Физико-химические и физические методы анализа

1. Атомно-эмиссионная спектроскопия (аэс.)

Прибор для проведения спектрального анализа имеет следующие основные узлы: источник возбуждения, диспергирующий элемент и приемник света. Кроме этих основных узлов в любом спектральном приборе есть оптическая система, предназначенная для получения параллельного пучка света, его фокусировки, изменения хода лучей.

В источнике возбуждения вещество атомизируется и возбужденные атомы или ионы испускают свет, который диспергирующим элементом разделяется в пространстве на отдельные составляющие, а приемник света их фиксирует.

Источники возбуждения.

1. Пламя (температура 900-3000 °С) дает достаточно яркий и стабильный спектр, применяется для количественного анализа.

2. Электрическая дуга применяется для качественного и полуколичественного анализа, так как не обеспечивает достаточной воспроизводимости.

3. Плазменная горелка или плазмотрон (температура в плазме достигает 5000-10 000°С) используется для анализа трудноиспаряющихся и трудновозбудимых веществ.

4. Искра (температура до 12000°С) обеспечивает высокую стабильность, необходимую в количественном анализе, не вызывает разрушения образца.

5. Полый катод служит для возбуждения элементов с высоким потенциалом возбуждения.

Диспергирующий элемент разлагает излучение в спектр.

В качестве диспергирующего элемента (монохроматора) в спектральном приборе (спектрофотометре, ИК-спектрометре) используют стеклянные призмы, в ультрафиолетовой области спектра применяют призмы из кварца.

1. Призмы используют в видимом и ближнем инфракрасном участках спектра.

2. Дифракционные решетки используют в спектральном интервале от 200 до 1000 нм, разрешающая способность решетки значительно выше, чем призмы.

3. Интерференционные устройства.

В пламенных фотометрах и фотоколориметрах (ФЭК) применяют светофильтры (выделяют узкую полосу спектра 20-40 нм).

Приемники света (рецепторы) – фотоэлементы, фотоумножители, фотоплостинки, термоэлементы и болометры.

2. Абсорбционная спектроскопия (спектрофотометрия, фотоколориметрия, ик-спектрометрия, атомно-абсорбционная спектроскопия)

Основные узлы приборов для абсорбционной спектроскопии: источник света, монохроматор света, кювета с исследуемым веществом, рецептор (приемник света), оптическая система (состоящая из линз, призм и зеркал, которая служит для создания параллельного пучка света, изменения направления и фокусировки света), а также система для уравнивания интенсивности световых потоков (диафрагмы, оптические клинья).

Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом пропускания (или просто пропусканием) T:

T= I / I₀,

где I и I₀ — соответственно интенсивности света, прошедшего через раствор и растворитель.

Взятый с обратным знаком логарифм T называется оптической плотностью A:

- lg T= - lg (I / I₀ ) = lg (I ₀/ I)=A.

Основной закон светопоглощения (закон Бугера – Ламберта – Бера) связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной слоя.

A= l c

где  — молярный коэффициент поглощения (зависит от природы светопоглощающего вещества и длины волны электромагнитного излучения);

l – толщина светопоглощающего слоя;

c – концентрация раствора;

А – оптическая плотность (зависит от природы и концентрации светопоглощающего вещества, толщины светопоглощающего слоя и длины волны электромагнитного излучения)

Условия применимости закона Бугера-Ламберта – Бера

1. Закон справедлив для монохроматического света.

2. Концентрация светопоглощающего вещества должна быть невелика (показатели преломления раствора и чистого растворителя должны быть близки)

3. Температура при измерениях должна оставаться постоянной.

4. Пучок света должен быть параллельным.

5. Светопоглощающими центрами должны быть частицы лишь одного сорта.

Преимущества спектрофотометрия по сравнению с фотоколориметрией:

1. Возможность использования УФ-области спектра.

2. Использование монохроматического излучения