АТОМНО – АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
Метод атомно-абсорбционного анализа (атомно-абсорбционной спектроскопии – ААС) основан на измерении поглощения атомным газом монохроматического излучения, энергия кванта hν которого соответствует резонансному переходу в атомах определяемого элемента. Анализируемое вещество переводят в газообразное атомарное состояние, сжигая его в пламени газовой горелки. В пламени происходит сгорание или улетучивание растворителя, термическое разложение твёрдых веществ и образование атомного газа. При этом большинство газообразных атомов находится в пламени в основном (невозбуждённом) состоянии и способны поглощать излучение в видимой и УФ-областях спектра.
Поглощая кванты излучения, валентные электроны атомов возбуждаются и переходят с основного энергетического уровня на высшие с увеличением энергии на величину ∆E = hν (рисунок 3.1.) Наиболее вероятным изменением энергетического состояния атома при возбуждении является переход на уровень, ближайший к основному, т.е. резонансный переход.
Рисунок 3.1 – Изменение энергетического состояния электронов при поглощении энергии
Если на невозбуждённый атом направить излучение с частотой, равной частоте резонансного перехода, интенсивность излучения будет уменьшаться в соответствии с законом атомного поглощения, аналогичным закону Бугера – Ламберта – Бера:
A = lg(I0//I) = εlC,
где А – оптическая плотность поглощающего слоя (атомное поглощение);
I0 и I – интенсивность падающего и прошедшего излучения; ε – постоянная, зависящая от природы вещества и частоты излучения; l– толщина поглощающего слоя (пламени); С – концентрация поглощающих частиц в пламени. Выражение можно записать в виде
А = КС1,
где К – коэффициент, включающий в себя постоянную ε, толщину пламени l и соотношение концентрации вещества в растворе и пламени; С1 – концентрация определяемого элемента в анализируемом растворе. При стационарном режиме работы прибора это соотношение постоянно.
В атомно-абсорбционном методе анализа в качестве источника излучения используют газоразрядные лампы низкого давления с катодом, изготовленным из определяемого элемента. Лампа с полым катодом излучает эмиссионный спектр определяемого элемента (характеристическое излучение).
Рисунок 3.2 – Лампа с полым катодом
При подаче на электроды напряжения порядка 200–300 В в лампе возникает тлеющий разряд, который локализуется внутри катодной полости. Ионы Ar или Ne, бомбардируя поверхность катода, распыляют его, а поступающие в газовую фазу атомы возбуждаются посредством столкновений с электронами и ионами. В результате лампа излучает эмиссионный спектр нужного элемента.
Для атомизации веществ используют пламёна различных типов, а также непламенные методы (атомизация в графитовой кювете).
Атомно-абсорбционный метод анализа позволяет определять около 80 элементов в различных объектах, в том числе в технологических и сточных водах производства химических волокон и красильно-отделочных производств. Метод характеризуется низкими пределами обнаружения, позволяет определять до 0,005 мкг/мл примесей в растворе с погрешностью 1 – 4 % и высокой экспрессностью.
Трудно определяются элементы, соединения которых не полностью диссоциируют при температуре пламени, а также элементы, образующие в среде пламени термостойкие оксиды или гидроксиды. Поэтому для атомизации образца и понижения пределов обнаружения используют пламя с более высокой температурой или атомизацию в графитовой кювете. В современных приборах возможно проводить атомизацию с помощью лазера.
Таблица 3.1 – Температуры используемых пламён
Горючее | Окислитель | Температура, °С |
Светильный газ | Воздух | 1700 – 1800 |
Ацетилен | Воздух | |
Ацетилен | Кислород | |
Ацетилен | Закись азота | |
Водород | Кислород | 2550 - 2650 |
Графитовые кюветы представляют собой графитовые трубки, нагреваемые электрическим током (рисунок 3.3.). Графитовые атомизаторы изготавливают из электрографита и покрытого слоем пиролитического графита.
Рисунок 3.3 – Графитовый атомизатор
Получение атомного пара в ограниченном пространстве и инертной атмосфере резко понижает пределы обнаружения для растворов с 10–3 до 10–6 мг /л. Пробу в виде порошка или жидкости наносят на торец вспомогательного электрода и вставляют в отверстие графитовой трубки. Проба испаряется, и нагретая трубка заполняется атомными парами. Излучение проходит через центральную часть графитовой трубки.
Метод атомно-абсорбционной спектроскопии используется в основном для количественного определения элементов.
Дата добавления: 2021-05-28; просмотров: 504;