Возбуждение частиц в пламени

Пламя, его характеристики

Основные узлы приборов эмиссионной фотометрии пламени

Основными узлами приборов эмиссионной фотометрии пламени являются атомизатор, монохроматизатор, детектор и индикатор.

Атомизатор – это источник высокой температуры. В нём одновременно происходят атомизация пробы и возбуждение атомов. В качестве атомизатора в приборах эмиссионной фотометрии пламени используется газовая горелка.

Монохроматизатор – это устройство для получения монохроматического света. В нём значимый сигнал отделяется от мешающих сигналов. В качестве монохроматизатора в приборах эмиссионной фотометрии пламени используются светофильтры.

Детектор – это устройство для приёма и регистрации аналитического сигнала. В качестве детектора в приборах эмиссионной фотометрии пламени используются фотоэлементы и фотоумножители.

Индикатор – это устройство для измерения аналитического сигнала. Чаще всего в этой роли выступает микроамперметр.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 35.

Пламя – это низкотемпературная равновесная плазма.

Основными характеристиками пламени являются его состав и рабочая температура.

В состав пламени всегда входят два газа:

§ горючий газ – природный газ, метан, пропан, ацетилен и др.;

§ газ-окислитель – воздух, кислород, озон, фтор и др.

Рабочая температура пламени колеблется в интервале 1700–3000 ^оС. Она зависит от состава горючей смеси, т. е. от природы обоих газов и их количественного соотношения в смеси. Например, часто используется пламя, имеющее состав природный газ – воздух. Оно является самым низкотемпературным: его рабочая температура составляет 1700–1800 ^оС.

Температура пламени достаточна для атомизации большинства элементов, но её не хватает для возбуждения многих из них. Поэтому метод эмиссионной фотометрии пламени применяют только для наиболее легко возбудимых элементов – щелочных и щелочноземельных металлов.

Распределение атомов, возбуждённых в пламени, по уровням энергии определяется формулой Больцмана:

где N_i ^* – число атомов в возбуждённом состоянии с энергией E_i;

N _o – число атомов в основном состоянии;

g_i и g _o – статистические массы возбуждённого и основного уровней;

k – постоянная Больцмана;

Т – абсолютная температура пламени.

Как следует из формулы Больцмана, число атомов, возбуждённых до состояния с энергией E_i, зависит от следующих факторов:

§ числа атомов в основном состоянии – чем больше N _o, тем больше N_i ^*.

§ энергии возбуждённого состояния – чем больше E_i, тем меньше N_i ^*. Именно поэтому в пламени наблюдаются только резонансные линии, которым отвечает минимальная энергия перехода на первый возбуждённый уровень.

§ температуры пламени – чем больше Т, тем больше N_i ^*.