunt. Với, ngăn chặn sự xâm nhập của dòng điện cao tần vào mạng.

Trong bộ kích hoạt, một máy biến áp nâng cấp (120/260/3000 V, 25 W) tạo ra điện áp ~ 3000 V trên cuộn thứ cấp và sạc tụ điện Ca. Tại thời điểm phá vỡ khe hở tia lửa phụ Vâng trong mạch bao gồm một cuộn dây La, tụ điện Ca và người bắt giữ da, xuất hiện dao động cao tần. Kết quả là ở hai đầu cuộn dây thứ hai (cao áp) L EMF khoảng 6000 V xảy ra, xuyên qua khe hở làm việc d. Những sự cố này dùng để đánh lửa định kỳ hồ quang được cấp qua mạch chính.

Tính ổn định của các thông số điện và quang của hồ quang AC phụ thuộc vào sự ổn định của điện áp tại đó xảy ra đánh thủng. Việc điều khiển đánh lửa bằng cách đánh thủng khe hở phụ không cung cấp độ chính xác cần thiết do quá trình oxy hóa và những thay đổi khác trên bề mặt làm việc của khe hở phụ theo thời gian. Hoạt động ổn định hơn của hồ quang có thể đạt được bằng cách điều chỉnh giai đoạn đánh lửa của phóng điện bằng các thiết bị điện tử. Các sơ đồ điều khiển như vậy được sử dụng trong hầu hết các máy phát điện hiện đại.

Ở một mức độ nào đó, bản chất xung của hồ quang AC dẫn đến thực tế là nhiệt độ phóng điện hơi cao hơn so với hồ quang DC và các phép đo cường độ của các vạch phổ được đặc trưng bởi khả năng tái tạo tốt hơn. Đồng thời, sơ đồ điều khiển có thể được cấu hình theo cách sao cho việc phá vỡ khoảng cách được thực hiện không phải mỗi nửa chu kỳ, mà sau một, hai, bốn, v.v. Điều này cho phép bạn kiểm soát sự gia nhiệt của các điện cực, ví dụ, khi phân tích các hợp kim nóng chảy thấp, có thể cần thiết.

Để giảm giới hạn phát hiện các nguyên tố và cải thiện độ tái lập của kết quả phân tích khi làm việc với phóng điện hồ quang, việc bổ sung một số thuốc thử nhất định vào mẫu phân tích được sử dụng rộng rãi để bắt đầu các loại phản ứng nhiệt hóa khác nhau trực tiếp trong các kênh của hồ quang. điện cực. Các phản ứng này có thể chuyển các tạp chất cần xác định thành các hợp chất dễ bay hơi và các nguyên tố nền cản trở việc xác định tạp chất thành các hợp chất không bay hơi.

Hồ quang trong biến thể của tràn

Ngoài phiên bản truyền thống của hồ quang với các điện cực thẳng đứng, khi phân tích các mẫu bột (ví dụ, quặng và khoáng chất), một hồ quang được sử dụng trong phiên bản được gọi là tràn ra (thổi) khi một mẫu phân tán mịn không bay hơi khỏi kênh điện cực carbon, nhưng thức dậy (được thổi) qua plasma phóng điện hồ quang giữa hai (hoặc ba - với nguồn điện ba pha) nằm ngang các điện cực carbon.

Cơm. 9 Sơ đồ đưa mẫu bột vào phóng điện hồ quang theo phương pháp bắn tràn - thổi: 1 - mẫu bột trong phễu rung; 2 - điện cực hồ quang; 3 - luồng không khí làm mát và tạo plasma; 4 - ống dẫn khí hình trụ; 5 - hồ quang plasma; 6 - một cửa sổ trong ống dẫn khí để quan sát bức xạ từ vùng làm việc của plasma hồ quang

Thiết kế và nguyên tắc hoạt động của một hồ quang như vậy được trình bày trong Hình. 4. Về mặt thông số và đặc điểm, hồ quang nằm ngang khác ít so với hồ quang thẳng đứng, tuy nhiên, do mẫu được đưa vào hồ quang bởi một dòng khí (thường là không khí) nên nó sẽ ổn định hình dạng và vị trí của plasma hồ quang, bản thân nó đã giúp giảm các sai số phân tích ngẫu nhiên so với hồ quang không ổn định theo không gian thông thường giữa các điện cực thẳng đứng. Ngoài ra, với việc phun bột đồng đều, thành phần của đám mây hồ quang không thay đổi theo thời gian, do đó, các thông số chính của plasma hồ quang (mật độ nguyên tử và electron, nhiệt độ) cũng không đổi, giúp đơn giản hóa việc phân tích. Các vấn đề chính của phân tích bằng phương pháp tiêm liên quan đến sự bay hơi không hoàn toàn của các hạt bột do thời gian lưu lại trong huyết tương ngắn (3 * 10-3-5 * 10-3 s), điều này xác định sự phụ thuộc của cường độ của các vạch phổ về kích thước và thành phần các hạt của mẫu bột.

Tia lửa điện. tia lửa điện áp thấp

Sự gia tăng điện dung của tụ điện shunt dẫn đến thực tế là năng lượng tích trữ trong nó sẽ đóng một vai trò quan trọng trong sự cân bằng tổng thể của phóng điện. Loại phóng điện này được gọi là tia lửa điện hạ thế. Tùy thuộc vào các thông số của mạch tia lửa điện áp thấp, có thể thu được các chế độ phóng điện khác nhau: dao động ( CR 2 /4L<1), критический (CR 2 /4L> 1), không theo chu kỳ ( CR 2 /4L?1).

Hiệu điện thế trên các tụ điện của mạch phóng điện thường biến thiên trong khoảng 450-1000 V. Bằng cách thay đổi điện dung của các tụ điện, cảm kháng của các biến trở trong mạch nguồn và cảm kháng của cuộn thứ cấp của máy biến áp là Có thể điều chỉnh tỷ số giữa cường độ dòng phóng điện của tụ điện và cường độ dòng điện đi qua mạch nguồn, và do đó thay đổi thuận lợi nhiệt độ phóng điện theo hướng mong muốn (từ chế độ hồ quang mềm sang chế độ tia lửa thuần túy). Các phương tiện điện tử hiện đại có thể ổn định năng lượng của các xung đơn với độ chính xác không quá 0,1%.

tia lửa điện cao thế

Trong phân tích quang phổ của kim loại và hợp kim, tia lửa điện ngưng tụ cao áp thường được sử dụng làm nguồn sáng (Hình 5). Máy biến áp nâng cấp sạc tụ điện Vớiđến điện áp 10-15 kV. Giá trị điện áp được xác định bởi điện trở của khe hở phụ TẠI, do đó luôn được chọn với khả năng chống khe hở làm việc lớn NHƯNG. Tại thời điểm đánh thủng khe hở phụ, đồng thời xảy ra đánh thủng khe hở làm việc, tụ điện Với phóng điện và sau đó được tính phí. Tùy thuộc vào các thông số mạch và tốc độ khử ion của khe hở, sự cố tiếp theo có thể xảy ra trong cùng một chu kỳ hoặc trong một nửa chu kỳ khác. Tính đơn giản và độ tin cậy của chương trình này đã đảm bảo hoạt động thành công của nó.

Cơm. 10 Sơ đồ của tia lửa điện cao áp ngưng tụ có điều khiển: T- máy biến áp nâng cấp cho 15000 V; Với- tụ điện; L- điện cảm thay đổi được; r- lực cản; NHƯNG- khoảng thời gian làm việc; TẠI- khe hở phụ không đổi; R- sức đề kháng có thể điều chỉnh

Tại thời điểm đánh thủng trong một kênh tia lửa hẹp, sự kích thích xảy ra, cũng như sự phát xạ các nguyên tử và phân tử nitơ và oxy trong không khí; điều này là vô ích và thậm chí gây nhiễu bức xạ (nền). Tuy nhiên, thời gian của nó ngắn (10-8 s). Tại thời điểm tiếp theo, dòng điện (lên đến 50 A) đi qua kênh làm nóng một diện tích nhỏ (0,2 mm) của điện cực. Mật độ dòng điện đạt 10 4 A / cm 2, và vật liệu điện cực được đẩy vào khe hở phóng điện dưới dạng một ngọn đuốc hơi nóng, và theo quy luật, không phải dọc theo kênh tia lửa, mà theo một góc ngẫu nhiên nào đó với nó. .

Mỗi sự cố mới ảnh hưởng đến các phần khác nhau của bề mặt mẫu, và sau khi làm việc với toàn bộ thời gian phơi sáng đã chọn, một vết bắn tung tóe có đường kính lên đến 3-5 mm, nhưng độ sâu không đáng kể (khi làm việc với điện cực đếm carbon, chỉ 20-40 micron) xuất hiện trên mẫu. Tổng lượng mẫu rắn bay hơi trong quá trình tiếp xúc là rất nhỏ: ví dụ, đối với thép, nó thường là khoảng 3 mg.

Ngọn đuốc hơi phun ra có nhiệt độ khoảng 10.000 K, tức là đủ không chỉ để kích thích quang phổ của kim loại, mà còn cả phi kim loại và ion. Nhiệt độ trực tiếp lúc bắt đầu phát tia lửa đạt 30.000-40.000 K.

Plasma kết hợp cảm ứng tần số cao

quang phổ plasma phát xạ nguyên tử

Do sự xuất hiện của một phương pháp kích thích quang phổ mới sử dụng nguồn plasma cảm ứng tần số cao (ICP) hoạt động ở áp suất khí quyển, đã có một bước nhảy vọt trong sự phát triển của vật lý, công nghệ và thực hành phát xạ nguyên tử. Phân tích phổ. Nguồn này là một loại phóng điện tần số cao không có điện cực được duy trì trong một đầu đốt đặc biệt, bao gồm ba (hiếm khi là hai) ống thạch anh được sắp xếp đồng tâm (Hình 6). Một dòng khí bên ngoài (làm mát) (khí argon hoặc khí phân tử) được đưa vào khoảng trống giữa ống ngoài và ống trung gian, một dòng trung gian (chỉ argon) được cung cấp qua ống giữa và sol khí của dung dịch đã phân tích được vận chuyển vào huyết tương qua ống trung tâm. Đầu hở của đầu đốt được bao quanh bởi một cuộn dây cảm ứng làm mát bằng nước được kết nối với máy phát RF. Để thu được plasma, máy phát RF được sử dụng với công suất tiêu thụ từ 1,5-5 kW và tần số hoạt động trong dải từ 27 đến 50 MHz.

Cơm. 11 Sơ đồ đầu đốt để phóng điện cảm ứng tần số cao: 1 - khu phân tích; 2 - vùng bức xạ sơ cấp; 3 - vùng tiết dịch (lớp da); 4 - kênh trung tâm (vùng gia nhiệt sơ bộ); 5 -- cuộn cảm; 6 - một ống bảo vệ ngăn ngừa sự cố trên cuộn cảm (chỉ được lắp trên các đầu đốt ngắn); 7, 8, 9 - ống bên ngoài, ống trung gian, ống trung tâm tương ứng

Để kích thích sự phóng điện, cần phải ion hóa sơ bộ khí, vì điện áp trên cuộn cảm nhỏ hơn nhiều so với điện áp đánh thủng của khí làm việc. Với mục đích này, một tia lửa điện cao áp (cuộn Tesla) thường được sử dụng nhất. Trong một chất khí bị ion hóa, sự phóng điện xảy ra, được nuôi dưỡng bởi từ trường. Dòng điện tần số cao chạy qua cuộn dây điện từ tạo ra một từ trường xoay chiều. Dưới ảnh hưởng của nó, một điện trường xoáy được tạo ra bên trong cuộn dây. Dòng điện xoáy làm nóng và ion hóa các phần khí đến từ bên dưới do nhiệt Joule. Plasma dẫn điện tương tự như cuộn dây thứ cấp ngắn mạch của máy biến áp, từ trường nén dòng điện vòng thành hình xuyến (hiệu ứng da).

Một mặt, dòng argon cung cấp cho khe hở giữa ống trung gian và ống ngoài đóng vai trò như khí tạo plasma, mặt khác ép plasma nóng ra khỏi thành đầu đốt, bảo vệ chúng khỏi quá nhiệt và phá hủy. Khí dung của mẫu được phân tích lan truyền dọc theo kênh trung tâm của phóng điện, thực tế mà không chạm vào lớp da dẫn điện và không ảnh hưởng đến các đặc tính của nó; Đây là một trong những đặc điểm chính của phóng điện ICP, giúp phân biệt nó, ví dụ, với plasmatron hồ quang.

Thông thường, một bình xịt được tiêm vào huyết tương, được tạo thành bởi dung dịch của mẫu trong dung môi nước hoặc dung môi hữu cơ. Cùng với đó, các mẫu được đưa vào dưới dạng các chất ngưng tụ được hình thành trong quá trình bay hơi mẫu trong một bộ phun điện nhiệt, hồ quang, tia lửa điện, plasma ngọn đuốc laze, cũng như ở dạng bột mịn lơ lửng trong dòng khí hoặc chất lỏng. Các thiết kế khác nhau của bộ phun khí nén (bộ phun đồng tâm Meinhard, bộ phun góc, bộ phun Babington, bộ phun lưới Hildebrand, v.v.), cũng như bộ phun siêu âm, được sử dụng để giới thiệu các mẫu chất lỏng. Tất cả các loại máy phun sương sử dụng nguồn cung cấp cưỡng bức dung dịch mẫu bằng cách sử dụng bơm nhu động.

Trong máy phun nguyên tử siêu âm, quá trình nguyên tử hóa xảy ra do năng lượng của dao động âm thanh, và dòng khí chỉ dùng để chuyển sol khí đến đầu đốt. Những máy phun sương này tạo ra khí dung mịn với sự phân bố kích thước hạt hẹp. Hiệu suất của thế hệ của chúng lớn hơn ít nhất 10 - 20 lần so với máy phun sương khí nén, giúp có được tỷ lệ tín hiệu trên nền tốt hơn và giảm giới hạn phát hiện.

Các ưu điểm vô điều kiện sau đây của nguồn ICP liên quan đến các vấn đề của phép phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử (AESA) có thể được rút ra:

1. Do khả năng kích thích hiệu quả của cả các đường dễ bị kích thích và khó bị kích thích, ICP là một trong những nguồn sáng linh hoạt nhất trong đó hầu như tất cả các phần tử của hệ thống tuần hoàn có thể được xác định (phát hiện). ICP là nguồn phổ biến nhất không chỉ về số lượng các nguyên tố cần xác định, mà còn về loại hợp chất có chứa các nguyên tố này;

2. ICP có thể phân tích cả những dung dịch có khối lượng lớn, đưa chúng vào ngọn đuốc plasma theo dòng chảy liên tục và các vi điện (theo thứ tự hàng trăm microlit) khi chúng được tạo xung vào chất mang khí và quang phổ được phát xung;

3. Phạm vi nồng độ xác định cho hầu hết các nguyên tố là 4-5 bậc độ lớn, tức là trong ICP, có thể xác định cả nồng độ thấp và trung bình và cao của một hoặc một nguyên tố khác, điều này rất khó đối với các nguồn kích thích phổ khác. Đồ thị hiệu chuẩn cho nhiều phần tử là tuyến tính, song song với nhau và có góc nghiêng khoảng 45 °, giúp đơn giản hóa việc hiệu chuẩn và giảm khả năng xảy ra sai số phân tích hệ thống;

4. Do hiệu suất kích thích cao và nền thấp, giới hạn phát hiện đối với hầu hết các nguyên tố thấp hơn 1-2 bậc độ lớn so với các nguồn kích thích phổ khác. Giới hạn phát hiện trung bình trong phân tích các dung dịch đối với tất cả các nguyên tố là xấp xỉ 0,01 mg / l, giảm đối với một số nguyên tố còn 0,001-0,0001 mg / l;

5. Với sự ổn định và tối ưu hóa mọi điều kiện hoạt động, ngọn lửa ICP có độ ổn định không gian và thời gian tốt, đảm bảo khả năng tái tạo tín hiệu phân tích cao, đôi khi ở mức 0,5-1%.

Nhược điểm của phương pháp đo phổ ICP bao gồm chi phí vận hành máy đo phổ tương đối cao, liên quan đến việc tiêu thụ nhiều argon (15–20 l / phút). Việc xác định hàm lượng kim loại vết gần giới hạn phát hiện rất phức tạp bởi sự hiện diện trong phổ của các dải phân tử -NO và -OH trong khoảng 200-260 và 280-340 nm, xuất hiện ở ngoại vi của phóng điện, tại điểm tiếp xúc của nó với bầu khí quyển. Để giảm cường độ của các dải này, các đầu đốt có ống bên ngoài được kéo dài thêm 40–50 mm với cửa sổ cắt ra để phát bức xạ được sử dụng.

Sự phóng điện ICP được đặc trưng bởi quang phổ rất phát triển, với một số lượng lớn các vạch thuộc về nguyên tử, cũng như các ion mang điện tích đơn và kép. Về vấn đề này, việc sử dụng nguồn kích thích này rất phức tạp do ảnh hưởng của nhiễu phổ, dẫn đến yêu cầu cao hơn đối với khả năng phân giải của các dụng cụ quang phổ. Do độ sáng của nguồn thấp hơn nên vai trò của ánh sáng tán xạ trong thiết bị tăng lên.

Các phương pháp phân tích quang phổ rất đơn giản, dễ cơ khí hóa và tự động hóa, tức là chúng thích hợp cho các phép phân tích khối lượng. Khi sử dụng các phương pháp đặc biệt, giới hạn phát hiện các nguyên tố riêng lẻ, bao gồm một số phi kim loại, là rất thấp, điều này làm cho các phương pháp này phù hợp để xác định lượng vết của tạp chất. Các phương pháp này thực tế không phá hủy vì chỉ cần một lượng nhỏ vật liệu mẫu để phân tích.

Nhìn chung, độ chính xác của phép phân tích phổ đáp ứng yêu cầu thực tế trong hầu hết các trường hợp xác định tạp chất và thành phần. Chi phí phân tích quang phổ thấp, mặc dù vốn đầu tư ban đầu khá cao. Tuy nhiên, phương pháp sau nhanh chóng mang lại hiệu quả do phương pháp này có năng suất cao và yêu cầu thấp đối với vật liệu và nhân viên bảo trì.

Phân tích quang phổ không thích hợp để xác định các loại mối quan hệ giữa các nguyên tố. Giống như tất cả các phương pháp phân tích công cụ, phân tích phổ định lượng dựa trên nghiên cứu so sánh giữa mẫu đã phân tích và mẫu chuẩn có thành phần đã biết.

Phân tích quang phổ có thể được coi là một phương pháp nghiên cứu công cụ đã tìm ra ứng dụng lớn nhất. Tuy nhiên, phương pháp này không thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu phân tích khác nhau nảy sinh trong thực tế. Như vậy, phân tích quang phổ chỉ là một phương pháp thí nghiệm trong một số phương pháp nghiên cứu khác theo đuổi các mục tiêu khác nhau. Với sự phối hợp hợp lý, các phương pháp khác nhau hoàn toàn có thể bổ sung cho nhau và cùng đóng góp vào sự phát triển chung của họ.

Để chọn trong số các phương pháp phân tích quang phổ phù hợp nhất với một nguyên công nhất định và thu được kết quả chính xác theo các phương pháp đã chọn, cần phải có kiến ​​thức lý thuyết và thực tiễn phù hợp, phải làm việc rất cẩn thận và chính xác.

Việc lấy mẫu phải được thực hiện hết sức cẩn thận. Do độ nhạy cao của giải phóng quang phổ, nên các phép suy luận về thành phần hóa học của các lô vật liệu rất lớn thường phải được thực hiện từ việc phân tích một lượng nhỏ mẫu. Sự nhiễm bẩn của mẫu phân tích có thể làm sai lệch đáng kể kết quả phân tích. Xử lý vật lý hoặc hóa học thích hợp đối với mẫu, chẳng hạn như nung chảy, hòa tan hoặc làm giàu sơ bộ, thường có thể rất hữu ích.

Để kích thích phổ theo các phương pháp khác nhau, cần có các chất ở các trạng thái vật lý khác nhau hoặc ở dạng các hợp chất hóa học khác nhau. Thông lượng của phép phân tích có thể có ảnh hưởng quyết định đến việc lựa chọn các nguồn bức xạ thích hợp nhất.

Tỷ lệ giữa các cường độ của các vạch của một cặp phân tích, ngay cả đối với phương pháp lấy mẫu kỹ lưỡng nhất và khi sử dụng nguồn bức xạ thích hợp nhất, phần lớn phụ thuộc vào các thông số vật lý và hóa học bên ngoài (điều kiện thí nghiệm) do phương pháp phân tích quy định và thay đổi trong sự kích thích. Kiến thức về các mối tương quan lý thuyết và các kết luận thực tế từ chúng có tầm quan trọng lớn đối với việc nhận thức đầy đủ các khả năng phân tích của phương pháp.

Phổ phát xạ kích thích của mẫu được ghi lại bằng máy quang phổ, máy quang phổ kế hoặc máy quang phổ. Do đó, các phương pháp ước lượng phổ trong phân tích quang phổ có thể được chia thành ba nhóm.

Trong phân tích định tính quang phổ, có thể đưa ra kết luận về bản chất của các nguyên tố trong mẫu phân tích trên cơ sở bước sóng của các vạch phổ. Trong phân tích định lượng, sự bôi đen của các vạch trong trường hợp chung đóng vai trò là thước đo cường độ của chúng và do đó, là thành phần định lượng mong muốn của mẫu.

Phương pháp đo phổ, trong đó cường độ của các vạch thường được xác định bằng cách sử dụng ống nhân quang và thiết bị đo điện tử, đề cập đến các phương pháp phân tích định lượng khách quan. Phương pháp đo cường độ này chính xác và nhanh hơn phương pháp đo phổ, nhưng nó đòi hỏi thiết bị đắt tiền và khó bảo trì.

Dụng cụ phân tích quang phổ dùng cho quang phổ hình ảnh tương đối rẻ và phân tích nhanh chóng. Tuy nhiên, các phương pháp này chỉ dựa trên những cách chủ quan để đo cường độ của đường. Do đó, kết quả thu được luôn là bán định lượng.

Để đạt được độ nhạy phát hiện, độ tái lập và độ chính xác cao hơn, cần phải xử lý kết quả đo bằng các phương pháp thống kê toán học.

Khi thực hiện phân tích quang phổ, các bảng chứa các hằng số vật lý và hằng số quang phổ tương ứng của các nguyên tố và các hợp chất quan trọng nhất của chúng, cũng như các bảng để tính toán bổ trợ và hướng dẫn công việc cần thiết cho các phép xác định định tính và định lượng, sẽ giúp ích rất nhiều.

Được lưu trữ trên Allbest.ru

Tài liệu tương tự

Đặc điểm đo lường và khả năng phân tích của phương pháp hấp thụ nguyên tử. Phương pháp đơn sắc hóa và đăng ký quang phổ. Chất chỉ thị, màng và điện cực kim loại. Tia X, huỳnh quang nguyên tử, quang phổ điện tử.

Hiệu ứng Shpolsky. Phương pháp phân tích định lượng Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép phân tích phổ. Các quá trình vật lý do phản ứng hai lượng tử. Thiết lập quang phổ cho phép đo quang phổ và động học.

hạn giấy, bổ sung 04/06/2007


Thông tin chung về kính hiển vi lực nguyên tử, nguyên lý hoạt động của công xôn. Các chế độ hoạt động của kính hiển vi lực nguyên tử: tiếp xúc, không tiếp xúc và bán tiếp xúc. Sử dụng kính hiển vi để nghiên cứu vật liệu và quy trình ở độ phân giải nanomet.

trừu tượng, thêm 04/09/2018


Giải quyết vấn đề tăng độ phân giải của kính hiển vi mà không cần phá hủy hoặc thay đổi mẫu đang nghiên cứu. Lịch sử xuất hiện của kính hiển vi thăm dò. Kính hiển vi lực nguyên tử và các thành phần cấu trúc của nó, xử lý thông tin nhận được.

trừu tượng, thêm 19/12/2015


Đánh giá cao sự hiểu biết về phổ của dao động điện từ; Bạn có thể thấy nó: vi mạch vô tuyến, trao đổi tia hồng ngoại. Đường nét, quang phổ rộng và không bị gián đoạn. Cấu trúc của quang phổ phân tử. Tính năng của phân tích phát xạ và hấp thụ nguyên tử.

hạn giấy, bổ sung 31/10/2014


Xem lại các sơ đồ quang học của máy quang phổ. Đặc điểm của máy quang phổ đa kênh. Mô tả kỹ thuật và thiết lập để nghiên cứu các đặc điểm của cách tử nhiễu xạ lõm. Đo hiệu suất lượng tử của máy dò trạng thái rắn đa nguyên tố.

luận án, bổ sung 18/03/2012


Chế tạo kính hiển vi lực nguyên tử, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm. Phương pháp hiển vi lực nguyên tử. Khả năng kỹ thuật của kính hiển vi lực nguyên tử. Ứng dụng của kính hiển vi lực nguyên tử để mô tả các biến dạng của màng polyme.

hạn giấy, bổ sung 14/11/2012


Đầu dò nano với điều khiển máy tính và phân tích dữ liệu. Phương pháp hiển vi lực nguyên tử; nguyên lý và phương thức hoạt động, cơ sở vật lý.

hạn giấy, bổ sung 22/12/2010


Kính hiển vi quét đường hầm, ứng dụng. Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi lực nguyên tử. Nghiên cứu các đối tượng sinh học - đại phân tử (bao gồm cả phân tử DNA), virus và các cấu trúc sinh học khác bằng kính hiển vi lực nguyên tử.

hạn giấy, bổ sung 28/04/2014


Nghiên cứu phổ truyền qua của neutron cộng hưởng của các mẫu uranium làm giàu khác nhau. Nguyên lý thiết kế và hoạt động của máy quang phổ thời gian bay dựa trên máy gia tốc điện tử. Theo dõi thành phần đồng vị của uranium bằng phân tích quang phổ neutron.

Tổ chức giáo dục phi lợi nhuận phi lợi nhuận của nhà nước về giáo dục nghề nghiệp trung học "Cao đẳng mỏ Pokrovsky"

Thử nghiệm

Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử

Hoàn thành:

học sinh nhóm

"Nhà phân tích phòng thí nghiệm"

Nghề nghiệp: OK16-94

Trợ lý phòng thí nghiệm phân tích hóa học

Giới thiệu

2. Atomizers

3 quy trình ngọn lửa

5. Phân tích quang phổ

6. Phân tích quang phổ

7. Phân tích trực quan

Sự kết luận

Thư mục

Giới thiệu

Mục đích của phân tích phổ phát xạ trong thực tế là phát hiện định tính, bán định lượng hoặc định lượng chính xác các nguyên tố trong chất phân tích.

Về nguyên tắc, các phương pháp phân tích phổ rất đơn giản, nhanh chóng, dễ cơ khí hóa và tự động hóa, tức là chúng phù hợp với các phép phân tích khối lượng thông thường. Khi sử dụng các phương pháp đặc biệt, giới hạn phát hiện các nguyên tố riêng lẻ, bao gồm một số phi kim loại, là rất thấp, điều này làm cho các phương pháp này phù hợp để xác định lượng vết của tạp chất. Các phương pháp này, ngoại trừ khi chỉ có một lượng nhỏ mẫu, thực tế là không phá hủy vì chỉ cần một lượng nhỏ vật liệu mẫu để phân tích.

Nói chung, độ chính xác của phép phân tích phổ đáp ứng yêu cầu thực tế trong hầu hết các trường hợp xác định tạp chất và thành phần, ngoại trừ xác định nồng độ cao của các thành phần chính của hợp kim. Chi phí phân tích quang phổ thấp, mặc dù vốn đầu tư ban đầu khá cao. Tuy nhiên, phương pháp sau nhanh chóng mang lại hiệu quả do phương pháp này có năng suất cao và yêu cầu thấp đối với vật liệu và nhân viên bảo trì.

Mục tiêu của công việc:

1. làm quen với lý thuyết phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử;

2. tìm hiểu để hiểu các đặc điểm chính của thiết bị APP;

3. nghiên cứu các phương pháp AESA;

1. Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử (AESA)

Phương pháp phân tích dựa trên phép đo bức xạ bất kỳ của chất được xác định được gọi là phương pháp phát xạ. Nhóm phương pháp này dựa trên việc đo bước sóng của bức xạ và cường độ của nó.

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử dựa trên sự kích thích nhiệt của các nguyên tử hoặc ion đơn nguyên tự do và đăng ký quang phổ phát xạ của các nguyên tử bị kích thích.

Để thu được phổ phát xạ của các nguyên tố có trong mẫu, người ta đưa dung dịch cần phân tích vào ngọn lửa. Bức xạ ngọn lửa đi vào bộ đơn sắc, nơi nó bị phân hủy thành các vạch quang phổ riêng biệt. Với một ứng dụng đơn giản của phương pháp, một đường nhất định được đánh dấu bằng bộ lọc ánh sáng. Cường độ của các vạch đã chọn, đặc trưng và cho phần tử đang được xác định, được ghi lại bằng cách sử dụng tế bào quang điện hoặc ống nhân quang được kết nối với thiết bị đo. Phân tích định tính được thực hiện bằng vị trí của các vạch trong quang phổ, và cường độ của vạch phổ đặc trưng cho lượng chất.

Cường độ bức xạ tỷ lệ thuận với số hạt kích thích N *. Vì kích thích của các nguyên tử có bản chất nhiệt, nên các nguyên tử bị kích thích và không bị kích thích ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học với nhau, vị trí của chúng được mô tả bởi định luật phân phối Boltzmann (1):

trong đó N 0 là số nguyên tử chưa được khai thác;

g * và g 0 là trọng số thống kê của trạng thái kích thích và trạng thái không bị kích thích; E - năng lượng kích thích;

k - hằng số Boltzmann;

T là nhiệt đọ tuyệt đối.

Do đó, ở nhiệt độ không đổi, số lượng các hạt bị kích thích tỷ lệ thuận với số lượng các hạt không bị kích thích, tức là trên thực tế, tổng số nguyên tử N này trong nguyên tử hóa (vì trong điều kiện thực của phép phân tích phát xạ nguyên tử, phần hạt bị kích thích rất nhỏ: 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:

Vì vậy, cường độ của vạch phổ phát xạ có thể được sử dụng như một tín hiệu phân tích để xác định nồng độ của một nguyên tố. Hệ số a trong phương trình (2) là một giá trị thực nghiệm thuần túy, tùy thuộc vào các điều kiện của quá trình. Do đó, ở NPP, việc lựa chọn chính xác các điều kiện nguyên tử hóa và đo tín hiệu phân tích, bao gồm cả việc hiệu chuẩn theo mẫu đối chứng, có tầm quan trọng quyết định.

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho các mục đích phân tích trong các phòng thí nghiệm y tế, sinh học, địa chất, nông nghiệp.

quang phổ nguyên tử hóa phát xạ

2. Atomizers

Các loại nguyên tử hóa và nguồn kích thích chính được cho trong Bảng 1.

Bảng 1

Loại nguồn nguyên tử hóa	T, ºC	Tình trạng mẫu	C min,% mass	Họ hàng std. từ chối
ngọn lửa	1500 - 3000	sự hòa tan		0,01 – 0,05
hồ quang điện	3000- 7000	cứng		01 – 0,2
Tia điện	10000 -12000	cứng		0,05 – 0,10
cảm ứng kết hợp	6000 - 10000	sự hòa tan		0,01 – 0,05

Đặc tính quan trọng nhất của bất kỳ bộ phun nào là nhiệt độ của nó. Trạng thái hóa lý của chất được phân tích và do đó, cường độ của tín hiệu phân tích và các đặc tính đo lường của kỹ thuật phụ thuộc vào nhiệt độ.

Ngọn lửa. Phiên bản ngọn lửa của phương pháp này dựa trên thực tế là chất phân tích ở dạng sol khí, cùng với dung môi được sử dụng, đi vào ngọn lửa của một lò đốt khí. Trong ngọn lửa có chất được phân tích, một số phản ứng xảy ra và xuất hiện bức xạ, điều này chỉ đặc trưng cho chất đang nghiên cứu và trong trường hợp này là một tín hiệu phân tích.

Sơ đồ của các đầu đốt được sử dụng trong phương pháp đo quang ngọn lửa được trình bày trong hình. 1. Đầu vào của chất lỏng được phân tích vào ngọn lửa thường được thực hiện bằng quá trình phun khí nén của nó. Chủ yếu có hai loại thiết bị nguyên tử hóa được sử dụng: góc cạnh và đồng tâm, hoạt động do chân không được tạo ra ở phía trên lỗ mở của ống mao dẫn nguyên tử hóa (hoặc xung quanh nó), đầu thứ hai của nó được nhúng vào dung dịch của mẫu phân tích. Chất lỏng chảy ra khỏi ống mao dẫn được phun một tia khí, tạo thành một sol khí. Chất lượng của máy phun được đánh giá bằng tỷ lệ giữa lượng chất lỏng và khí (M W / M G) tiêu thụ trên một đơn vị thời gian.

Cơm. 1. Đuốc cho phép đo phổ ngọn lửa phát xạ nguyên tử:

a) và b) đầu đốt Mecker thông thường và đầu đốt cải tiến: 1 - thân đầu đốt; 2 - bề mặt mà ngọn lửa được hình thành; 3 - lỗ thoát khí cháy; 4 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy và sol khí; 5 - chỗ lồi trên thân đầu đốt có lỗ; c) đầu đốt kết hợp có sự phân tách các vùng bốc hơi - nguyên tử hóa và kích thích quang phổ: 1 - đầu đốt chính có gờ và các lỗ trên đó; 3 - đầu đốt bổ sung thứ hai với ngọn lửa cùng loại hoặc nhiệt độ cao hơn; 4 - ngọn lửa; 5 - khu vực đăng ký bức xạ; 6 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy cho một đầu đốt bổ sung; 7 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy và sol khí cho đầu đốt chính.

Để tạo thành ngọn lửa, người ta điều chế hỗn hợp khí gồm một khí dễ cháy và một khí oxi hoá. Việc lựa chọn các thành phần của một hoặc một hỗn hợp khí khác, trước hết, được xác định bởi nhiệt độ ngọn lửa yêu cầu.

Bảng 2 chứa thông tin về nhiệt độ của các bộ tộc khác nhau trong phân tích phát xạ nguyên tử và các đặc điểm chính của chúng.

Bảng 2 Đặc điểm của các bộ lạc được sử dụng trong phân tích phát xạ nguyên tử

Thành phần của hỗn hợp		TºC
khí dễ cháy	Chất oxy hóa
mêtan CH4	Hàng không	1700 -1900
hydro H2	Hàng không	2000-2100
axetilen C 2 H 2	Hàng không	2100-2400
axetilen C 2 H 2		2600-2800
axetilen C 2 H 2		3050-3150

Có một số đặc điểm phân tích nhất định của ngọn lửa. Tất nhiên ngọn lửa phải ổn định, an toàn và chi phí cho các bộ phận để duy trì nó phải thấp; nó phải có nhiệt độ tương đối cao và tốc độ lan truyền chậm, làm tăng hiệu quả khử cặn và sinh hơi, đồng thời dẫn đến tín hiệu phát xạ, hấp thụ hoặc huỳnh quang lớn. Ngoài ra, ngọn lửa phải cung cấp một bầu không khí khử. Nhiều kim loại trong ngọn lửa có xu hướng tạo thành oxit bền. Các oxit này chịu lửa và khó phân ly ở nhiệt độ thường trong ngọn lửa. Để tăng mức độ hình thành các nguyên tử tự do, chúng phải được phục hồi. Có thể đạt được sự giảm thiểu ở hầu hết mọi ngọn lửa nếu tốc độ dòng khí cháy được đặt ở mức độ đốt cháy lớn hơn yêu cầu. Ngọn lửa như vậy được gọi là được làm giàu. Các ngọn lửa phong phú được tạo ra bởi nhiên liệu hydrocacbon như axetylen cung cấp một bầu không khí khử tuyệt vời do lượng lớn các hạt gốc có chứa cacbon.

Ngọn lửa là nguồn nhiệt độ thấp nhất của quá trình nguyên tử hóa và kích thích được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân. Nhiệt độ đạt được trong ngọn lửa là tối ưu để chỉ xác định các nguyên tố dễ bị nguyên tử hóa và kích thích nhất - kim loại kiềm và kiềm thổ. Đối với họ, phương pháp đo quang ngọn lửa là một trong những phương pháp nhạy cảm nhất - lên đến 10 -7% khối lượng. Đối với hầu hết các phần tử khác, giới hạn của định nghĩa cao hơn một số bậc. Một ưu điểm quan trọng của ngọn lửa như một nguồn nguyên tử hóa là tính ổn định cao và khả năng tái lập tốt liên quan của các kết quả đo (S r - 0,01-0,05).

Việc lựa chọn nhiệt độ ngọn lửa yêu cầu phụ thuộc vào đặc tính riêng của các chất cần xác định.

Ví dụ, nếu cần xác định các chất dễ bị kích thích (kim loại kiềm), thì nhiệt độ ngọn lửa có thể khá thấp.

Hồ quang điện. Trong các nhà máy điện hạt nhân, phóng điện hồ quang của dòng điện một chiều và xoay chiều được sử dụng. Một sự phóng điện được truyền giữa một cặp điện cực (thường là carbon). Trong trường hợp này, một mẫu ở trạng thái rắn được đặt vào hốc của một trong các điện cực. Nhiệt độ của hồ quang phóng điện là 3000 - 7000 ºC. Nhiệt độ như vậy là đủ cho quá trình nguyên tử hóa và kích thích của hầu hết các nguyên tố, ngoại trừ các phi kim loại khó kích thích nhất - các halogen. Do đó, đối với một số lượng lớn các nguyên tố, giới hạn phát hiện trong phóng điện hồ quang thấp hơn trong ngọn lửa và là - 10 -4 - 10 -2 khối lượng. %. Các thiết bị phun hạt hồ quang, không giống như các thiết bị phun lửa, không có tính ổn định hoạt động cao, do đó, độ tái lập của kết quả không cao và chỉ bằng Sr - 0,1-0,2. Do đó, một trong những lĩnh vực ứng dụng chính của máy phun hồ quang là phân tích định tính.

Tia điện. Bộ phun tia lửa điện có cấu trúc tương tự như bộ phun hồ quang và được sử dụng chủ yếu để phân tích các mẫu rắn ở mức định tính.

Huyết tương ghép đôi cảm ứng (ICP). Nguồn nguyên tử hóa hiện đại nhất với khả năng phân tích và đặc tính đo lường tốt nhất. Bộ phun plasma ghép cảm ứng là một ngọn đuốc plasma argon được khởi tạo bằng tia lửa điện và được ổn định bởi một cuộn dây cảm ứng tần số cao. Nhiệt độ của plasma argon thay đổi theo chiều cao của đầu đốt và là 6000 - 10000 ºC. Ở nhiệt độ cao như vậy, hầu hết các nguyên tố đều bị kích thích. Độ nhạy của phương pháp là 10 -8 - 10 -2 khối lượng. % tùy thuộc vào phần tử. Khả năng tái lập các đặc tính của đầu đốt argon cao, giúp thực hiện phân tích định lượng trong dải nồng độ rộng với độ tái lập S r - 0,01-0,05. Yếu tố chính cản trở việc sử dụng ICP NPP là chi phí thiết bị và vật tư tiêu hao cao, cụ thể là argon có độ tinh khiết cao, tiêu thụ trong quá trình phân tích là 10–30 l / phút.

Cơm. 6. Sơ đồ của một đầu đốt để phóng điện cảm ứng tần số cao:

1 - khu phân tích; 2 - vùng bức xạ sơ cấp; 3 - vùng tiết dịch (lớp da); 4 - kênh trung tâm (vùng gia nhiệt sơ bộ); 5 - cuộn cảm; 6 - ống bảo vệ ngăn ngừa sự cố trên cuộn cảm (chỉ lắp trên các đầu đốt ngắn); 7, 8, 9 - ống ngoài, ống trung gian, ống trung tâm, tương ứng

3. Các quá trình ngọn lửa

Chất được phân tích MX ở dạng khí dung đi vào ngọn lửa và trải qua một số biến đổi ở đó:

MX (dung dịch) ↔ MX (rắn) ↔ MX (khí) ↔ M + X ↔ M + + X ↔ ...

M + + hν (M +) *

M * - trạng thái kích thích của phần tử M xác định.

Trong giai đoạn đầu, dung môi được sử dụng bay hơi và các dạng phân tử của các chất đã hòa tan trước đó ở trạng thái tinh thể được hình thành. Sau đó diễn ra quá trình phân huỷ các phân tử của các chất được phân tích. Ở nhiệt độ đủ thấp, các phân tử bị phá vỡ thành nguyên tử, ở nhiệt độ cao hơn có thể xảy ra sự ion hóa của các nguyên tử tạo thành, và ở nhiệt độ rất cao, hạt nhân trần và khí electron có thể hình thành.

Ở giai đoạn nguyên tử hóa, các hạt nguyên tử bị kích thích do va chạm với nhau hoặc do hấp thụ các lượng tử bức xạ.

Kích thích là sự chuyển một số electron của nguyên tử lên mức năng lượng cao hơn.

Ở trạng thái kích thích, các nguyên tử không tồn tại lâu (10 -5 - 10 -8 giây), sau đó chúng trở lại trạng thái ban đầu, đồng thời phát ra một lượng tử năng lượng. Lượng tử năng lượng do nguyên tử bị kích thích phát ra này là tín hiệu phân tích trong nhà máy điện hạt nhân.

Cường độ vạch trong quang phổ phát xạ có thể được tính theo phương trình:

Tôi v ứng dụng. = hν 12 A 12 N 1

trong đó h là hằng số Planck,

ν 12 là tần số chuyển đổi giữa các trạng thái của nguyên tử 1 và 2, liên quan đến bước sóng theo quan hệ: νλ = c (c là tốc độ ánh sáng),

A 12 là hệ số Einstein, xác định xác suất của quá trình chuyển đổi này,

N 1 là số nguyên tử ở trạng thái 1.

Trong ngọn lửa, ngoài các quá trình chính đã nêu ở trên, còn xảy ra một số quá trình không mong muốn, dẫn đến xuất hiện nhiễu ảnh hưởng đến phép xác định.

Các nhiễu điển hình nhất được phân loại như sau:

Can thiệp vào sự hình thành hơi nguyên tử

Giao thoa quang phổ

Sự giao thoa ion hóa.

Các nhiễu trong quá trình hình thành hơi nguyên tử được quan sát thấy trong trường hợp một số thành phần của mẫu ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi của các hạt chứa chất phân tích. Nguồn gốc của sự can thiệp đó có thể là một phản ứng hóa học ảnh hưởng đến sự bay hơi của các hạt rắn, hoặc một quá trình vật lý trong đó sự bay hơi của các thành phần chính của mẫu ảnh hưởng đến sự hình thành một cặp nguyên tử (phân tử) của chất phân tích.

Một ví dụ về ảnh hưởng đó là xác định canxi khi có mặt các ion photphat. Người ta nhận thấy rằng dung dịch canxi có chứa các ion photphat cho tín hiệu trong ngọn lửa thấp hơn so với dung dịch canxi có cùng nồng độ, nhưng trong trường hợp không có ion photphat.

Người ta cho rằng hiện tượng này là do sự hình thành hợp chất phân cực giữa canxi và photphat, chất này bay hơi chậm hơn canxi khi không có ion photphat.

Bằng chứng cho giả định này là mức độ mà photphat ngăn chặn tín hiệu canxi là lớn nhất tại các điểm nằm ở phần dưới của ngọn lửa bên ngoài mép bình thường của đầu đốt. Nếu tín hiệu này được đo ở đỉnh ngọn lửa, nơi các hạt chứa canxi có nhiều thời gian bay hơi hơn, thì cường độ của tín hiệu tăng lên khi có nhiều nguyên tử canxi liên kết với ion photphat được giải phóng.

Sự can thiệp do các ion photphat gây ra có thể được giảm thiểu không chỉ bằng cách đo độ lớn của tín hiệu ở đỉnh ngọn lửa mà còn bằng các phương tiện khác.

Do đó, việc sử dụng thiết kế vòi phun và vòi phun tiên tiến hơn giúp có thể thu được khí dung rất mịn, dễ dàng hình thành, sau khi làm bay hơi dung môi, các hạt nhỏ nhất của chất phân tích, đòi hỏi ít thời gian hơn để bay hơi và can thiệp từ sự hiện diện của các ion photphat bị giảm.

Cũng có thể tăng tốc độ bay hơi của hạt bằng cách tăng nhiệt độ của ngọn lửa được sử dụng.

Sự can thiệp vào sự hình thành hơi nguyên tử có thể được giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn bằng cách sử dụng các chất đặc biệt được gọi là "chất giải phóng". Những chất này thúc đẩy sự giải phóng các nguyên tử canxi từ các hạt chứa canxi bay hơi chậm.

Ví dụ, khi một lượng lớn ion lantan được thêm vào dung dịch đã phân tích có chứa các ion canxi và ion photphat, quá trình nguyên tử hóa canxi tăng lên do các ion lantan chủ yếu liên kết với các ion photphat.

Các chất tạo phức, ví dụ, axit etylenglicol, có thể hoạt động như các chất giải phóng, việc thêm chất này vào dung dịch đã phân tích sẽ ngăn cản sự hình thành hợp chất canxi với các ion photphat.

Một loại chất giải phóng khác có thể tạo thành một chất nền trong đó canxi và photphat có thể được phân tán. Các hạt như vậy trong ngọn lửa bị phân hủy rất nhanh và biến thành hơi nước. Ví dụ, nếu cho một lượng lớn glucozơ vào dung dịch có chứa các nguyên tố photphat và kiềm thổ, thì sau khi làm bay hơi dung môi, các hạt sẽ chủ yếu gồm glucozơ trong đó phân bố các ion canxi và photphat. Khi các hạt như vậy bị phân hủy trong ngọn lửa, các hạt canxi với photphat rất nhỏ và dễ dàng biến thành hơi nước.

Quá trình không mong muốn thứ hai xảy ra trong ngọn lửa trong quá trình hình thành hơi nguyên tử là sự hình thành các monoxit kim loại FeO, CaO, vì oxy có trong thành phần của khí cháy):

Trong trường hợp này, các monoxit cũng có thể bị kích thích và phát ra ánh sáng, nhưng ở một vùng bước sóng khác. Loại bỏ quá trình này bằng cách tăng nhiệt độ của ngọn lửa.

Quá trình không mong muốn thứ ba xảy ra trong ngọn lửa trong quá trình hình thành hơi nguyên tử là sự hình thành các cacbua MeC (cacbon có trong khí cháy). Để ngăn chặn quá trình này, hỗn hợp khí và nhiệt độ cần thiết phải được lựa chọn nghiêm ngặt.

Giao thoa quang phổ xảy ra thường xuyên nhất vì hai lý do.

Đầu tiên, có thể có một khoảng gần đủ của các vạch phát xạ của các nguyên tử khác nhau của mẫu phân tích, mà trong các điều kiện của phép đo quang ngọn lửa, được coi là bức xạ của cùng một loại nguyên tử. Ví dụ, vạch phát xạ bari nhạy nhất (553,56 nm) trùng với dải rộng do CaOH phát ra. Để giải quyết vấn đề này, nên sử dụng các hệ thống phân tán quang phổ có độ phân giải cao.

Thứ hai, giao thoa quang phổ cũng có thể phát sinh từ chính ngọn lửa. Vì các vùng bước sóng của bức xạ nền như vậy từ ngọn lửa được sử dụng đã được biết rõ, nên loại nhiễu dạng này có thể được loại bỏ khá dễ dàng.

Nhiễu ion hóa là hậu quả của một quá trình không mong muốn trong ngọn lửa - quá trình ion hóa các nguyên tử của các chất đang được nghiên cứu:

Mg - ē → Mg +

Quá trình ion hóa ở nhiệt độ ngọn lửa cao có thể diễn ra liên tục cho đến khi mất hoàn toàn các electron trong nguyên tử.

Các ion tạo thành, như nguyên tử, có thể bị kích thích, và do đó, bức xạ năng lượng hấp thụ. Tuy nhiên, tất nhiên, các đặc tính của bức xạ này sẽ khác với bức xạ của nguyên tử bị kích thích.

Trường hợp này làm phức tạp việc phân tích, vì quá trình ion hóa dẫn đến giảm nồng độ của các nguyên tử được xác định, tức là làm giảm tín hiệu cần theo dõi và trên cơ sở đó tiến hành tính toán nồng độ.

Quá trình này bị ngăn chặn bằng cách đưa vào mẫu phân tích một muối của một kim loại như vậy, nguyên tử của nó cho electron dễ dàng hơn nguyên tử đang được xác định.

Trong số các muối có sẵn có thể được sử dụng cho mục đích này là muối xêzi. Chúng có thể tạo ra lượng điện tử dư thừa trong ngọn lửa và sự ion hóa của các nguyên tử khó ion hóa hơn được xác định sẽ bị triệt tiêu, tức là các ion được phân tích, với lượng điện tử dư thừa, dễ dàng chuyển thành nguyên tử - thành dạng hoạt động phân tích của chúng.

Có thể triệt tiêu sự ion hóa của các nguyên tử được xác định bằng cách hạ nhiệt độ của ngọn lửa được sử dụng. Nhưng khi nhiệt độ giảm, nồng độ của các nguyên tử bị kích thích trong ngọn lửa cũng giảm, điều này không mong muốn.

Như vậy, bức xạ mà chúng ta quan tâm là do sự chuyển của các electron từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản, được xác định bởi sự chênh lệch về năng lượng của các electron ở các mức ∆E khác nhau.

Đương nhiên, đối với đại đa số các nguyên tử khác nhau, ∆Е cũng khác nhau.

Е 2 - Е 1 = hν = =, trong đó

h là hằng số Planck;

c là tốc độ ánh sáng.

Biết ∆E (các giá trị được lập thành bảng), bước sóng bức xạ có thể tính được.

Nếu ∆E được biểu thị bằng eV, biết ∆E, λ có thể tính được.

Ví dụ, đối với canxi ∆Е = 2,95 eV, thì

λ Ca = = 4200 Å

Nếu chiếu bức xạ của ngọn lửa có chứa canxi qua máy đơn sắc rồi chụp ảnh thì ảnh này sẽ có dạng như sau và được gọi là quang phổ phát xạ:

Cơm. 1. Quang phổ vạch phát xạ

Đương nhiên, càng nhiều chuyển tiếp điện tử có thể xảy ra, thì số ν càng lớn.

Hình ảnh như vậy được gọi là quang phổ vạch phát xạ, là "dấu ấn quang phổ" của nguyên tử, bởi vì bằng tập hợp các vạch này, bằng năng lượng của chúng, người ta có thể xác định nguyên tử nào có trong dung dịch được phân tích. Do đó, quang phổ là một đặc tính định tính mạnh mẽ của một chất.

Có một số phụ thuộc: nhiệt độ càng cao thì càng quan sát được nhiều vạch có năng lượng chuyển tiếp cao hơn. Ở nhiệt độ thấp, dòng cường độ cao nhất sẽ được xác định bởi sự chuyển đổi của các electron từ trạng thái kích thích đầu tiên sang trạng thái cơ bản, ví dụ, 3p → 3s.

Phổ này không chỉ thích hợp cho phân tích định tính mà còn cho phép phân tích bán định lượng với độ chính xác ± 0,5 bậc độ lớn.

Phân tích bán định lượng dựa trên thực tế là sự biến mất hoặc xuất hiện của một số vạch trong quang phổ phụ thuộc vào nồng độ của chất đó. Ở nồng độ thấp nhất chỉ xuất hiện các vạch dày nhất, ở nồng độ cao hơn có nhiều vạch hơn và ở nồng độ cao nhất nhiều hơn nữa. Có những bảng cung cấp dữ liệu về giới hạn nồng độ của sự xuất hiện hoặc biến mất của một số vạch nhất định và bảng này có thể được sử dụng để đánh giá bán định lượng nồng độ của một chất.

Để phân tích các kim loại chuyển tiếp, ngọn lửa nhiệt độ cao hơn là cần thiết, vì sự kích thích của chúng chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao, được đảm bảo bằng cách sử dụng hỗn hợp dễ cháy bao gồm nitơ oxit và axetylen, hoặc oxy và hydro.

4. Phân tích định lượng phát xạ nguyên tử

Phân tích định lượng phát xạ nguyên tử dựa trên việc sử dụng hai loại dụng cụ:

Quang kế phát xạ nguyên tử

Máy quang phổ phát xạ nguyên tử.

Với sự trợ giúp của các thiết bị này, một phần đủ rộng trong quang phổ sẽ được chọn, không chỉ chứa vạch cần xác định hoặc một đoạn hẹp hơn của quang phổ, chỉ chứa một vạch cần xác định và được gửi xa hơn đến tế bào quang hoặc DẪN ĐẾN.

Sơ đồ đơn giản nhất của một quang kế phát xạ nguyên tử (thường được gọi là quang kế ngọn lửa) như sau:

Cơm. 2. Sơ đồ của một quang kế ngọn lửa

1 - thùng chứa có thành phần hỗn hợp dễ cháy, 2 - bộ điều chỉnh áp suất,

3 - buồng phun, 4 - vòi đốt, 5 - dung dịch thử,

6 - thiết bị làm khô buồng phun,

7 - thấu kính lấy nét, 8 - khe vào,

9 - lăng kính phân tách bức xạ dọc theo bước sóng, hoặc bộ lọc ánh sáng,

10 - khe thoát, 11 - máy dò quang điện,

12 - thiết bị ghi âm

Có một số yêu cầu nhất định đối với màn chắn có khe: màn chắn phải càng rộng càng tốt và khe hở càng hẹp càng tốt để chỉ truyền qua mà không làm thay đổi bức xạ từ phần trung tâm của ngọn lửa đốt, tức là, sao cho bức xạ là tuyến tính hoặc gần tuyến tính.

Do Li, Cs khan hiếm trong tự nhiên, và K, Na chủ yếu được tìm thấy, đặc biệt là do sự khác biệt về bước sóng phát xạ của K và Na là khoảng 150 nm, thiết bị này thường được trang bị bốn bộ lọc ánh sáng đi qua đó là phần của quang phổ, trong đó có bức xạ của chỉ một trong số nguyên tử đã cho: một bộ lọc ánh sáng cho K, cho Na, cho Li, cho Cs. Một hệ thống phức tạp hơn là máy quang phổ phát xạ nguyên tử. Máy quang phổ phát xạ nguyên tử có một điểm khác biệt đáng kể so với máy quang kế ngọn lửa: nó chứa một hệ đơn sắc - một lăng kính ba mặt có màn chắn chuyển động. Hệ thống đơn sắc trong máy quang phổ phát xạ nguyên tử thực hiện chức năng giống như bộ lọc ánh sáng trong máy quang phổ phát xạ nguyên tử: nó chọn một phần nhất định của quang phổ, sau đó được đưa qua một khe tới tế bào quang. Sự khác biệt cơ bản giữa các thiết bị này là bộ đơn sắc cho phép bạn chọn một phần quang phổ hẹp hơn nhiều so với bộ lọc ánh sáng: một phần có độ rộng mức 2-5 nm, tùy thuộc vào hệ thống được sử dụng. Có những hệ thống cho phép bạn chọn một phần thậm chí còn hẹp hơn của quang phổ - đây là cách tử nhiễu xạ. Nếu bạn làm cho nó rất lớn, thì bạn có thể chọn một phần của quang phổ có độ rộng 0,01-0,001 nm. Nhờ những khả năng này, máy quang phổ phát xạ nguyên tử có thể nghiên cứu ngọn lửa nhiệt độ cao trong đó có nhiều vạch của các nguyên tử khác nhau. Máy quang phổ phát xạ nguyên tử đa kênh thậm chí còn có khả năng phân tích lớn hơn. Giản đồ của nó khác ở chỗ sau bộ đơn sắc trong máy quang phổ phát xạ nguyên tử đa kênh không có tế bào quang điện mà là một thanh điốt, nơi có tới 1000 điốt được đặt ở các vị trí khác nhau. Mỗi điốt được kết nối với một máy tính để xử lý tín hiệu tổng và truyền tín hiệu phân tích (cường độ dòng điện từ mỗi điốt được đo).

Cơm. Hình 3. Sơ đồ của một máy quang phổ phát xạ nguyên tử đa kênh: 1 - đầu đốt, 2 - khe vào, 3 - lăng kính, 4 - thanh diode, 5 - ghi

Sự lựa chọn hệ thống thông tin có thể khác nhau. Trong các biến thể hồ quang và tia lửa của phép đo quang phổ phát xạ nguyên tử, quang phổ được ghi lại bằng cách sử dụng một tấm ảnh, tức là bản thân quang phổ được chụp lại. Phân tích phổ cung cấp thông tin bán định lượng về thành phần của một chất. Phân tích bán định lượng một chất bằng quang phổ trên đĩa dựa trên thực tế là cường độ của một vạch cụ thể có quan hệ logarit với nồng độ của chất đó.

Các phương pháp định lượng dựa trên tổng hợp của một tín hiệu phân tích - một dòng quang khuếch đại nhận được từ đèn LED hoặc từ tế bào quang, được xử lý bởi máy tính, hoặc trong trường hợp đơn giản nhất, được đưa đến mặt số của thiết bị.

Cường độ của dòng quang liên quan đến nồng độ thông qua hệ số tỷ lệ:

Hệ số k sẽ không đổi ở các đặc tính điện không đổi của hệ thống, cũng như ở nồng độ không đổi của dạng hoạt động phân tích trong ngọn lửa.

Nồng độ của dạng hoạt động phân tích trong ngọn lửa phụ thuộc vào nhiều thông số:

Từ tốc độ cung cấp khí dung vào ngọn lửa, đến lượt nó, được xác định bởi áp suất khí trong hệ thống hút của thiết bị,

Từ nhiệt độ của ngọn lửa, tức là từ tỉ lệ khí cháy - khí oxi hóa.

Tuy nhiên, trong một khoảng thời gian hẹp, ví dụ, trong vòng một giờ, hệ số k có thể được giữ không đổi.

5. Phân tích quang phổ

Sau khi có được phổ, thao tác tiếp theo là đánh giá phân tích của nó, có thể tiến hành theo phương pháp khách quan hoặc chủ quan. Phương pháp khách quan có thể được chia thành gián tiếp và trực tiếp. Nhóm đầu tiên bao gồm các phương pháp quang phổ, và nhóm thứ hai - các phương pháp đo phổ. Trong phương pháp quang phổ, nhũ ảnh có thể thu được đặc trưng trung gian của cường độ vạch, trong khi phương pháp đo phổ dựa trên phép đo trực tiếp cường độ vạch phổ bằng cách sử dụng máy dò ánh sáng quang điện. Trong phương pháp đánh giá chủ quan, yếu tố nhạy cảm là mắt người.

Phương pháp quang phổ bao gồm chụp ảnh quang phổ trên các tấm hoặc phim thích hợp bằng cách sử dụng một máy quang phổ thích hợp. Các phổ thu được có thể được sử dụng cho các phân tích định tính, bán định lượng và định lượng.

Các phương pháp phân tích quang phổ có tầm quan trọng đặc biệt. Điều này chủ yếu là do độ nhạy cao của nhũ ảnh và khả năng tích hợp cường độ ánh sáng, cũng như lượng thông tin khổng lồ chứa trong quang phổ, và khả năng lưu trữ thông tin này trong một thời gian dài. Dụng cụ và thiết bị cần thiết tương đối rẻ, chi phí vật liệu thấp và phương pháp đơn giản và dễ tiêu chuẩn hóa. Phân tích quang phổ phù hợp cho phân tích thông thường và nghiên cứu khoa học. Nhược điểm của nó nằm ở chỗ, do sự phức tạp của các thao tác chụp ảnh, nó không thích hợp cho các phép phân tích nhanh và độ chính xác của nó thấp hơn, ví dụ, độ chính xác của phép phân tích quang phổ hoặc hóa học cổ điển. Phân tích quang phổ đã được phát triển rất nhiều, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý lượng thông tin hữu ích khổng lồ có trong quang phổ với sự trợ giúp của máy đo vi quang tự động kết nối với máy tính.

6. Phân tích quang phổ

Phương pháp phân tích quang phổ khác với phương pháp quang phổ về cơ bản chỉ ở cách đo phổ. Trong khi trong phân tích quang phổ, cường độ của quang phổ được đo thông qua một bước chụp ảnh trung gian, thì phân tích quang phổ dựa trên phép đo quang trực tiếp cường độ của các vạch quang phổ. Phép đo cường độ trực tiếp có hai ưu điểm thực tế: do không phải xử lý lâu đối với quang phổ được chụp ảnh và các nguồn sai số liên quan, cả tốc độ phân tích và khả năng tái lập kết quả của nó đều tăng lên đáng kể. Trong phân tích quang phổ, các thao tác lấy mẫu, chuẩn bị và kích thích phổ giống với các thao tác tương ứng của phương pháp quang phổ. Điều tương tự cũng áp dụng cho tất cả các quá trình xảy ra trong quá trình kích thích, và các hiệu ứng tự phát hoặc nhân tạo. Do đó, chúng sẽ không được thảo luận thêm ở đây. Thiết lập quang học được sử dụng trong phương pháp đo phổ, bao gồm nguồn bức xạ, màn hình hiển thị của nó, toàn bộ hệ thống phân tán và thu nhận phổ, gần như giống với thiết lập quang phổ. Tuy nhiên, một sự khác biệt đáng kể, đáng được thảo luận riêng, nằm ở phương pháp cung cấp năng lượng ánh sáng của các vạch quang phổ vào lớp quang điện của ống nhân quang. Hoạt động cuối cùng của phân tích, cụ thể là đo lường, hoàn toàn khác với hoạt động tương ứng của phương pháp phổ. Do đó, giai đoạn này của phân tích cần được thảo luận chi tiết.

7. Phân tích trực quan

Nhóm thứ ba của các phương pháp phân tích phổ phát xạ bao gồm các phương pháp trực quan, khác với các phương pháp quang phổ và phương pháp đo phổ ở cách ước lượng quang phổ và, trừ một số trường hợp hiếm hoi, trong vùng phổ được sử dụng. Phương pháp ước lượng phổ mang tính chủ quan đối lập với các phương pháp khách quan của hai phương pháp còn lại. Trong quang phổ thị giác, mắt người là bộ phận thu nhận ánh sáng và sử dụng vùng khả kiến ​​của quang phổ từ khoảng 4000 đến 7600 Å.

Trong các phương pháp phân tích quang phổ bằng mắt thường, việc chuẩn bị sơ bộ mẫu và kích thích phổ của chúng về cơ bản không khác với các thao tác tương tự của các phương pháp phân tích phổ khác. Đồng thời, sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ được thực hiện hoàn toàn với sự trợ giúp của kính quang phổ. Cuối cùng, do tính chủ quan của phương pháp đánh giá, các kỹ thuật thị giác có sự khác biệt đáng kể so với các kỹ thuật đo phổ và đặc biệt là quang phổ. Điều này cũng có nghĩa là trong ba phương pháp phân tích quang phổ, phương pháp trực quan có độ chính xác thấp nhất.

Giới hạn phát hiện của phương pháp trực quan là tương đối lớn. Các vạch nhạy cảm nhất của các nguyên tố, ngoại trừ kiềm và kiềm thổ, nằm trong vùng tử ngoại của quang phổ. Chỉ có các vạch tương đối yếu của các kim loại nặng quan trọng nhất nằm trong vùng khả kiến. Do đó, giới hạn phát hiện của chúng bằng phương pháp trực quan thường kém hơn từ mười đến một trăm lần. Trừ những trường hợp rất hiếm, phương pháp trực quan không thích hợp để xác định các nguyên tố phi kim loại, vì các vạch của chúng trong vùng khả kiến ​​đặc biệt yếu. Ngoài ra, việc kích thích các nguyên tố phi kim loại đòi hỏi thiết bị phức tạp đặc biệt và cường độ của nguồn sáng không đủ để đánh giá các vạch quang phổ bằng mắt thường.

Trái ngược với những nhược điểm đã nêu ở trên, ưu điểm lớn của phương pháp trực quan nằm ở sự đơn giản, nhanh chóng và chi phí thấp. Làm việc với máy quang phổ rất dễ dàng. Mặc dù một số khóa đào tạo là cần thiết để đánh giá phổ, nhưng có thể học các phép phân tích đơn giản một cách nhanh chóng. Quang phổ có thể được đánh giá bằng mắt thường mà không gặp khó khăn như các phương pháp gián tiếp. Phương pháp này rất rõ ràng: thường mất không quá một phút để xác định một thành phần. Giá thành của các thiết bị hỗ trợ trực quan tương đối đơn giản là thấp, và chi phí của công cụ xử lý mẫu, vật liệu điện cực truy cập và nguồn điện là không đáng kể. Các kỹ thuật này rất đơn giản nên sau một số khóa đào tạo, các phân tích có thể được thực hiện bởi các trợ lý phòng thí nghiệm không có tay nghề. Do tính nhanh chóng của phương pháp, chi phí lao động cho mỗi lần phân tích thấp. Hiệu quả kinh tế của phương pháp cũng tăng lên do có thể tiến hành phân tích mà không cần tiêu hủy mẫu phân tích và tại nơi đặt mẫu. Điều này có nghĩa là với các dụng cụ cầm tay, có thể phân tích các sản phẩm trung gian (ví dụ: thanh kim loại), thành phẩm (ví dụ: bộ phận máy) hoặc các sản phẩm đã được lắp đặt (ví dụ: ống quá nhiệt của nồi hơi) mà không cần lấy mẫu tại chỗ. Công cụ và thời gian cũng được tiết kiệm, công việc tổ chức được đơn giản hóa và không cần đến các phương pháp lấy mẫu phá hủy.

Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của phương pháp phân tích quang phổ bằng hình ảnh là kiểm soát các hợp kim kim loại và chủ yếu là thép hợp kim trong quá trình sản xuất với mục đích phân loại. Phương pháp này cũng được sử dụng để phân loại kim loại hoặc thép hợp kim trong việc lựa chọn các vật liệu có giá trị từ kim loại phế liệu.

Sự kết luận

AES là một phương pháp xác định thành phần nguyên tố của một chất bằng quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tử và ion của mẫu phân tích, được kích thích trong các nguồn sáng. Là nguồn sáng để phân tích phát xạ nguyên tử, ngọn lửa đuốc hoặc các loại plasma khác nhau được sử dụng, bao gồm tia lửa điện hoặc plasma hồ quang, plasma tia lửa laser, plasma liên kết cảm ứng, phóng điện phát sáng, v.v.

AES là phương pháp phổ biến nhất có độ nhạy cao để xác định và định lượng các nguyên tố tạp chất ở thể khí, chất lỏng và chất rắn, kể cả những chất có độ tinh khiết cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau để kiểm soát sản xuất công nghiệp, thăm dò và chế biến khoáng sản, nghiên cứu sinh học, y tế và môi trường, v.v. Một ưu điểm quan trọng của AES so với quang phổ khác, cũng như nhiều phương pháp phân tích hóa học và lý hóa, là khả năng xác định định lượng đồng thời, nhanh chóng, không tiếp xúc với một số lượng lớn các nguyên tố trong một dải nồng độ rộng với độ chính xác chấp nhận được. sử dụng một khối lượng nhỏ của mẫu.

Môn học: Cơ sở vật lý và hóa học của quá trình hấp phụ làm sạch nước từ các chất hữu cơ

Tổ chức giáo dục phi lợi nhuận phi lợi nhuận của nhà nước về giáo dục nghề nghiệp trung học "Cao đẳng mỏ Pokrovsky"

Thử nghiệm

Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử

Hoàn thành:

học sinh nhóm

"Nhà phân tích phòng thí nghiệm"

Nghề nghiệp: OK16-94

Trợ lý phòng thí nghiệm phân tích hóa học

Giới thiệu

2. Atomizers

3 quy trình ngọn lửa

4. Phân tích định lượng phát xạ nguyên tử

5. Phân tích quang phổ

6. Phân tích quang phổ

7. Phân tích trực quan

Sự kết luận

Thư mục

Giới thiệu

Mục đích của phân tích phổ phát xạ trong thực tế là phát hiện định tính, bán định lượng hoặc định lượng chính xác các nguyên tố trong chất phân tích.

Về nguyên tắc, các phương pháp phân tích phổ rất đơn giản, nhanh chóng, dễ cơ khí hóa và tự động hóa, tức là chúng phù hợp với các phép phân tích khối lượng thông thường. Khi sử dụng các phương pháp đặc biệt, giới hạn phát hiện các nguyên tố riêng lẻ, bao gồm một số phi kim loại, là rất thấp, điều này làm cho các phương pháp này phù hợp để xác định lượng vết của tạp chất. Các phương pháp này, ngoại trừ khi chỉ có một lượng nhỏ mẫu, thực tế là không phá hủy vì chỉ cần một lượng nhỏ vật liệu mẫu để phân tích.

Nói chung, độ chính xác của phép phân tích phổ đáp ứng yêu cầu thực tế trong hầu hết các trường hợp xác định tạp chất và thành phần, ngoại trừ xác định nồng độ cao của các thành phần chính của hợp kim. Chi phí phân tích quang phổ thấp, mặc dù vốn đầu tư ban đầu khá cao. Tuy nhiên, phương pháp sau nhanh chóng mang lại hiệu quả do phương pháp này có năng suất cao và yêu cầu thấp đối với vật liệu và nhân viên bảo trì.

Mục tiêu của công việc:

1. làm quen với lý thuyết phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử;

2. tìm hiểu để hiểu các đặc điểm chính của thiết bị APP;

3. nghiên cứu các phương pháp AESA;

1. Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử (AESA)

Phương pháp phân tích dựa trên phép đo bức xạ bất kỳ của chất được xác định được gọi là phương pháp phát xạ. Nhóm phương pháp này dựa trên việc đo bước sóng của bức xạ và cường độ của nó.

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử dựa trên sự kích thích nhiệt của các nguyên tử hoặc ion đơn nguyên tự do và đăng ký quang phổ phát xạ của các nguyên tử bị kích thích.

Để thu được phổ phát xạ của các nguyên tố có trong mẫu, người ta đưa dung dịch cần phân tích vào ngọn lửa. Bức xạ ngọn lửa đi vào bộ đơn sắc, nơi nó bị phân hủy thành các vạch quang phổ riêng biệt. Với một ứng dụng đơn giản của phương pháp, một đường nhất định được đánh dấu bằng bộ lọc ánh sáng. Cường độ của các vạch đã chọn, đặc trưng và cho phần tử đang được xác định, được ghi lại bằng cách sử dụng tế bào quang điện hoặc ống nhân quang được kết nối với thiết bị đo. Phân tích định tính được thực hiện bằng vị trí của các vạch trong quang phổ, và cường độ của vạch phổ đặc trưng cho lượng chất.

Cường độ bức xạ tỷ lệ thuận với số hạt kích thích N *. Vì kích thích của các nguyên tử có bản chất nhiệt, nên các nguyên tử bị kích thích và không bị kích thích ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học với nhau, vị trí của chúng được mô tả bởi định luật phân phối Boltzmann (1):

(1)

trong đó N 0 là số nguyên tử chưa được khai thác;

g * và g 0 là trọng số thống kê của trạng thái kích thích và trạng thái không bị kích thích; E - năng lượng kích thích;

k - hằng số Boltzmann;

T là nhiệt đọ tuyệt đối.

Do đó, ở nhiệt độ không đổi, số lượng các hạt bị kích thích tỷ lệ thuận với số lượng các hạt không bị kích thích, tức là trên thực tế, tổng số nguyên tử N này trong nguyên tử hóa (vì trong điều kiện thực của phép phân tích phát xạ nguyên tử, phần hạt bị kích thích rất nhỏ: 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)

Vì vậy, cường độ của vạch phổ phát xạ có thể được sử dụng như một tín hiệu phân tích để xác định nồng độ của một nguyên tố. Hệ số a trong phương trình (2) là một giá trị thực nghiệm thuần túy, tùy thuộc vào các điều kiện của quá trình. Do đó, ở NPP, việc lựa chọn chính xác các điều kiện nguyên tử hóa và đo tín hiệu phân tích, bao gồm cả việc hiệu chuẩn theo mẫu đối chứng, có tầm quan trọng quyết định.

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho các mục đích phân tích trong các phòng thí nghiệm y tế, sinh học, địa chất, nông nghiệp.

quang phổ nguyên tử hóa phát xạ

2. Atomizers

Các loại nguyên tử hóa và nguồn kích thích chính được cho trong Bảng 1.

Bảng 1

Đặc tính quan trọng nhất của bất kỳ bộ phun nào là nhiệt độ của nó. Trạng thái hóa lý của chất được phân tích và do đó, cường độ của tín hiệu phân tích và các đặc tính đo lường của kỹ thuật phụ thuộc vào nhiệt độ.

Ngọn lửa. Phiên bản ngọn lửa của phương pháp này dựa trên thực tế là chất phân tích ở dạng sol khí, cùng với dung môi được sử dụng, đi vào ngọn lửa của một lò đốt khí. Trong ngọn lửa có chất được phân tích, một số phản ứng xảy ra và xuất hiện bức xạ, điều này chỉ đặc trưng cho chất đang nghiên cứu và trong trường hợp này là một tín hiệu phân tích.

Sơ đồ của các đầu đốt được sử dụng trong phương pháp đo quang ngọn lửa được trình bày trong hình. 1. Đầu vào của chất lỏng được phân tích vào ngọn lửa thường được thực hiện bằng quá trình phun khí nén của nó. Chủ yếu có hai loại thiết bị nguyên tử hóa được sử dụng: góc cạnh và đồng tâm, hoạt động do chân không được tạo ra ở phía trên lỗ mở của ống mao dẫn nguyên tử hóa (hoặc xung quanh nó), đầu thứ hai của nó được nhúng vào dung dịch của mẫu phân tích. Chất lỏng chảy ra khỏi ống mao dẫn được phun một tia khí, tạo thành một sol khí. Chất lượng của máy phun được đánh giá bằng tỷ lệ giữa lượng chất lỏng và khí (M W / M G) tiêu thụ trên một đơn vị thời gian.

Cơm. 1. Đuốc cho phép đo phổ ngọn lửa phát xạ nguyên tử:

a) và b) đầu đốt Mecker thông thường và đầu đốt cải tiến: 1 - thân đầu đốt; 2 - bề mặt mà ngọn lửa được hình thành; 3 - lỗ thoát khí cháy; 4 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy và sol khí; 5 - chỗ lồi trên thân đầu đốt có lỗ; c) đầu đốt kết hợp có sự phân tách các vùng bốc hơi - nguyên tử hóa và kích thích quang phổ: 1 - đầu đốt chính có gờ và các lỗ trên đó; 3 - đầu đốt bổ sung thứ hai với ngọn lửa cùng loại hoặc nhiệt độ cao hơn; 4 - ngọn lửa; 5 - khu vực đăng ký bức xạ; 6 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy cho một đầu đốt bổ sung; 7 - cung cấp hỗn hợp khí dễ cháy và sol khí cho đầu đốt chính.

Để tạo thành ngọn lửa, người ta điều chế hỗn hợp khí gồm một khí dễ cháy và một khí oxi hoá. Việc lựa chọn các thành phần của một hoặc một hỗn hợp khí khác, trước hết, được xác định bởi nhiệt độ ngọn lửa yêu cầu.

Bảng 2 chứa thông tin về nhiệt độ của các bộ tộc khác nhau trong phân tích phát xạ nguyên tử và các đặc điểm chính của chúng.

Bảng 2 Đặc điểm của các bộ lạc được sử dụng trong phân tích phát xạ nguyên tử

Có một số đặc điểm phân tích nhất định của ngọn lửa. Tất nhiên ngọn lửa phải ổn định, an toàn và chi phí cho các bộ phận để duy trì nó phải thấp; nó phải có nhiệt độ tương đối cao và tốc độ lan truyền chậm, làm tăng hiệu quả khử cặn và sinh hơi, đồng thời dẫn đến tín hiệu phát xạ, hấp thụ hoặc huỳnh quang lớn. Ngoài ra, ngọn lửa phải cung cấp một bầu không khí khử. Nhiều kim loại trong ngọn lửa có xu hướng tạo thành oxit bền. Các oxit này chịu lửa và khó phân ly ở nhiệt độ thường trong ngọn lửa. Để tăng mức độ hình thành các nguyên tử tự do, chúng phải được phục hồi. Có thể đạt được sự giảm thiểu ở hầu hết mọi ngọn lửa nếu tốc độ dòng khí cháy được đặt ở mức độ đốt cháy lớn hơn yêu cầu. Ngọn lửa như vậy được gọi là được làm giàu. Các ngọn lửa phong phú được tạo ra bởi nhiên liệu hydrocacbon như axetylen cung cấp một bầu không khí khử tuyệt vời do lượng lớn các hạt gốc có chứa cacbon.

Ngọn lửa là nguồn nhiệt độ thấp nhất của quá trình nguyên tử hóa và kích thích được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân. Nhiệt độ đạt được trong ngọn lửa là tối ưu để chỉ xác định các nguyên tố dễ bị nguyên tử hóa và kích thích nhất - kim loại kiềm và kiềm thổ. Đối với họ, phương pháp đo quang ngọn lửa là một trong những phương pháp nhạy cảm nhất - lên đến 10 -7% khối lượng. Đối với hầu hết các phần tử khác, giới hạn của định nghĩa cao hơn một số bậc. Một ưu điểm quan trọng của ngọn lửa như một nguồn nguyên tử hóa là tính ổn định cao và khả năng tái lập tốt liên quan của các kết quả đo (S r - 0,01-0,05).

Phương pháp quang phổ nguyên tử giúp xác định thành phần nguyên tố của mẫu thử (tập hợp các nguyên tử có mặt) từ quang phổ hấp thụ hoặc phổ phát xạ của ánh sáng bởi các nguyên tử bị kích thích trong dãy quang học và tia X. Quang phổ nguyên tử được quan sát dưới dạng các vạch sáng màu và phát sinh do kết quả của sự chuyển đổi electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác (Hình 2.1); số lượng các mức trong các nguyên tử riêng lẻ là nhỏ, và do đó các quang phổ này là rời rạc, nghĩa là chúng bao gồm các vạch riêng lẻ hẹp. Phổ nguyên tử đơn giản nhất được quan sát thấy ở nguyên tử hydro, nó có một tập hợp các vạch được gọi là chuỗi: chuỗi Lyman trong dải UV, chuỗi Balmer trong dải nhìn thấy, chuỗi Paschen, Bracket, Pfund và Humphrey trong dải IR. Các tần số vạch của quang phổ hydro có thể được tính toán từ sự khác biệt về năng lượng của các mức năng lượng tương ứng. Các nguyên tố khác có thể có nhiều vạch quang phổ hơn, nhưng chúng cũng hẹp; mỗi phần tử được đặc trưng bởi tập hợp các dòng riêng của nó.

Nếu mẫu phân tích có chứa một số nguyên tố, thì tần số của tất cả các vạch có thể được đo và so sánh bằng máy tính với phổ của các nguyên tố riêng lẻ được đưa ra trong sách tham khảo. Do đó, một phân tích định tính được thực hiện, và một phân tích định lượng được dựa trên việc đo cường độ của các vạch, tỷ lệ với lượng nguyên tố trong mẫu.

Vì mức năng lượng của các electron hóa trị của nguyên tử tự do và nguyên tử cấu tạo nên phân tử khác nhau rõ rệt, nên để thu được phổ nguyên tử, cần phải nguyên tử hóa sơ bộ (phá hủy) mẫu, tức là chuyển nó sang trạng thái nguyên tử khí.

2.2.1. Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử

Một mẫu của chất thử nghiệm được làm nóng bằng plasma, hồ quang điện hoặc phóng điện, kết quả là các phân tử phân ly thành các nguyên tử, một phần chuyển sang trạng thái kích thích, thời gian tồn tại của chúng là khoảng 10-7-10-8 s, sau đó tự phát trở lại trạng thái bình thường, phát ra lượng tử ánh sáng, cho ra quang phổ rời rạc (phát xạ). Việc đo tần số của các vạch phát ra trong phổ phát xạ và so sánh với phổ của các nguyên tố riêng lẻ trong sách tham khảo cho phép bạn xác định nguyên tố nào có trong mẫu đang nghiên cứu. Phân tích định lượng dựa trên việc đo cường độ của các vạch riêng lẻ của quang phổ, vì cường độ của bức xạ tăng khi nồng độ của nguyên tố tăng lên. Cần hiệu chuẩn trước. Phương pháp này rất nhạy cảm.

Các bộ phận chính của máy quang phổ nguyên tử được thể hiện trong sơ đồ khối

Nguồn kích thích có thể là tia lửa điện, hồ quang, plasma argon hoặc ngọn lửa. Nhiệt độ của hồ quang điện là 3000-7000 ° C, tia lửa - 6000-12000 ° C, plasma - 6000-10000 ° C. Nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn - từ 1500 đến 3000 ° C, do đó, không phải tất cả các hợp chất, mà chỉ một số nguyên tố (kiềm, và v.v.). Một phần tử phân tán phân hủy bức xạ thành quang phổ - lăng kính hoặc cách tử nhiễu xạ. Một tấm ảnh hoặc tế bào quang điện được sử dụng như một bộ phận tiếp nhận.

Hơn 80 yếu tố có thể được xác định bằng phương pháp này; độ nhạy thay đổi từ 0,01% (Hg, U) đến 10 -5% (Na, B, Bi).