Атомно-емісійна спектроскопія

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

К О Н С П Е К Т Л Е К Ц І Й

з курсу аналітичної хімії.

Фізико-хімічні методи аналізу

Одеса ОНАХТ 2010

Конспект лекцій з курсу аналітичної хімії. Фізико-хімічні методи аналізу. /Уклад. С.В.Бельтюкова, О.В.Малинка, О.М.Железко, Н.М.Александрова.- Одеса:ОНАХТ. – 2010. с.

Укладачі: С.В.Бельтюкова, д-р х.н., професор

О.В.Малинка, к.х.н., доцент

О.М.Железко, к.х.н., доцент

Н.М.Александрова, к.х.н., доцент

Відповідальний за випуск зав. кафедрою аналітичної хімии

С.В.Бельтюкова, д.х.н., професор

Дані методи засновані на залежності фізичних властивостей об’єктів аналізу від хімічного складу. Їх умовно поділяють на три групи: оптичні, електрохімічні та сорбційні (хроматографічні) методи аналізу.

ОПТИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

Оптичні (спектральні) методи аналізу засновані на використанні різних явищ і ефектів, які виникають при взаємодії речовини й електромагнітного випромінювання, тобто на вивченні спектрів випромінювання, поглинання і розсіювання.

До цієї групи відносяться:

1. Емісійна спектроскопія заснована на вивченні емісійних спектрів (спектрів випускання або випромінювання) елементів речовини, що аналізується; цей метод дає можливість визначати елементний склад речовини (фотометрія полум’я, люмінісцентний аналіз).

2. Абсорбційна спектроскопія заснована на вивченні спектрів поглинання досліджуваної речовини. Розрізняють дослідження в ультрафіолетовій; видимій та інфрачервоній областях спектра.

До оптичних методів аналізу також відносяться:

Турбідиметрія заснована на вимірюванні кількості світла, що поглинається незабарвленою суспензією. Вимірювання поглинутої суспензією кількості світла проводять так само, як і при колориметрії забарвлених розчинів.

Нефелометрія заснована на використанні явищ відбиття або розсіювання світла забарвленими або незабарвленими частками завислого в розчині осаду. Цей спосіб дає можливість визначати дуже малі кількості речовини, що знаходиться в розчині у вигляді суспензії.

Рефрактометрія заснована на явищі заломлення світлового променя при його переході через границю розділу двох контактуючих середовищ з різною густиною.

Оптичні методи аналізу відрізняє висока точність, низька межа виявлення, експресність, можливість виконувати аналіз без руйнування зразка, локальний аналіз.

Атомно-емісійна спектроскопія – група методів аналізу, заснованих на вимірюванні інтенсивності світлового потоку певної довжини хвилі, який випромінюють збуджені атоми в газоподібному стані. Випромінення світла атомами відбувається за рахунок зміни енергії атомів. Атоми можуть володіти тільки строго визначеними дискретними запасами внутрішньої енергії: Е₀, Е₁, Е₂ і т.д. У незбудженому, тобто нормальному, стані атоми мають мінімальну енергію Е₀. При одержанні енергії, наприклад при зіткненні з електронами, які швидко летять, енергія яких достатня для збудження, атоми збуджуються, тобто переходять на більш високий енергетичний рівень: Е₁, Е₂ і т.д. Через дуже короткий час (~ 10^-8 с) атом мимовільно повертається в нормальний або більш низький збуджений стан. Звільнена при цьому енергія ΔЕ випромінюється у виді світлового кванта: ΔЕ=hν. Елементи, що містяться в пробі, ідентифікують за набором спектральних ліній (на підставі частот або довжин хвиль), що випускаються електромагнітним випромінюванням. Кількісний аналіз заснований на вимірі інтенсивності спектральних ліній елементів.

Загальна схема спектральних приладів

У джерелі збудження речовина перетворюється на атоми. Збуджені атоми або іони випускають світло, яке диспергуючим елементом розділяється в просторі на окремі складові, а приймач світла їх фіксує.

Джерело збудження	Диспергуючий елемент	Приймач світла
Іскра 7000-10000^0С	дуга 3000- 5000°C	Полум'я 1500-3000°C	Приз-ма	Світло- фільтр	Дифрак-ційна решітка	Окоо	Фото-плівка	Фото-елемент

Одним з видів емісійного спектрального аналізу є фотометрія полум'я

ФОТОМЕТРІЯ ПОЛУМ’Я

Загальна характеристика методу. Фотометрія полум’я є одним з видів спектрального аналізу, який засновано на випромінюванні (емісійний метод) або поглинанні (абсорбційний метод) світлової енергії атомами елементів у полум’ї. Випромінювання і поглинання світла зв’язане з процесами переходу атомів з одного енергетичного стану в інший. При переході атомів з більш низького на більш високий енергетичний рівень поглинання світла завжди відбувається вимушено в результаті впливу зовнішнього випромінювання з частотою ν=(Е1-E0)/h

При випромінюванні світла переходи атомів відбуваються або мимовільно (спонтанно), або вимушено в результаті впливу зовнішнього випромінювання тієї ж частоти, що і частота випускання ν. В емісійній фотометрії використовуються тільки мимовільні переходи атомів. Найбільш нтенсивне випромінювання спостерігається для резонансних (аналітичних) ліній.

Сутність методу фотометрії полум’я полягає в наступному: розчин аналізованої речовини за допомогою розпилюючого пристрою у вигляді маленьких крапельок подається в полум’я газового пальника, де внаслідок

Рис. 1. Схема приладу для фотометрії полум’я: 1 – посудина з аналізованим розчином; 2 – трубопровід від компресора; 3 – розпилювач; 4 –посудина з конденсатором; 5–полум’я; 6–світлофільтр; 7 – фотоелемент; 8 – гальванометр.

випаровування аналізована речовина переходить у пароподібний стан; атоми елемента, що визначається, які утворилися при цьому, поглинають енергію полум’я і переходять у збуджений електронний стан; повернення в основний стан супроводжується випромінюванням фотонів певної частоти, яке фіксується фотоелементом. Виникаючий при цьому в ланцюзі фотоелемента фотострум вимірюється гальванометром. Зміна величини фотоструму за певних умов відбувається пропорційно концентрації елемента, що визначається.

Полум’я. В аналізі використовують полум’я різних горючих газів. В одних випадках горючі гази попередньо змішують з газом-окиснювачем (повітрям, киснем, озоном і т.п.), в інших – коли необхідна більш висока температура, використовують так зване дифузійне полум’я, у якому до горючого газу кисень або повітря надходить за рахунок дифузії з навколишньої атмосфери.

Температуру, склад і окисно-відновні властивості полум’я можна регулювати, варіюючи співвідношенням горючого газу й окиснювача в суміші, при цьому температура полум’я може складати від 1500 °C (світильний газ – повітря) до 3000 °C ( – ). Такі температури оптимальні для визначення лише легко збудливих елементів, які легко атомізуються, і, у першу чергу – лужних і лужноземельних металів.

Дата добавления: 2015-05-23