1.2. Атомна-емісійна спектрометрія

Методи аналізу в атомно емисійній спектрометрії розрізняють по способу збудження атомів (дуговий, іскровий, полум'яний). Часто застосовують полум'яний спосіб [4,83].

Суть методу полягає в наступному. Досліджуємий розчин вводять у вигляді аерозолю в полум'я горілки, яка працює на суміші газів ( повітряно-пропано­ва). В полум'ї атоми метала збуджуються , та коли переходять із збуд­женного в нормальний стан , випромінюють світло певної довжини хвиль.

Зі спектру монохроматором (в простих приладах світлофільтрами) виділяються характерні для визначаємих металів лінії. Так як темпе­ратура полум'я відносно низька, метод застосовують для визначення легкозбуджуємих атомів (літій, натрій, калій, стронций). По інтен­сивності цих ліній роблять висновки про концентрації визначаємих еле­ментів в пробі, для чого будують колібровочні графіки по стандарт­ним розчинам солей цих металів.

З неполум’яних методів найчастійше використовуеться збудження спектра за допомогою дугового розряду постійного струму, який створюється між двома електродами, з високочистотного графіту. Один з електродів (анод) містить пробу, що аналізується. Розряд відбувається в повітрі чи в інших газах при атмосферному тиску. Для збудження спектра іноді застосовується високочастотний іскровий заряд. Але він має гіршу чутливість [6].

Для аналізу дуже малих проб використовують лазерний мікрозонд. Промінь лазера фокусується за допомогою мікроскопа на зразку і викликає його розігрів і випарювання. Пари проходять між двома близько розташованими електродами і викликають електричний пробій міжелектродного проміжку та збудження спектра проби.

Для великих твердих електропровідних (металевих) зразків застосовується капілярна дуга постійного струму.В дугу, яка горить в аргоні, доставляються дрібні частинки речовини, одержувані безпосередньо з поверхні твердого зразка за допомогою спеціального генератора аерозолю. Дуга викликає розігрів частинок і збудження їхнього спектра випромінювання.

У залежності від способу вимірювання інтенсивності атомних ліній випромінювання розрізняють споктрографи і спектрометри.

У спектрометрах випромінювання зразка речовини перетворюється в електричний сигнал за допомогою фотоелектронних помножувачів. У спектрографах використовується фотографічна реєстрація на фотоплівку чи фотопластинку. У приладах обох видів атомні лінії виділяються за допомогою монохроматорів.

Схема приладу для емісійної полуменевої фотометрії наведена на рис. 9.15.

Рис. 1.15. Схема фотометра для емісійної фотометрії полум'я:

1 - досліджуваний розчин; 2 – розпилювач; 3 – полум’я; 4 – світлофільтр; 5 – фотоелемент;

6 – гальванометр;

За певних умов величина фотоструму, що виникає, лінійно пов'я­зана з концентрацією елемента, що визначається

I = K·C (1.8)

де I - фотострум, мкА;

К - коефіцієнт пропорційності;

С - концентрація елемента в розчині.

Розглянемо хід визначення натрія методом полум’яної фотометрії. Готують прилад до роботи, для чього регулюють струм повітря та газа так, щоб полум'я було великим, спокійним та безкольоровим. Середня ділянка полум'я повинна бути на рівні щіли­ни. Потім занурюють відкритий кінець капілярної трубки в склянку з дистильованою водою та устанавлюють покази приладу на "0". Підставляючи замість склянки з водою склянку з робочим стандартним розчином солі того чи іншого метала, починаючи з мінімальних концент­рацій, отримують данні для будування калібровочного графіка, який будують для кожного металу при необхідній довжині хвилі.

Реактиви: робочі стандартні розчини з концентрацією 10; 20; 30; 40; 50 мг/л. Хлорид натрію в кількості 2,54 г розчиняють в дистиль­ованій воді та розводять водою до 1000 мл. Один мілілітр цього роз­чину вміщує 1 мг натрію.

Рис. 1.16. Схема емисійного фотометра:

1 ─ компресор; 2 ─ манометр; 3 ─ контрольна газова горілка; 4 ─ вентиль, який регулює подачу газу; 5 ─ склянка з розчином; 6 ─ розпилювач; 7 ─ горілка; 8 ─ дзеркало; 9 ─ лінза; 10 ─ світлофільтр; 11 ─ фотоелемент; 12 ─ підсилювач; 13 ─ гальванометр.

На рис. 1.16. зображено емісійний прилад , в якому розчин, що аналізується, з склянки 5 за допомогою струменю стиснутого по­вітря або іншого газа подається через розпилювач 6 в камеру і потім у вигляді аерозолю поступає в полум'я горілки 7. Випромінювання по­лум'я збирається вогнутим дзеркалом 8 та направляється фокусуючою лінзою 9 на світлофільтр або монохроматор 10, який пропускає до фо­тоелемента 11 випромінювання тільки визначаємого елементу. Фотопо­тік, який виникає під дією випромінювання , посилюється підсилюва­чем 12 та вимірюється гальванометром 13. Визначення базується на по­рівнянні інтенсивності випромінювання лінії визначаємого елемента від досліджуємого та стандартного розчинів.

Одною з видатних властивостей атомних спектрів є їх дискретність та індивідуальний характер. На цьому базується якісний аналіз. Визначення концентрації елементу, який нас цікавить, проводять шляхом вимірювання інтенсивності пев­них спектральних смуг, які називають аналітичними.

Основними перевагами атомно-емісійного методу є:

• низькі аналітичні границі виявлення багатьох хімічних елементів

• відносно нескладне устаткування

• гарна селективність

• можливість одночасного багатоелементного визначення.