Атомно-абсорбционная спектрофотометрия (аас)

Теория вопроса, значение и принцип метода. Данный метод основан на явлении селективного (избирательного) поглощения (абсорбции) резонансного излучения определяемого элемента атомным паром исследуемого вещества.

Для получения атомного спектра в видимой или УФ-области необходим переход элементов пробы в моноатомные частицы (атомы или ионы) в газообразном состоянии. Чистый атомный спектр можно создать, только отделив нужный элемент от других связанных с ним элементов. Превращение анализируемой пробы из жидкого (или твёрдого) состояния в атомный пар происходит в анализаторе. Спектры испускания, как и спектры поглощения элемента, состоят из относительно небольшого числа дискретных линий, длины волн которыхПар вводится в аналитическую зону анализатора, просвечиваемую источником излучения с линейчатым спектром изучаемого элемента. Закон атомного поглощения аналогичен закону светопоглощения, о котором мы говорили ранее. Он является практической основой атомно-абсорбционного метода анализа.

Рассмотрим отдельные узлы атомно-абсорбционного спектрофотометра и их роль в формировании аналитического сигнала (рис. 5).

Источник излучения (1). Наиболее распространённым источником излучения является лампа с полым катодом, изготовленным из определённого металла и его сплава. Кроме лампы с полым катодом применяют ещё высокочастотные безэлектродные лампы, представляющие собой кварцевый или стеклянный баллон (шарик), в который введены соответствующий металл и инертный газ, поддерживающий разряд в лампе.

Рис. 5. Схема атомно-абсорбционного спектрофотометра: 1 – линейчатый источник резонансного излучения; 2 – монохроматор; 3 – детектор излучения; 4 – усилитель; 5 – стрелочный прибор; 6 – самописец; 7 – цифропечатное устройство; 8 – ввод окислителя; 9 – ввод топлива; 10 – распылитель; 11 – распылительная камера

Атомизатор. В ААС существуют варианты пламенных и

Атомизатор. В ААС существуют варианты пламенных и электротермических атомизаторов. В практике наиболее распространены пламенные атомизаторы. Аналитической зоной в них является участок, расположенный непосредственно над газовой горелкой, через которую проходит луч от источника излучения. Раствор распыляют потоком газа и равномерно вводят в пламя в виде аэрозоля, регистрируя установившееся равномерно вводят в пламя в виде аэрозоля, регистрируя установившееся значение абсорбции. Наиболее эффективным при этом является пламя ацетилен – воздух. Эта смесь используется при определении большинства элементов, не образующих термостойких оксидов. Для элементов, образующих термостойкие оксиды (алюминий, кремний, титан, молибден и др.) используют смесь закись азота – ацетилен – воздух, которая позволяет получать наиболее высокотемпературное пламя.

Электротермическими атомизаторами служат печи сопротивления – трубки, тигли, стержни из тугоплавкого материала. Во всех типах печей происходит полное импульсное испарение анализируемых микропроб. Это позволяет повысить чувствительность и предел обнаружения элементов на 1 – 2 порядка по сравнению с пламенными атомизаторами.

Монохроматор (2) в ААС (рис. 5) выделяет резонансную аналитическую линию и в большей степени отделяет её от молекулярных спектров и сплошного фона, излучаемых атомизаторами.

Приёмное и регистрирующее устройство. В качестве детектора излучения 3 используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Фототок поступает на регистрирующее устройство, которое в настоящее время оснащается цифровой индукцией 5, 6, цифропечатью 7. Кроме того, к регистрирующему устройство можно подключать ЭВМ, что позволяет получать результаты в единицах концентрации, интегрировать аналитический сигнал за определенный промежуток времени и выдавать его среднее значение, проводить статистическую обработку (рис 6 и 7).

Техника измерений. В пламени распыляют сначала нулевой стандарт и устанавливают показания прибора на нуль. Затем в порядке возрастания концентрации измеряют абсорбцию стандартных растворов сравнения. В качестве основных стандартных растворов используют государственные стандартные образцы (стандарты) с гарантированной концентрацией элемента или комплексов элементов. Возможно приготовление стандартных растворов из оксидов или солей металлов с постоянной стехнометрией.

Основные стандартные растворы хранят в герметичной посуде из стекла или полиэтилена высокого давления на рассеянном свету. Гарантированный срок хранения основных стандартных растворов – 1 год.

После окончания градуировки прибора в пламя распыляют испытуемые растворы и измеряют величину абсорбции. В современных приборах предусмотрен режим автоматического построения градуировочного графика, что позволяет получить результаты как в величине абсорбции, так и в единицах концентрации. Измерение каждого раствора проводят не менее 2-х раз. Для проверки стабильности работы прибора через каждые 10-15 измерений исследуемых проб в пламя вводят нулевой стандарт и один из стандартных растворов сравнения. Если обнаружено отклонение от первоначально полученных значений, то градуировку прибора проводят заново и повторно измеряют последние 10-15 проб.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение двух параллельных измерений.

Рис. 6. Атомно-абсорбционный спектрометр с пламенной атомизацией Квант-2

Рис. 7. Атомно-абсорбционный спектрометр Spectr AA-110

Этот метод отличается высокой избирательностью, исключительной чувствительностью, скоростью и простотой выполнения. С их помощью можно определить около 70 элементов, а чувствительность определения лежит в интервале 10^-4 – 10^-10. Атомный спектральный анализ часто можно выполнить всего за несколько минут.