Атомно-эмиссионный спектральный анализ

 

Атомно-эмиссионный

 спектральный  анализ

        Атомно-эмиссионный спектральный  анализ (АЭСА) - метод элементного  анализа, основанный на изучении  спектров испускания свободных  атомов и ионов в газовой  фазе в области длин волн 150-800 нм.

                             Атомно-эмиссионный спектральный           

                           анализ – один из первых  методов 

                           спектроскопии, получивший широкое

                           практическое применение. Он был

                           открыт Кирхгофом и Бунзеном  в 1860

                           году.

         Атомно-эмиссионный спектральный  анализ – это метод определения  химического состава вещества  по спектру излучения его атомов  под влиянием источника возбуждения  (дуга, искра, пламя, плазма).

     

      

           Пробу исследуемого вещества  вводят в источник излучения,  где происходят ее испарение,  диссоциация молекул и возбуждение  образовавшихся атомов (ионов). Последние  испускают характеристическое излучение,  которое поступает в регистрирующее  устройство спектрального прибора.

 

 

 

            

             Рис 1. Принципиальная схема эмиссионного  спектрального анализа:

            1 — источник света; 2 — осветительный конденсор; 3 — кювета для анализируемой пробы; 4 — спектральный аппарат; 5 — регистрация спектра; 6 — определение длины волны спектральных линий или полос; 7 — качественный анализ пробы с помощью таблиц и атласов; 8 — определение интенсивности линий или полос; 9 — количественный анализ пробы по градуировочному графику

 

 

Техника проведения

исследования

                 Испарение и возбуждение осуществляют в источниках света, в которые вводится анализируемая проба. В качестве источников света используют высокотемпературное пламя или различные типы электрического разряда в газах: дугу, искру и др.

            Излучение источника света складывается  из излучения атомов всех элементов,  присутствующих в пробе. Для  анализа необходимо выделить  излучение каждого элемента. Это  осуществляют с помощью оптических  приборов — спектральных аппаратов, в которых световые лучи с разными длинами волн отделяются в пространстве друг от друга. Излучение источника света, разложенное по длинам волн, называется спектром.

             Свет, разложенный в спектральном  аппарате в спектр, можно рассматривать  визуально или зарегистрировать  с помощью фотографии или фотоэлектрических  приборов. Конструкция спектрального  аппарата зависит от метода  регистрации спектра. Для визуального  наблюдения спектров служат спектроскопы  — стилоскопы и стилометры. Фотографирование спектров осуществляют с помощью спектрографов. Спектральные аппараты — монохроматоры — позволяют выделять свет одной длины волны, после чего он может быть зарегистрирован с помощью фотоэлемента или другого электрического приемника света.

             При качественном анализе необходимо  определить, к излучению какого  элемента относится та или  иная линия в спектре анализируемой  пробы. Для этого нужно найти  длину волны линии по ее  положению в спектре, а затем  с помощью таблиц определить  ее принадлежность тому или  иному элементу. Для рассмотрения  увеличенного изображения спектра  на фотографической пластинке  и определения длины волны  служат измерительные микроскопы, спектропроекторы и другие вспомогательные приборы.

          Интенсивность спектральных линий  растет с увеличением концентрации  элемента в пробе. Поэтому для  проведения количественного анализа  нужно найти интенсивность одной  спектральной линии определяемого  элемента. Интенсивность линии измеряют  или по ее почернению на  фотографии спектра (спектрограмме)  или сразу по величине светового  потока, выходящего из спектрального  аппарата. Величину почернения линий  на спектрограмме определяют  на микрофотометрах. 

        Чувствительность и точность спектрального анализа зависят главным образом от физических характеристик источников излучения (возбуждения спектров) - температуры, концентрации электронов, времени пребывания атомов в зоне возбуждения спектров, стабильности режима источника и т.д. Для решения конкретной аналитической задачи необходимо выбрать подходящий источник излучения, добиться оптимизации его характеристик с помощью различных приемов - использование инертной атмосферы, наложение магнитного поля, введение специальных веществ, стабилизирующих температуру разряда, степень ионизации атомов, диффузионные процессы на оптимальном уровне и т.д. Ввиду многообразия взаимовлияющих факторов при этом часто используют методы математического планирования экспериментов.

 

Методы  АЭСА

 

Аполитическая оценка спектров проводится:

Объективные методы

Прямые

Непрямые

Спектрографические  – фотоэмульсия позволяет получить промежуточную характеристику интенсивности  линии

Спектрометрические  – основан на прямом измерении  интенсивности спектральной линии  с помощью фотоэлектрического приемника  света

 Субъективные  методы

Чувствительный  элемент – человеческий глаз

Спектрографический  анализ

 

          Спектрографический метод состоит в фотографировании спектра и.ч подходящих пластинках или пленке с помощью соответствующего спектрографа. Полученные спектрограммы можно использовать для качественного, полуколичественного и количественного анализов. При возбуждении и фотографировании спектров проб различных материалов необходимо строго придерживаться соответствующих инструкций. Следует обсудить также организационные вопросы создания и работы спектрографической лаборатории.

          Спектрографические методы спектрального  анализа имеют особое значение. Это обусловлено главным образом  высокой чувствительностью фотоэмульсии  и ее способностью интегрировать  интенсивность света, а также  огромным объемом информации, заложенным  в спектре, и возможностью сохранять  эту информацию в течение длительного  времени. Необходимые приборы  и другое оборудование относительно  недороги, стоимость материалов  низка, метод несложен и легко  поддается стандартизации. Спектрографический  спектральный анализ пригоден  для рутинного анализа и научных  исследований. Его недостаток заключается  в том, что вследствие трудоемкости  фотографических операций он  не пригоден для экспрессных  анализов, и его точность ниже, например, точности спектрометрического  или классического химического  анализа. Это не всегда имеет  место при определении следов  элементов.

       Спектрометрический аналитический метод отличается от спектрографического метода по существу только способом измерения спектра. В то время как в спектрографическом анализе интенсивность спектра измеряют через промежуточную стадию фотографирования, спектрометрический анализ основан на прямом фотометрировании интенсивности спектральных линий. Прямое измерение интенсивности имеет два практических преимущества: из-за отсутствия продолжительной операции обработки сфотографированных спектров и связанных с ней источников погрешностей существенно возрастает как скорость анализа, так и воспроизводимость его результатов. В спектрометрическом анализе операции пробоотбора, подготовки и возбуждения спектров идентичны соответствующим операциям спектрографического метода. То же относится ко всем процессам, протекающим во время возбуждения, и спонтанным или искусственно создаваемым эффектам. Оптическая установка, используемая и спектрометрическом методе, включая источник излучения, его отображение, всю диспергирующую систему и получение спектра, практически идентична спектрографической установке. Однако существенное различие, заслуживающее отдельного обсуждения, состоит в способе подведения световой энергии спектральных линий к фотоэлектрическому слою фотоумножителя. Конечная операция анализа, а именно измерение, совершенно отличается от соответствующей операции спектрографического метода.