Атомна спектроскопія

Методи атомної спектроскопії – основні методи визначення елементного складу речовини.

Для масових, швидких, селективних і досить точних визначень малих кількостей металів широко застосовують атомно-абсорбційну спектроскопію; цим методом можна визначити 60-70 елементів (переважно металів) за їх концентрацій 10^-9-10^-6 в 1 мл розчину. Атомно-абсорбційну спектроскопію доцільно застосовувати для одноелементних аналізів.

Для одночасного визначення кількох елементів та якісного аналізу найкращими є методи атомно-емісійної та рентгенофлуоресцентної спектроскопії (можна аналізувати як розчини, так і тверді зразки). Рентгенівський метод – унікальний метод локального аналізу і аналізу поверхні.

Кожен атом має свій набір збуджених енергетичних станів, відмінних від набору збуджених енергетичних станів атома іншого хімічного елемента, тому спектр кожного елемента специфічний як за кількістю ліній у спектрі, так і за їх відносною інтенсивністю, що використовується в якісному аналізі. Найважливішіаналітичні лінії елементів у полуменевій фотометрії (нм): Na – 589; K – 766,5; Ca – 422,7; Mg – 585,2; Mn – 403,0; Al – 394,4). На залежності інтенсивності спектральної лінії від вмісту елемента в пробі ґрунтується кількісний аналіз.

Атомно-емісійна спектроскопія ґрунтується на процесах атомізації речовини і подальшому збудженні атомів; після ~10^-8 с атом повертається на нижчий енергетичний рівень; при цьому надлишкова енергія випромінюється у вигляді кванта світла певної довжини хвилі:

Основоположниками атомно-емісійного спектрального аналізу, який був названий «мовою світу» є Кірхгоф і Бунзен.

Для атомізації речовини і збудження використовують енергію полум’я (полуменева фотометрія), яку дає горюча суміш (пропан, бутан + повітря – 800 ºС і ацетилен+кисень – 3000 ºС, диціан + кисень – 5000 ºС).

Цим способом переводять у збуджений стан лужні та лужноземельні метали.

Електротермічне збудження з використанням електричної дуги, яка дає температуру 4000-7000 ºС, і електричної іскри - 10000-12000 ºС, дозволяє перевести у збуджений стан атоми практично всіх хімічних елементів. Ще одним джерелом збудження є енергія плазми. При проведенні аналізу досліджуваний зразок переводять у розчин, розпилюють і змішують у змішувальній камері з горючим газом і окисником, а потім цю суміш подають полум’я газового пальника. На процеси в полум’ї впливають:

- спектральні чинники (недостатня монохроматизація);

- хімічні чинники:

* утворення молекул з атомів:

Са+О=СаО;

СаО+Н₂О=Са(ОН)₂;

* утворення важко летких сполук, зокрема, карбідів, при взаємодії елементів з вуглецем, що утворюється при неповному згорянні газу;

* катіонний та аніонний ефект – Аl «гасить» випромінювання Са і Sr за рахунок утворення важко летких алюмінатів, РО₄^3- і SО₄^2- зменшують випромінювання металів;

- фізичні чинники:

* розмір крапель аерозолю;

* в’язкість розчину;

* поверхневий натяг.

При електротермічному збудженні розряд отримують між двома порціями проби чи між пробою і проти електродом із графіту. Пробу змішують з порошком графіту і вносять у заглиблення електродів. При аналізі металів і сплавів з них виготовляють електрод.

Випромінювання, яке виникає, фіксують за допомогою приладів кількох типів:

- стилоскопів для візуального спостереження;

- спектрографів (спектри отримують на фотопластинці);

- квантометрів (енергію випромінювання переводять в електричну енергію).

В спектрі атомів різних хімічних елементів може бути як кілька ліній (лужні метали), так і кілька десятків тисяч (у заліза урану). Тому, зменшуючи масу речовини, можна отримати аналітичні (останні) лінії, які відповідають найбільш ймовірним (резонансним) переходам електронів. За ними проводять якісний і кількісний аналіз.

При проведенні якісного аналізу спектр аналізованої речовини найчастіше суміщають зі спектром заліза, який має спектральні лінії у широкому діапазоні довжин хвиль. Розшифровку спектра і ідентифікацію речовини проводять за спеціальними каталогами.

Кількісний аналіз проводять, використовуючи інтенсивність не окремої лінії, а відношення інтенсивностей двох спектральних ліній, які належать різним елементам – аналітичної лінії визначуваного елемента з інтенсивністю І_а і лінії порівняння (лінії внутрішнього стандарту), яку дає елемент, який вводять в пробу або який у ній присутній, з інтенсивністю І_n. За формулою Ламакіча-Шайбе:

(3.3)

або (3.4)

За допомогою мікрофотометра вміст елемента можна визначити за густиною почорніння S:

, (3.5) використовуючи метод градуювальної кривої.

Переваги спектрального методу:

- висока чутливість (10^—10^-4);

- мала маса зразка (10-100 мг);

- низька вартість методу;

- можливість визначення у пробі 10-20 елементів;

- документальність

Дата добавления: 2014-01-11