Пламенная эмисиионная спектроскопия и пламенная атомно-абсорбционная спектроскопия

Метод атомно-эмиссионной спектроскопии (АЭС) осно­ван на термическом возбуждении свободных атомов или одно-атомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов При этом интенсивность излучения прямо пропорциональна числу возбужденных частиц N*. Поскольку возбуждение атомов имеет термическую природу, возбужденные и не возбужденные атомы нходятся между собой в термодинамическом равновесии, положение которого описывается законом распределения Больцмама N*/No=(g*/go)*exp(E/kT), где No, — число невоэбужденных атомов, g* и g0 — статисти­ческие веса возбужденного и «возбужденного состояния; Е— энергия возбуждения, k — постоянная Больцмана; Т — абсо­лютная температура. Между- интенсивностью испускания и концентрацией определяемого элемента существует прямо пропорциональная зависимость:I=ас^b Таким образом, интен­сивность эмиссионной спектральной линии может быть использовать в качестве аналитического сигнала для определения концентрации элемента Важнейшей характеристикой любого атомизатора является его температура. От температуры атоми­зации в решающей мере зависит физико-химическое состояние анализируемого вещества и в конечном счете величина анали­тического сигнала и метрологические характеристики методи­Ки

Пламя Вариант АЭС с атомизацией в пламени называют методом эмиссионной фотометрии пламени. Конструктивно пламенный атомизатор для АЭС представляет собой горелку Анализируемую пробу (раствор) подают в пламя, распыляя с помощью форсунки. Пламя — самый низкотемпературный источник атомизации и возбуждения, используемый в АЭС. В зависимости от состава горючей смеси температура пламени может составлять от 1500 (светильный газ — воздух) до 3000 ^оС (С2Н2—N2О). Такие температуры оптимальны для опреде­ления лишь наиболее легко атомизируемых и возбудимых элементов, в первую очередь щелочных и щелочноземельных (Са. Sг. Ва) металлов Для них метод фотометрии пламени является одним из самых чувствительных (пределы обнаруже­ния до 10-7 % масс.). Для большинства других элементов пределы обнаружения на несколько порядков выше. Важное достоинство пламени как источника атомизации — высокая стабильность и связанная с ней хорошая воспроизводимость результатов измерений. Электрическая дуга. В АЭС использу­ют дуговые разряды постоянного и переменного тока. Дуговой атомизатор представляет собой пару "электродов'(чаще всего угольных), между которыми пропускают электрический разряд Температура дугового разряда существенно выше, чем темпе­ратура пламени (3000—7000 °С). Таких температур вполне достаточно для эффективной атомизации и возбуждения боль­шинства элементов (кроме наиболее трудно возбудимых неме­таллов — таких, как галогены. Дуговые атомизаторы (особенно постоянного тока), в отличие от пламенных, не отличаются высокой стабильностью режима работы. Поэтому воспроизво­димость результатов невелика.

Электрическая искра. Искровой атомизатор устроен точно так же, как и дуговой. Особенность искрового атомизатора — отсутствие термодинамического равновесия между находящимися в нем частицами.. Его эффек­тивная температура атомизации достигает около 10000 °С. Этого достаточно для возбуждения даже наиболее трудновоз­будимых элементов (галогены). Искровой разряд существенно стабильнее дугового и воспроизводимость результатов выше. Индуктивно связанная плазма. Это самый современный источ­ник атомизации, обладающий по целому ряду показателей наилучшими аналитическими возможностями и метрологиче­скими характеристиками.

Атомизатор с ИСП представляет собой плазменную горелку особой конструкции. Температура составляет 6000—10000 °С. Метод ИСП—АЭС характеризует­ся универсальностью, высокой чувствительностью, хорошей воспроизводимостью и широким диапазоном определяемых концентраций.

Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) основана на поглощении излучения оптического диапазона невозбужденными свободными атомами. При постоя иных условиях атомизации и заданном режиме работы прибора концентрация атомов в атомизаторе с,, прямо пропорциональна концентрации определяемого элемента в пробе (с). Таким образом, можно записать: А = klс, где k — коэффициент, вклю­чающий в себя как собственно коэффициент поглощения k, так и коэффициент перехода от с_ат к с. Как и в АЭС, роль атомизатора состоит только в переводе пробы в атомарное состояние, но не в возбуждении атомов. Поэтому рабочие диапазон температур в ААС (около 800—3000 °С)

Пламя. Пламенный атомизатор для ААС, представляет собой горелку. Однако конструкции атомизаторов в АЭС и ААС различаются. В ААС используют, как правило, различные варианты щелевых горелок, в которых пламя имеет форму вытянутой узкой щели. Важнейшее достоинство пламенных атомизаторов — высокая стабильность режима работы. Основной недостаток - низкая эффективность атомизации. Электротермические атомизаторы.. Конструкцией электротермических атомизаторов является небольшая трубка, обычно графитовая, нагреваемая электриче­ским током большой силы Электротермическая атомизация имеет много преимуществ перед пламенной: повышение чувст­вительности определения, резко сокращается объем пробы, и как следствие, чувствительность повышается. ААС основана на поглощении излучения оптического диапазона невозбужден­ными свободными атомами в настоящее время в ААС в качест­ве источников излучения используют разрядные лампы — лампы с полым катодом к безэлектродные разрядные лампы. Они являются источниками линейчатых спектров.