Б 21.Пламенная фотометрия

Это один из методов атомно-эмиссионного спектрального анализа. Он основан на измерении интенсивности излучения, испускаемого атомами или молекулами определяемого вещества, возбуждаемыми в пламени.

Обычно анализируемый объект переводят в раствор, который с помощью распылителя превращается в аэрозоль, и подают в пламя горелки. Температура пламени невелика (1700-3000^оС), но этого достаточно для возбуждения резонансных линий легко возбудимых атомов. Температура пламени зависит от горючего и окислителя. В качестве горючего используют различные органические вещества (пропан, бутан, ацетилен, светильный газ, этилен) или неорганические вещества (водород, оксид углерода (II), циан, дициан), а в качестве окислителя воздух, чистый кислород, фтор.

Пламя образуется при сгорании различных органических веществ (газов) в окислителе. Например, горение водорода в атмосфере фтора дает температуру 4800^оС, циан и дициан в кислороде – 4700 - 5200^оС. По сравнению с электрическими источниками возбуждения (дуга) пламя более стабильно (при стабильном давлении горючих газов). Если температура пламени невысокая, то возбуждаются только легколетучие атомы (щелочные металлы бутановым пламенем и щелочноземельные металлы ацетиленовым пламенем).

Преимущества пламенной фотометрии

1) определяется маленький круг элементов,

2) большая стабильность определения,

3) меньшее количество сопутствующих нежелательных процессов: ионизация и самопоглощение,

4) высокая чувствительность определения (10^-4 – 10^-8 %), малая относительная ошибка (1 – 2 %),

5) необходим малый расход пробы (всего 1 мл),

6) простота горелок.

В высокотемпературном восстановительном пламени можно определить РЗЭ и некоторые переходные металлы.

при попадании пробы в пламя (верхний конус, где топливо сгорает полностью) происходит ряд процессов:

1) испарение растворителя с образованием твердых частиц вещества,

2) испарение твердых частиц вещества с образованием атомного пара,

3) диссоциация молекул на атомы, частичная ионизация атомов,

4) возбуждение атомов,

5) возвращение возбужденных атомов в исходное состояние с выделением квантов света.

Интенсивность излучения атомами (интенсивность света) пропорциональна их концентрации в пламени, которая пропорциональна концентрации ионов в растворе. I = k·C

k – константа, на величину которой влияют такие помехи, как самопоглощение, ионизация, образование труднолетучих соединений, изменение режима работы и т.д.

Принципиальная схема пламенного фотометра:

1. сосуд с анализируемым раствором; 2. распылитель; 3. сливная трубка; 4. пламя; 5. селектор; 6. фотоэлемент; 7. миллиамперметр.

Анализируемый раствор переводится в распылителе в аэрозоль жидкость – газ струей сжатого окислителя (кислород или воздух), подаваемого из баллона или компрессором. Крупные капли аэрозоля конденсируются на стенках распылителя, и избыток раствора стекает по трубке 3. Устойчивый и мелкодисперсный аэрозоль увлекается в пламя, предварительно смешиваясь с горючим газом. Суммарное излучение пламени попадает на селектор (светофильтр или монохроматор), и выделенное им излучение поступает на фотоумножитель или фотоэлемент. Сигнал от падающего света регистрируется измерительным прибором – миллиамперметром.Горелки бывают проточными, в них аэрозоль вводится непосредственно в пламя горелки. Также бывают горелки с предварительным смешением аэрозоля и топлива. Существуют одно- и многоканальные (Flapho) пламенные фотометры, позволяющие одновременно определять два и более элементов.