Атомизаторы в атомной абсорбции

Атомизатор — это важнейшая составная часть любого атомно-абсорбционного спектрометра. Он служит для перевода определяемого элемента в атомный пар и одновременно является аналогом "кюветы" в спектрофотометрии. Существуют два основных способа атомизации: пламенный и электротермический (непламенный).

Пламенная атомизация. В этом способе источником высокой температуры служит пламя. Атомизатор представляет собой горелку. В нее непрерывно подается смесь горючего газа и окислителя, в которую с помощью форсунки-распылителя засасывается анализируемый раствор. Чаще всего в атомной абсорбции используются такие составы горючих смесей:

светильный газ-воздух 1500-1800°С

ацетилен-воздух 2200-2300°С

ацетилен-закись азота 2700-2900°С

Электротермическая атомизация. Способ электротермической атомизации был изобретен Б.В. Львовым. Здесь атомизатором, как правило, служит небольшая трубка (длина несколько сантиметров, внутренний диаметр до 1 см), обычно графитовая, нагреваемая электрическим током большой силы; существуют и другие конструкции электротермических атомизаторов. Проба в атомизатор вводится через специальное отверстие в верхней части трубки. Если проба жидкая, используется микрошприц; возможен и анализ твердых проб. В отличие от пламенных атомизаторов, в которые проба подается непрерывно, здесь весь анализ выполняется на одной-единственной капле образца. Для предотвращения быстрого выгорания графита атомизатор поме­щают в атмосферу инертного газа — чаще всего аргона высокой чистоты. Температуру графитового атомизатора можно непрерывно варьировать, изменяя величину тока нагрева. Максимальная рабочая температура составляет 2600-2700°С.

Детекторами, как правило, служат фотоэлектронные умножители. Для регистрации сигнала часто исполь­зуют самописцы или иные устройства, позволяющие непрерывно регистрировать сигнал во времени; при электротермической атомизации это требование становится обязатель­ным, поскольку в этом случае сигнал имеет форму пика — непрерывно нарастает, а затем убывает во времени.

5. Метрологические характеристики атомно-абсорбционного метода

Нижняя граница определяемых содержаний. Метод атомной абсорбции в целом чувствительнее спектрофотометрии, особенно в электротермическом варианте. с_н = 10^-7-10^-6 М (10^-2-10^-1 мкг/мл) для пламенного и 10^-10-10^-8 М (10^-5-10^-3 мкг/мл для электротермического варианта.

Если рассматривать нижние границы определяемых количеств, то использование электротермической атомизации по сравнению с пламенной дает дополнительный выигрыш на 1-2 порядка ввиду резкого сокращения объема пробы (в пламенном варианте на единичное определение расходуется обычно не менее 1 мл раствора, а в электротермическом — одна капля, 5-50 мкл).

Верхняя граница определяемых содержаний. В области высоких концентраций в атомной абсорбции наблюдаются значительные отклонения от закона Бера, не устрани­мые, в отличие от спектрофотометрии, путем повышения степени монохроматичности источника. Способ анализа, аналогичный дифференциальной спектрофотометрии, в атомной абсорбции также невозможен. Рабочий диапазон концентраций ограничен, как правило, значениями А = 0.6-1.2, т.е. составляет не более 2 порядков.

Воспроизводимость. Пламя является одним из наиболее стабильных источников высоких температур. В пламенном варианте значения s_r обычно составляют 2-5%, т.е. примерно такие же, как и в спектрофотометрии. В электротермическом варианте воспроизводимость несколько хуже.

Селективность. В атомной абсорбции, в отличие от спектрофотометрии, наложения спектральных линий компонентов не играют практически никакой роли. Взаимное влияние компонентов имеет не спектроскопическую, а в основном физико-химическую природу. Для подавления этих влияний и увеличения селективности широко исполь­зуются спектроскопические буферы. При использовании электротермической атомизации очень эффективным средством повышения селективности служит програм­мирование температуры атомизатора. В процессе высушивания происходит медленное испарение раство­рителя. Стадия озоления играет в обеспечении селективности решающую роль: здесь из пробы удаляются все компоненты, более летучие, чем определяемый элемент. Озоление стараются проводить при возможно более высокой температуре. На стадии атомизации включается регистрирующая схема прибора и измеряется аналитический сигнал. Заклю­чительный кратковременный отжиг при максимально возможной температуре необхо­дим для очистки поверхности атомизатора от трудно летучих компонентов.

Если взаимное влияние компонентов не приводит к нарушению прямо пропорциона­льной зависимости А от с, а лишь изменяет (обычно занижает) коэффициент поглощения к, т.е. погрешность носит мультипликативный характер, то для ее устранения можно применять способ добавок. Сочетание всех указанных приемов позволяет разраба­тывать высокоселективные атомно-абсорбционные методики для большинства элемен­тов.

Этапы выполнения количественных определений по методу спектрофотометрии пламени

Техника эксперимента состоит в том, что раствор исследуемо­го вещества распыляют в пламени. После этого измеряют относи­тельную интенсивность двух световых потоков, один из которых проходит через плазму с введенным в нее анализируемым веще­ством, а второй — сравнительный.

Выбор конкретной методики анализа в методе пламенной спек­трофотометрии зависит от состава исследуемого образца и от ха­рактеристик используемого пламенного спектрофотометра. Для выбора методики количественного определения необходимо иметь следующую информацию:

— качественный состав исследуемого вещества;

— технические параметры спектрофотометра (чувствительность и «фактор специфичности», указывающие на минимальное соот­ношение концентраций исследуемого и сопутствующих элемен­тов). На основании этих данных выбирают тип источника излуче­ния, состав газовой смеси пламени, способ распыления пробы, аналитическую длину волны.

Готовят пламенный атомно-абсорбционный спектрофотометр к работе в соответствии с инструкцией.

6