Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Принципы метода. Особенности применения

Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) - один из наиболее эффективных методов физико-химического анализа элементного состава веществ и материалов. Метод находит широкое применение в нефтехимической и химической промышленности, металлургии, экологии, агрохимии, фармацевтике и многих других областях, позволяя проводить количественные определения содержания свыше 70 металлов в разнообразных объектах в диапазоне концентраций от 1*10-9 до десятков массовых процентов. Метод широко применяется в научных исследованиях для определения ряда физико-химических параметров вещества – коэффициентов диффузии атомов в газах, температуры газовой среды, теплот испарения элементов, для изучения спектров молекул, исследования процессов, связанных с испарением и диссоциацией элементов. В сочетании в предварительными разделением и концентрированием экстракцией, дистилляцией, ионным обменом, хроматографией метод ААС в ряде случаев позволяет производить косвенное определение некоторых неметаллов и органических соединений.

Достоинствами метода являются его простота, экономичность, высокая чувствительность и воспроизводимость результатов определений, практическое отсутствие влияния состава анализируемой пробы на результаты анализа.

В химмотологии метод используется для определения концентрации металлов в ГСМ, осадках и отложениях из различных технических устройств. Концентрация перечисленных металлов в составе проб ГСМ позволяет характеризовать содержание в них:

- продуктов износа/коррозии металлических конструкционных материалов и соответствующих деталей/агрегатов топливной/масляной аппаратуры транспортных средств, а также средств хранения/транспортировки ГСМ;

- металлсодержащих присадок;

- привнесенных в процессе производства компонентов катализаторов;

- привнесенных в процессе хранения/транспортировки компонентов атмосферно-почвенного происхождения;

- и производить оценку фактического уровня качества соответствующих ГСМ, а также прогнозировать сроки эксплуатации их и соответствующих технических устройств.

Метод широко используется при проведении научных исследований при разработке и изучении эффективности композиций ГСМ и присадок к ним в условиях применения и хранения.

Метод ААС основан на явлении резонансного поглощения (абсорбции) излучаемых спектральными лампами аналитических линий определяемых элементов атомным паром анализируемой пробы. Перечень определяемых элементов содержит металлы, значения длин волн аналитических линий которых превышают 190 нм; всего свыше 70 элементов.

Принципиальная схема метода основывается на атомизации вещества пробы за счет термодиссоциации веществ при распылении анализируемого раствора сжатым воздухом в пламя или при нагревании в токе инертного газа в специальных устройствах-атомизаторах. Свет после прохождения через атомный пар модулируется; после выделения из него монохроматором узкого спектрального диапазона свет подается на фотоэлектронный умножитель; с помощью регистрирующей системы измеряется величина поглощения (абсорбции). Полученный аналитический сигнал сопоставляется с сигналом эталонного раствора - наиболее близкого к раствору анализируемой пробы по составу и физико-химическим свойствам вещества раствора с известным содержанием определяемого элемента.

Физические основы метода

В процессе абсорбции - поглощения света - в результате фотонного возбуждения при облучении светом с определенной частотой, удовлетворяющей условию E* - E0 = hn, электрон переходит с основного энергетического уровня на более высокий. При этом интенсивность возбуждающего света данной частоты понижается. В соответствии с законом Ламберта - Бугера - Бера величина, характеризующая поглощение света, А, - оптическая плотность, абсорбция - является логарифмом отношения интенсивности света до и после прохождения через атомизатор и пропорциональна концентрации определяемого элемента:

A = lg(I0/I) = kbC (5), где

I0 — начальная интенсивность возбуждающего излучения;

I — интенсивность света после поглощения его веществом анализируемой пробы;

k коэффициент поглощения;

b толщина поглощающего слоя;

С концентрация определяемого элемента в анализируемой пробе.

Из формулы следует, что зависимость между светопоглощением н концентрацией линейна, а температура атомиза­тора на поглощение не влияет. Коэффициент поглощения kпропорционален вероятности данного перехода. Обычно наиболее высокие значения этого коэффициента соответствуют переходу электрона с основного и наиболее близкий к нему уровень (так называемая резонансная линия). Например, для натрия - это переход 3sà 3p (589 нм); следующий переход, 3sà4р (330 нм), имеет уже в 100 раз меньшую вероятность, поэтому и предел обнаружения натрия атомно-абсорбционным методом по линии 330 нм в 100 раз выше, чем по линии 589 нм. Если С выражается в г-атомах/л, то почти для всех элементов k= 107 - 109. Сравнение с фотометрическим методом, где максимальное значение молярного коэффициента поглощения составляет величины порядка 105, показывает, что чувствительность атомно-абсорбционного метода значительно выше.

Для атомизации пробы, т. е. для превращения ее в атомный пар, необходима температура порядка 2000-3000 °С. В этом температурном интервале более 90% атомов находятся в невозбужденном состоянии и окружающие их атомы и молекулы (т. е. остальные компоненты атомизированной пробы) не могут его изменить, и следовательно, не могут повлиять на величину атомного поглощения. Этот факт, наряду c малым количеством линий поглощения, обусловливает высокую избирательность атомно-абсорбционного метода.

Для измерения величины атомного поглощения А необходимо соблюдение двух условий, сформулированных в 1955 г. основоположником метода австралийским физиком Уолшем:

lЕ max = lА max (6)

т. е. длина волны, соответствующая максимальному поглощению атомных паров lAmax, должна быть равна длине волны максимальной интенсивности излучения источника lЕ max ;

dA> 2dE (7)

т. е. полуширина линии поглощения атомных паров dA должна быть, по крайней мере, в два раза больше полуширины линии испускания источника dE.

Эти условия можно проиллюстрировать на рис. 1:

Рисунок 1 - Условия Уолша

Если первое условие не выполняется, атомная абсорбция вообще не происходит. Если не выполняется второе условие Уолша, то атомами поглощается, лишь малая часть излучения источника (из-за того, что контур эмиссионной линии шире контура линии поглощения). Это приводит к резкому ухудшению чувствительности атомно-абсорбционного определения. Полуширина атомной линии поглощения составляет менее 0,01 нм. Следовательно, полуширина соответствующей полосы испускания должна быть меньше 0,005 нм.

Известные методы монохроматизации света (призмы, дифракционные решетки, интерференционные фильтры) не обеспе­чивают такой узкополосности. Поэтому в атомно-абсорбционном анализе используют только так называемые лен­точные источники, т. е. источники, излучающие узкие полосы спектра. К таким источникам относятся газоразрядные лампы - лампы с полым катодом, высокочастотные безэлектродные лам­пы.

Исключительно тонкие линии атомного поглощения обеспечивают высокую избирательность метода - спектральные помехи (наложение линий различных элементов) в атомно-абсорбционном анализе практически неизвестны.

Основные элементы атомно-абсорбционных спектрометров

Общая схема атомно-абсорбционных спектрометров представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Общая схема атомно-абсорбционных спектрометров

Основные элементы атомно-абсорбционного спектрометра: источник (6), атомизатор (1), монохроматор (2), детектор (3); усилитель (4), отсчетное устройство (5).

Источник излучает линейчатый спектр, содержащий нужную линию определяемого элемента. В атомизаторе (чаще всего в пламени) проба превращается в атомные пары, поглощающие свет соответствующей длины волны. В результате атомного поглощения начальная интенсивность Iо уменьшается до I. Монохроматор выделяет узкую спектральную полосу (обычно 0,2-2 нм), в которой находится измеряемая спектральная линия определяемого элемента. Модулятор (на рис. не показан) механическим или электрическим способом прерывает поток света от источника. Детектор превращает световой поток в электрический сигнал, который обрабатывается в отсчетном устройстве так, чтобы на выходе атомно-абсорбционного спектрометра регистрировалась величина поглощения. Отсчетное устройство синхронизировано с модулятором и реагирует только на прерывистый сигнал источника. Таким образом, исключается воздействие излучения атомизатора, постоянное во времени и, следовательно, вызывающее в детекторе постоянный ток, на который отсчетное устройство не реагирует.

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...