Участие в использовании стилоскопического и стилометрического метода введения анализируемого вещества в источник света

Продолжаем изучать ту же тему. Внимательно изучите и выполните задания.

1. Классификация в зависимости от задачи анализа:

- полный качественный анализ;

- анализ на заданные элементы.

Полный качественный анализ необходим, когда неизвестно происхождение образца (например, метеориты, лунный грунт). Его необходимо проводить в несколько приёмов с несколькими порциями образца. Для обнаружения легко и трудно возбудимых элементов приходится использовать разные источники света, соответствующим образом подбирая их параметры. Широкий диапазон длин волн регистрируют по частям с перестройкой спектрального прибора или на разных приборах. Особенно сложной и кропотливой оказывается расшифровка спектрограмм.

При анализе на заданные элементы могут быть сделаны предварительные предположения о составе образца и в соответствии с ним выбраны условия проведения анализа. При необходимости после проведения пробных анализов и уточнения состава в эти условия могут быть внесены коррективы.

2. Классификация по способам регистрации:

- визуальные методы;

- фотографическиеметоды;

- фотоэлектрическиеметоды.

Визуальные методы анализа применяются редко, т.к. в данном случае анализ проводится в пределах чувствительности нашего глаза (в видимой области спектра 400-700 нм). Кроме того, спектральная чувствительность глаза не одинакова (например, наибольшая чувствительность приходится на жёлто-зелёную область света с длиной волны около 550 нм, для длин волн больше и меньше 550 нм чувствительность быстро падает). Эти методы можно использовать для обнаружения щелочных и щелочноземельных металлов при малом содержании в пробе. Остальные металлы можно определить лишь при их высоком содержании в пробе, т.к. их наиболее интенсивные линии находятся в ультрафиолетовой области спектра.

Фотографические методы наиболее распространены. На фотографической пластинке одновременно регистрируется большая часть спектра, спектрограмма является документом, её можно детально изучать. Пластинки могут долго храниться и при необходимости можно проверит правильность анализа и получить дополнительные сведения о составе образца.

Фотоэлектрические методы. Детекторами для фотоэлектрической регистрации служат фотоэлементы, фотодиоды, фотоумножители – устройства, основанные на применении фотоэффекта и преобразующие световой поток в электрический сигнал. Затем электрический сигнал усиливается и поступает на самописец.

Основной задачей качественного спектрального анализа является обнаружение элементов, входящих в состав пробы. Наиболее важной частной задачей является обнаружение элементов, присутствующих в малых концентрациях, особенно в виде следов.

Для повышения качества анализа необходимо учитывать условия проведения качественного анализа: свойства пробы и составляющих её компонентов, характер их поступления в зону разряда, свойства источника возбуждения спектра, свойства спектральных линий определяемых элементов, свойства спектрального прибора и приёмника излучения.

Для характеристики возможностей качественного спектрального анализа принято понятие абсолютной чувствительности анализа – наименьшее количество вещества данного элемента, находящееся в пробе и дающее в спектре слабые, но достаточно чёткие для идентификации последние линии элемента.

Это количество может быть выражено в весовых единицах или в процентах к весу всей пробы; в последнем случае эту меру чувствительности иногда называют относительной чувствительностью.

Абсолютная чувствительность качественного анализа зависит от:

- общего количества атомов данного элемента в кубическом сантиметре в зоне разряда (N0);

- степени ионизацииэтих атомов;

- температуры разряда;

- потенциала возбуждения атома;

- вероятности спонтанного излучения атома.

Увеличение числа N0 зависит от скорости поступления вещества пробы в зону разряда. Если при анализе проба помещается в канал положительного электрода угольной дуги, происходит фракционное поступление вещества. Применение «носителя» позволяет повысить концентрацию атомов N0 некоторых составляющих пробы.

Выгодно пользоваться дугой постоянного тока, т.к. у неё анод разогревается значительно сильнее, чем у дуги переменного тока. Искровой разряд может обеспечить достаточно высокую чувствительность анализа, если на плоский конец медного электрода наносить тонким слоем осадок из раствора пробы.

Предварительная обработка пробы может повысить концентрацию элементов, присутствующих в малых количествах, и тем самым повысить величину N0 и чувствительность определения. Такая предварительная обработка может быть проведена химическим или физическим способом.

При химическом обогащении из раствора в осадок переводятся путём соответствующих реакций неопределяемые элементы, а основная масса элементов с большими концентрациями остаётся в растворе и отделяется путём фильтрации. Невыгодно осаждать большую массу неопределяемых элементов, т.к. с большим количеством осадка увлекается часть определяемых элементов и происходит потеря их. Можно использовать избирательную адсорбцию некоторых элементов из растворов на ионообменные смолы. Во всех случаях химической обработки приходится иметь дело с потерями определяемых элементов и учитывать эти потери или контролировать полноту осаждения, например, при помощи радиоактивных индикаторов.

При физическом обогащении используется фракционная разгонка составляющих разной летучести. Проба помещается в графитовый тигель, нагреваемый электрическим током или просто электрической дугой, одним из электродов которой является стенка тигля. При разогревании пробы легколетучие примеси начинают из неё выделяться и осаждаться на холодном графитовом электроде, расположенном над отверстием тигля. Такой диффузионный перенос пробы происходит особенно хорошо, если тигель с нагревающим приспособлением помещен в разреженное пространство (вакуум). Графитовый электрод с налётом перенесенного вещества служит одним из электродов дуги или электрической искры.

Угольные (или графитовые) электроды, применяемые для качественного анализа, должны быть специально очищены (спектрально чистые). Дополнительная очистка концов этих электродов, которые будут использованы для анализа, может быть проведена прожиганием их в дуге постоянного или переменного тока при силе тока, заведомо большей, чем при анализе.

Температура.

Для получения максимальной чувствительности анализа существенную роль играет температура плазмы разряда. При повышении температуры возрастает степень ионизации атомов, отчего уменьшается число нейтральных атомов и интенсивность их последних линий. Учитывая степень ионизации и возбуждение атомов каждого элемента, можно найти оптимальную температуру их высвечивания:

- для легкоионизируемых щелочных и щелочноземельных элементов оптимальная температура ниже, чем для большинства металлов. Поэтому наиболее чувствительное определение этих элементов производится в газовом пламени;

- в плазме дуги постоянного или переменного тока легко наблюдаются резонансные линии CaI и CaII(I – линии нейтральных атомов, II – линии ионов с одним зарядом) это показывает, что температура плазмы такой дуги уже достаточна, чтобы степень ионизации кальция достигла заметной величины.

- при анализе сложных порошковых проб температура плазмы дугового разряда постепенно повышается по мере выгорания из канала анода легколетучих и легкоионизируемых составляющих. Труднолетучие соединения необходимо испарить, для чего требуется достаточно высокая температура плазмы. Для этой цели угольная дуга является наиболее подходящим источником возбуждения.

 

Температура разряда имеет важное значение и для возбуждения свечения последних линий. Для повышения их интенсивности надо повысить концентрацию соответствующих возбуждённых атомов путём повышения температуры разряда.

Абсолютная чувствительность элементов, или предел их обнаружения, в сильной степени зависит от спектрального прибора.

Применяющиеся дуга и искра кроме линейчатого спектра излучения атомов дают заметный фон, происходящий от:

- свечения раскалённых концов электродов;

- свечения раскалённых твёрдых частиц, попадающих в плазму;

- спектра излучения молекул и других причин.

Интенсивный фон в спектре может маскировать слабые линии излучения элементов, присутствующих в виде следов, и снизить чувствительность обнаружения.

В этом случае следует использовать приборы с большей линейной дисперсией: интенсивность фона будет снижаться, а интенсивность спектральных линий остаётся неизменной. В результате незаметная ранее на фоне спектральная линия становится заметной.