Реферат: Атомно-эмиссионный спектральный анализ

Негосударственное некомерческое образовательноеучреждение среднего профессионального образования «покровский горныйколледж»

Контрольнаяработа

Атомно-эмиссионный спектральный анализ

Выполнил:

Учащийся группы

«Лаборант-аналитик»

Профессия: ОК16-94

Лаборант химического анализа

Оглавление

Введение

1.Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА)

2.Атомизаторы

3Процессы в пламени

4. Количественныйатомно-эмиссионный анализ

5.Спектрографический анализ

6.Спектрометрический анализ

7.Визуальный анализ

Заключение

Списоклитературы

Введение

Цельпрактического эмиссионного спектрального анализа состоит в качественномобнаружении, в полуколичественном или точном количественном определенииэлементов в анализируемом веществе

Методыспектрального анализа, как правило, просты, экспрессные, легко поддаютсямеханизации и автоматизации, т. е. они подходят для рутинных массовых анализов.При использовании специальных методик пределы обнаружения отдельных элементов,включая некоторые неметаллы, чрезвычайно низки, что делает эти методикипригодными для определения микроколичеств примесей. Эти методы, за исключениемслучаев, когда в наличии имеется лишь незначительное количество пробы, являютсяпрактически неразрушающими, так как для анализа требуются только малыеколичества материала образцов.

Точностьспектрального анализа, в общем, удовлетворяет практическим требованиям вбольшинстве случаев определения примесей и компонентов, за исключениемопределения высоких концентраций основных компонентов сплавов. Стоимостьспектрального анализа низка, хотя первоначальные капиталовложения достаточновысоки. Однако последние быстро окупаются вследствие высокой производительностиметода и низких требований к материалам и обслуживающему персоналу.

Целиработы:

1.ознакомление с теорией атомно-эмиссионного спектрального анализа;

2.научиться разбираться в основных характеристиках оборудования АЭСА;

3.изучение методов АЭСА;

1.Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА)

Методыанализа, основанные на измерении какого-либо излучения определяемым веществомносят названия эмиссионных. Эта группа методов основана на измерении длиныволны излучения и его интенсивности.

Методатомно-эмиссионной спектроскопии основан на термическом возбуждении свободныхатомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испусканиявозбужденных атомов.

Дляполучения спектров испускания элементов, содержащихся в образце, анализируемыйраствор в водят в пламя. Излучение пламени поступает в монохроматор, где оноразлагается на отдельные спектральные линии. При упрощенном применении методасветофильтром выделяется определенная линия. Интенсивность выбранных линий, которыеявляются характеристическим и для определяемого элемента, регистрируется спомощью фотоэлемента или фотоумножителя, соединенного с измерительным прибором.Качественный анализ проводится по положению линий в спектре, а интенсивностьспектральной линии характеризует количество вещества.

Интенсивностьизлучения прямо пропорциональна числу возбужденных частиц N*. Посколькувозбуждение атомов имеет термическую природу, возбужденные и невозбужденныеатомы находятся между собой в термодинамическом равновесии, положение которогоописывается законом распределения Больцмана (1):

/> (1)

гдеN0 — число невозбужденных атомов;

g*и g0 — статистические веса возбужденного и невозбужденного состояния; E — энергиявозбуждения;

k- постоянная Больцмана;

T- абсолютная температура.

Такимобразом, при постоянной температуре число возбужденных частиц прямопропорционально числу невозбужденных частиц, т.е. фактически общему числуданных атомов N в атомизаторе (поскольку в реальных условияхатомно-эмиссионного анализа доля возбужденных частиц очень мала: N* << N0).Последнее, в свою очередь, при заданных условиях атомизации, определяемыхконструкцией и режимом работы прибора и рядом других факторов), пропорциональноконцентрации определяемого элемента в пробе С. Поэтому между интенсивностьюиспускания и концентрацией определяемого элемента существует прямопропорциональная зависимость:

/> (2)

Такимобразом, интенсивность эмиссионной спектральной линии может быть использована вкачестве аналитического сигнала для определения концентрации элемента.Коэффициент а в уравнении (2) является сугубо эмпирической величиной, зависящейот условий процесса. Поэтому в АЭС решающее значения имеет правильный выборусловий атомизации и измерения аналитического сигнала, включая градуировку пообразцам сравнения.

Методшироко применяется в аналитических целях в медицинских, биологических,геологических, сельскохозяйственных лабораториях.

эмиссионный спектральный атомизация фотометр

2.Атомизаторы

Основныетипы источников атомизации и возбуждения приведены в таблице 1.

Таблица1

Тип источника атомизации Т, ºC Состояние пробы С min, % масс

Относит. станд.

отклонен

пламя 1500 — 3000 раствор

10-7 – 10-2

0,01 – 0,05 электрическая дуга 3000- 7000 твердая

10-4 – 10-2

01 – 0,2 электрическая искра 10000 -12000 твердая

10-3 – 10 -1

0,05 – 0,10

Индуктивно связанная

плазма

6000 — 10000 раствор

10-8 – 10 -2

0,01 – 0,05

Важнейшейхарактеристикой любого атомизатора является его температура. От температурызависит физико-химическое состояние анализируемого вещества и, следовательно,величина аналитического сигнала и метрологические характеристики методики.

Пламя.Пламенный вариант метода основан на том, что определяемое вещество в видеаэрозоля вместе с используемым растворителем попадает в пламя газовой горелки.В пламени с анализируемым веществом протекает целый ряд реакций и появляетсяизлучение, которое характерно только для исследуемого вещества и являющееся вданном случае аналитическим сигналом.

Схемы горелок,применяемых в методе фотометрии пламени, показаны на рис. 1. Ввод анализируемойжидкости в пламя обычно осуществляется путем ее пневматического распыления.Применяют распылители главным образом двух типов: угловые и концентрические,работающие вследствие создаваемого разряжения над отверстием распыляющегокапилляра (или вокруг него), второй конец которого погружен в растворанализируемой пробы. Вытекающая из капилляра жидкость разбрызгивается струейгаза, образуя аэрозоль. Качество работы распылителя оценивают по отношениюколичества жидкости и газа (МЖ/МГ), расходуемых в единицувремени.

/>

Рис. 1.Горелки для атомно-эмиссионной пламенной спектрометрии:

а)и б) обычная горелка Меккера и усовершенствованная горелка: 1 — корпус горелки;2 — поверхность, на которой формируется пламя; 3 — отверстия для выхода горючихгазов; 4 — подача смеси горючих газов и аэрозоля; 5 — выступ на корпусе горелкис отверстиями; в) комбинированная горелка с разделением зон испарения —атомизации и возбуждения спектров: 1 — основная горелка с выступом иотверстиями в нем; 3 — вторая дополнительная горелка с однотипным или болеевысокотемпературным пламенем; 4 — пламя; 5 — зона регистрации излучения; 6 —подача смеси горючих газов в дополнительную горелку; 7 — подача смеси горючихгазов и аэрозоля в основную горелку.

Дляобразования пламени готовят газовую смесь, состоящую из горючего газа игаза-окислителя. Выбор компонентов той или иной газовой смеси определяется,прежде всего, требуемой температурой пламени.

Таблица2 содержит информацию о температурах различных племен в атомно-эмиссионноманализе и их основные характеристики.

Таблица2 Характеристика племен, применяемых в атомно-эмиссионном анализе

Состав смеси T ºC Горючий газ Окислитель метан CH4 Воздух 1700 -1900 водород H2 Воздух 2000-2100

ацетилен C2H2

Воздух 2100-2400

ацетилен C2H2

N2O

2600-2800

ацетилен C2H2

O2

3050-3150

Существуютопределённые аналитические характеристики пламени. Пламя, безусловно, должнобыть стабильным, безопасным, и стоимость компонентов для его поддержания должнабыть невысока; оно должно иметь относительно высокую температуру и медленнуюскорость распространения, что повышает эффективность десольватации и полученияпара, и в результате приводит к большим сигналам эмиссии, абсорбции илифлуоресценции. К тому же, пламя должно обеспечивать восстановительнуюатмосферу. Многие металлы в пламени имеют тенденцию образовывать устойчивыеоксиды. Эти оксиды тугоплавкие, трудно диссоциируют при обычных температурах впламени. Для повышения степени образования свободных атомов их необходимовосстановить. Восстановление может быть достигнуто почти в любом пламени, еслисоздать скорость потока горючего газа по большей, чем это необходимостехиометрии горения. Такое пламя называют обогащённым. Обогащенные пламёна,образуемые такими углеводородными горючими, как ацетилен, обеспечиваютпрекрасную восстановительную атмосферу, обусловленную большим количествомуглерод-содержащих радикальных частиц.

Пламя– самый низкотемпературный источник атомизации и возбуждения, используемый в АЭС.Достигаемые в пламени температуры оптимальны для определения лишь наиболеелегко атомизируемых и возбудимых элементов – щелочных и щелочно-земельныхметаллов. Для них метод фотометрии пламени является одним из самыхчувствительных – до 10-7 % масс. Для большинства других элементовпределы определения на несколько порядков выше. Важное достоинство пламени –как источника атомизации – высокая стабильность и связанная с ней хорошаявоспроизводимость результатов измерений (Sr – 0,01-0,05).

Выборнеобходимой температуры пламени зависит от индивидуальных свойств определяемыхвеществ.

Если,например, необходимо определять легко возбуждающиеся вещества (щелочныеметаллы), то температура пламени может быть достаточно низкой.

Электрическаядуга. В АЭС используют дуговые разряды постоянного и переменного тока. Междупарой электродов (как правило, угольных) пропускают электрический разряд. Приэтом в углубление одного из электродов помещают пробу в твердом состоянии.Температура дугового разряда составляет 3000 – 7000 ºC. Таких температурдостаточно для атомизации и возбуждения большинства элементов, кроме наиболеетрудновозбудимых неметаллов – галогенов. Поэтому для большого числа элементовпределы обнаружения в дуговом разряде ниже, чем в пламени, и составляют — 10-4 — 10-2 масс. %. Дуговые атомизаторы в отличие от пламенных, необладают высокой стабильностью работы, поэтому воспроизводимость результатов невелика и составляет Sr – 0,1-0,2. Поэтому одна из основных областей применениядуговых атомизаторов — качественный анализ.

Электрическаяискра. Искровой атомизатор устроен так же, как и дуговой и предназначен впервую очередь для анализа твёрдых образцов на качественном уровне.

Индуктивносвязанная плазма (ИСП). Самый современный источник атомизации, обладающий наилучшимианалитическими возможностями и метрологическими характеристиками. Атомизатор синдуктивно связанной плазмой представляет собой горелку с аргоновой плазмой,которая инициируется искровым зарядом и стабилизируется высокочастотнойиндукционной катушкой. Температура аргоновой плазмы изменяется по высотегорелки и составляет 6000 – 10000 ºC. При столь высоких температурахвозбуждается большинство элементов. Чувствительность метода составляет 10-8 — 10-2 масс. % в зависимости от элемента. Воспроизводимостьхарактеристик аргоновой горелки высока, что позволяет в широкомконцентрационном диапазоне проводить количественный анализ с воспроизводимостьюSr – 0,01-0,05. Основной фактор, сдерживающий применение АЭС ИСП –дороговизна оборудования и расходных материалов, в частности аргона высокойчистоты, потребление которого при проведении анализа составляет 10-30 л/мин.

/>

Рис. 6.Схема горелки для высокочастотного индукционного разряда:

1— аналитическая зона; 2 — зона первичного излучения; 3 — зона разряда(скин-слой); 4 — центральный канал (зона предварительного нагрева); 5 — индуктор;6 — защитная трубка, предотвращающая пробой на индуктор (устанавливается толькона коротких горелках); 7, 8, 9 — внешняя, промежуточная, центральная трубки соответственно

3.Процессы в пламени

Анализируемоевещество МХ в виде аэрозоля попадает в пламя и там претерпевает ряд превращений:

MX(раствор)↔ MX(твердое вещ.) ↔ MX(газ) ↔ M + X ↔М+ + Х↔ …

M + hν/> M*

M+ +hν /> (M+)*

M*- возбужденное состояние определяемого элемента М.

Напервой стадии происходит испарение используемого растворителя и образуютсямолекулярные формы ранее растворенных веществ в кристаллическом состоянии. Затемпроисходит процесс распада молекул анализируемых веществ. При достаточно низкихтемпературах происходит распад молекул на атомы, при более высоких температурахможет происходить процесс ионизации образовавшихся атомов, а при очень высокихтемпературах могут образовываться голые ядра и электронный газ.

Настадии атомизации атомарные частицы за счет столкновения друг с другом, либо засчет поглощения квантов излучения возбуждаются.

Возбуждение– это переход некоторых электронов атома на более высокий энергетическийуровень.

Ввозбужденном состоянии атомы живут недолго (10-5 — 10-8сек), потом они возвращаются в исходное состояние, испуская при этом квантэнергии. Этот квант энергии, испускаемой возбужденным атомом – и естьаналитический сигнал в АЭС.

Интенсивностьлинии в спектре испускания может быть рассчитана по уравнению:

Iνисп.= hν 12A12 N1

гдеh – постоянная Планка,

ν12– частота перехода между состояниями атома 1 и 2, которая<sub/>связана сдлиной волны соотношением: νλ = c (с – скорость света),

А12– коэффициент Эйнштейна, определяющий вероятность данного перехода,

N1– число атомов, находящихся в состоянии 1.

Впламени кроме отмеченных основных процессов протекают и некоторые нежелательныепроцессы, приводящие к возникновению помех, мешающих определению.

Наиболеетипичные помехи классифицируются следующим образом:

•помехи при образовании атомного пара

•спектральные помехи

•ионизационные помехи.

Помехипри образовании атомного пара наблюдаются в тех случаях, когда некоторыйкомпонент пробы влияет на скорость испарения частиц, содержащих определяемоевещество. Источником таких помех может быть химическая реакция, влияющая наиспарение твердых частиц, или физический процесс, при протекании которогоиспарение основных компонентов пробы влияет на образование пара атомов(молекул) определяемых веществ.

Примеромтакого влияния является определение кальция в присутствии фосфат-ионов.Установлено, что раствор кальция, содержащий фосфат-ионы, дает меньший сигнал впламени, чем раствор кальция такой же концентрации, но в отсутствиифосфат-ионов.

Предполагается,что это явление обусловлено образованием стехиометрического соединения междукальцием и фосфатом, которое испаряется медленнее, чем кальций в отсутствиефосфат-ионов.

Доказательствомтакого предположения является то, что степень, с которой фосфат подавляетсигнал кальция, является наибольшей в точках, расположенных в нижней части пламенивне посредственной близости от края горелки. Если этот сигнал измерять вверхней части пламени, где содержащие кальций частицы имеют большее время дляиспарения, то величина сигнала увеличивается, поскольку освобождается большаячасть атомов кальция, которые были связаны с фосфат-ионами.

Помехи,вызванные фосфат-ионами, можно свести к минимуму не только измеряя величинусигнала в верхней части пламени, но и другими способами.

Так,применение более совершенных конструкций распылителя и горелки позволяютполучить очень тонкий аэрозоль, который легко образует после испарениярастворителя мельчайшие частички анализируемого вещества, для испарения которыхтребуется гораздо меньше времени, и помехи от присутствия фосфат-ионовснижаются.

Увеличитьскорость испарения частиц можно также путем увеличения температуры используемогопламени.

Помехипри образовании атомного пара могут быть сведенных к минимуму, или вовсеустранены, при использовании специальных веществ, которых называют «освобождающиеагенты». Эти вещества способствуют высвобождению атомов кальция измедленно испаряющихся кальций — содержащих частиц.

Например,при добавлении к анализируемому раствору, содержащему ионы кальция ифосфат-ионы, больших количеств ионов лантана, атомизация кальция увеличиваетсяв результате того, что с фосфат-ионами преимущественно связываются ионылантана.

Вкачестве освобождающих агентов могут выступать комплексообразователи, например,этилендиаминтетрауксусная кислота, добавление которых к анализируемому растворупредотвращает образование соединения кальция с фосфат-ионами.

Другойтип освобождающих агентов способен образовывать матрицу, в которой могут бытьдиспергированы кальций и фосфат. Такие частицы в пламени очень быстроразлагаются и переходят в пар. Например, если к раствора, содержащему фосфат ищелочно-земельные элементы, добавить большое количество глюкозы, то послеиспарения растворителя частицы будут состоять в основном из глюкозы в которойраспределены кальций и фосфат-ионы. Когда такие частицы разлагаются в пламени,то частички кальция с фосфатом имеют очень малые размеры и легко переходят впар.

Второйнежелательный процесс, который имеет место в пламени при образовании атомногопара — это образование моноокисей металлов FeO, CaO, поскольку в составегорючего газа присутствует кислород):

Me+ O →MeO

Приэтом моноокиси тоже могут возбуждаться и испускать свет, но в другой областидлин волн. Устраняют этот процесс повышением температуры пламени.

Третийнежелательный процесс, происходящий в пламени при образовании атомного пара –образование карбидов МеС (в горючем газе присутствует углерод). Чтобы подавитьэтот процесс, следует строго подбирать необходимую газовую смесь и температуру.

Спектральныепомехи возникают чаще всего по двум причинам.

Во-первых,может иметь место достаточная близость эмиссионных линий различных атомованализируемого образца, которые в условиях фотометрии пламени воспринимаетсякак излучение одного типа атомов. Например, наиболее чувствительная эмиссионнаялиния бария (553,56 нм) совпадает с широкой полосой, испускаемой СаОН. Дляразрешения этой проблемы следует использовать спектральные диспергирующиесистемы высокого разрешения.

Во-вторых,спектральные помехи могут возникать и от самого используемого пламени.Поскольку области длин волн такого фонового излучения используемых пламенхорошо известны, помехи этого типа могут быть достаточно легко устранены.

Ионизационныепомехи являются следствием протекания в пламени нежелательного процесса –процесса ионизации атомов исследуемых веществ:

Mg- ē → Mg+

Процессионизации при высоких температурах пламени может идти и дальше до полной потеривсех электронов в атоме.

Образовавшиесяионы также, как и атомы, могут возбуждаться, и, соответственно, излучатьпоглощенную энергию. Однако, безусловно, характеристики этого излучения будутотличаться от излучения возбужденных атомов.

Этообстоятельство затрудняет выполнение анализа, так как протекание процессаионизации приводит к снижению концентрации определяемых атомов, т.е. снижаеттот сигнал, который необходимо отследить, и на основе которого проводят расчетконцентрации.

Этотпроцесс подавляют введением в анализируемый образец соли такого металла, атомкоторого отдает электроны легче, чем определяемый атом.

Издоступных солей, которые можно использовать для этой цели – это соли цезия. Ониспособны генерировать избыток электронов в пламени, и ионизация определяемыхболее трудно ионизирующихся атомов подавляется, т.е. анализируемые ионы приимеющемся избытке электронов легко переходят в атомы – в их аналитико-активнуюформу.

Можноподавить ионизацию определяемых атомов путем понижением температурыиспользуемого пламени. Но с понижением температуры также падает и концентрациявозбужденных атомов в пламени, что нежелательно.

Такимобразом, интересующее нас излучение вызвано переходом электронов извозбужденного состояния в основное, которое определяется разностью энергийэлектронов на разных уровнях ∆Е.

Естественно,что для различных атомов в подавляющем большинстве ∆Е также различна.

Далее,∆Е связана с частотой излучения, длиной волны, через скорость света ипостоянной Планка уравнением Планка:

Е2– Е1 = hν = /> = />, где

h– постоянная Планка;

c– скорость света.

Зная∆Е (величины табулированы), можно рассчитать длину волны излучения.

Если∆Е выражается в эВ, зная ∆Е, можно рассчитать λ.

Например,для кальция ∆Е = 2,95 эВ, тогда

λCa= /> = 4200 Å

Еслиизлучение пламени, содержащего кальций, пропустить через монохроматор, а затемсфотографировать, то это изображение будет иметь следующий вид и называтьсяспектром испускания:

/>

Рис.1. Линейчатый спектр испускания

Естественно,что чем больше возможных электронных переходов, то тем больше число ν.

Такоеизображение называют линейчатым спектром испускания, который является, «спектральнымотпечатком» атома, потому что по набору этих линий, по их энергиям можноопределить, какой атом присутствует в анализируемом растворе. Поэтому спектр –это мощная качественная характеристика вещества.

Существуютнекоторые зависимости: чем больше температура, тем больше линий с большимиэнергиями переходов наблюдается. При невысоких температурах самая интенсивнаялиния будет определяться переходом электронов из первого возбужденногосостояния в основное, например 3р → 3s.

Данныйспектр пригоден не только для качественного, но и для полуколичественногоанализа с точностью ± 0,5 порядка.

Полуколичественныйанализ основан на том, что исчезновение, либо появление тех или иных линий в спектре,зависит от концентрации вещества. При самых низких концентрациях проявляютсялишь самые жирные линии, при более высоких концентрациях линий больше, а присамых высоких – намного больше. Имеются таблицы, в которых приведены данные поконцентрационным пределам появления либо исчезновения тех или иных линий, и этоможет быть использовано для полуколичественной оценки концентрации вещества.

Дляанализа переходных металлов необходимо более высокотемпературное пламя, так каких возбуждение происходит только при высоких температурах, что обеспечиваетсяприменением горючих смесей состоящих из закиси азота и ацетилена, или кислородаи водорода.

4.Количественный атомно-эмиссионный анализ

Количественныйатомно-эмиссионный анализ основан на использовании приборов двух типов:

•атомно-эмиссионных фотометров

•атомно-эмиссионных спектрофотометров.

Спомощью этих приборов выделяется либо достаточно широкий участок в спектре,содержащий не только определяемую линию, либо более узкий участок спектра,содержащий только одну определяемую линию, и направляется далее на фотоэлементили светодиод.

Простейшаясхема атомно-эмиссионного фотометра (часто его называют пламенным фотометром)имеет следующий вид:

/>

Рис.2. Принципиальная схема пламенного фотометра

1– емкости с компонентами горючей смеси, 2 – регуляторы давления,

3– распылительная камера, 4 – горелка, 5 – исследуемый раствор,

6– устройство для осушения распылительной камеры,

7–фокусирующая линза, 8 – входная щель,

9– призма, разделяющая излучение по длине волны, или светофильтр,

10– выходнаящель,11- фотоэлектрический детектор,

12– регистрирующее устройство

Кэкрану со щелью предъявляются определенные требования: экран должен быть какможно более широким, а щель как можно более узкой, чтобы пропустить безизменения только излучение от центральной части пламени горелки, т.е., чтобыизлучение было линейным, либо близким к линейному.

Учитываято обстоятельство, что Li, Cs в природе мало, а в основном встречаются К, Na,тем более, что различие в длинах волн излучения для К и Na составляет порядка150 нм, прибор обычно комплектуется четырьмя светофильтрами, которые пропускаюттот участок спектра, в котором находится излучение только одного из данногоатома: светофильтр на К, на Na, на Li, на Cs. Более сложной системой являетсяатомно-эмиссионный спектрофотометр. Атомно-эмиссионный спектрофотометр имеетодно существенное отличие от пламенного фотометра: содержит монохроматическуюсистему – трехгранную призму с подвижным экраном. Монохроматическая система ватомно-эмиссионном спектрофотометре выполняет туже функцию, что и светофильтр ватомно-эмиссионном фотометре: выделяет определенный участок спектра, которыйдалее подается через щель на фотоэлемент. Принципиальное отличие этих приборовзаключается в том, что монохроматор позволяет выделить гораздо более узкийучасток спектра, чем светофильтр: участок шириной уровня2-5 нм, в зависимостиот используемой системы. Существуют системы, позволяющие выделить еще болееузкий участок спектра – это дифракционная решетка. Если сделать ее оченьбольших размеров, то можно выделить участок спектра шириной 0,01- 0,001 нм. Благодарятаким возможностям атомно-эмиссионный спектрофотометр позволяет исследоватьвысокотемпературные пламена, в которых присутствует много линий самых различныхатомов. Еще большими аналитическими возможностями обладает многоканальныйатомно-эмиссионный спектрофотометр. Его принципиальная схема отличается тем,что после монохроматора в многоканальном атомно-эмиссионном спектрофотометрерасположен не фотоэлемент, а диодная линейка, где в разных положениях размещенодо 1000 диодов. Каждый из диодов соединен с ЭВМ, обрабатывающей суммарныйсигнал и передающей аналитический сигнал (измеряется сила тока от каждогодиода).

/>

Рис.3. Принципиальная схема многоканального атомно-эмиссионного спектрофотометра: 1– горелка, 2 – входная щель, 3 – призма, 4 – диодная линейка, 5 – регистратор

Выборсистемы информации может быть различным. В дуговом и искровом вариантахатомно-эмиссионной спектрофотометрии спектр регистрируют с помощьюфотографической пластинки, т.е фотографируют сам спектр. Анализ спектра даетполуколичественную информацию о составе вещества. Полуколичественный анализвещества по спектру на пластинке основан на том, что интенсивность той или инойлинии логарифмически связана с концентрацией вещества.

Количественныеметоды основаны на суммировании аналитического сигнала – усиленного фототока,полученного от светодиода либо от фотоэлемента, который обрабатывается компьютером,либо в простейшем случае подается на стрелочную шкалу прибора.

Силафототока связана с концентрацией через коэффициент пропорциональности:

I= k×С

Коэффициентk будет постоянным при постоянных электрических характеристиках системы, атакже при постоянных концентрациях аналитико-активной формы в пламени.

•Концентрация аналитико-активной формы в пламени зависит от очень многихпараметров:

•от скорости подачи аэрозоля в пламя, которая, в свою очередь определяетсядавлением  газа во всасывающей системеприбора,

•от температуры пламени, т.е. от соотношения горючий газ — газ-окислитель.

Однако,в узкий промежуток времени, например, в течение часа, коэффициент k можно обеспечитьпостоянным.

5. Спектрографическийанализ

Послеполучения спектра следующей операцией является его аналитическая оценка, которуюможно проводить объективным либо субъективным методом. Объективные методы можноподразделить на непрямые и прямые. Первая группа охватывает спектрографические,а вторая — спектрометрические методы. В спектрографическом методе фотоэмульсия позволяетполучить промежуточную характеристику интенсивности линии, в то время какспектрометрический метод основан на прямом измерении интенсивности спектральнойлинии с помощью фотоэлектрического приемника света. В субъективном методеоценки чувствительным элементом является человеческий глаз.

Спектрографическийметод состоит в фотографировании спектра на подходящих пластинках или пленке спомощью соответствующего спектрографа. Полученные спектрограммы можно использоватьдля качественного, полуколичественного и количественного анализов.

Спектрографическиеметоды спектрального анализа имеют особое значение. Это обусловлено главнымобразом высокой чувствительностью фотоэмульсии и ее способностью интегрироватьинтенсивность света, а также огромным объемом информации, заложенным в спектре,и возможностью сохранять эту информацию в течение длительного времени. Необходимыеприборы и оборудование относительно недороги, стоимость материалов низка, методнесложен и легко поддается стандартизации. Спектрографический анализ пригодендля рутинного анализа и научных исследований. Его недостаток заключается в том,что вследствие трудоемкости фотографических операций он не пригоден дляэкспрессных анализов, и его точность ниже, например, точностиспектрометрического или классического химического анализа. Спектрографическийанализ получил большое развитие, особенно в области обработки огромного объема полезнойинформации, заключенной в спектре, с помощью автоматического микрофотометра, связанногос вычислительной машиной.

6. Спектрометрическийанализ

Спектрометрическийаналитический метод отличается от спектрографического метода по существу толькоспособом измерения спектра. В то время как в спектрографическом анализеинтенсивность спектра измеряют через промежуточную стадию фотографирования, спектрометрическийанализ основан на прямом фотометрировании интенсивности спектральных линий.Прямое измерение интенсивности имеет два практических преимущества: из-заотсутствия продолжительной операции обработки сфотографированных спектров исвязанных с ней источников погрешностей существенно возрастает как скоростьанализа, так и воспроизводимость его результатов. В спектрометрическом анализеоперации пробоотбора, подготовки и возбуждения спектров идентичнысоответствующим операциям спектрографического метода. То же относится ко всемпроцессам, протекающим во время возбуждения, и спонтанным или искусственносоздаваемым эффектам. Поэтому они не будут здесь больше обсуждаться. Оптическаяустановка, используемая и спектрометрическом методе, включая источникизлучения, его отображение, всю диспергирующую систему и получение спектра,практически идентична спектрографической установке. Однако существенноеразличие, заслуживающее отдельного обсуждения, состоит в способе подведениясветовой энергии спектральных линий к фотоэлектрическому слою фотоумножителя.Конечная операция анализа, а именно измерение, совершенно отличается отсоответствующей операции спектрографического метода. Поэтому эта стадия анализануждается в детальном обсуждении.

7. Визуальный анализ

Третьягруппа методов эмиссионного спектрального анализа включает визуальные методы,которые отличаются от спектрографического и спектрометрического методовспособом оценки спектра и, за исключением редких случаев, используемой областьюспектра. Способ оценки спектра субъективный в противоположность объективнымспособам двух других методов. В визуальной спектроскопии приемником светаявляется человеческий глаз и используется видимая область спектра примерно от4000 до 7600 Å.

Ввизуальных методах спектрального анализа предварительная подготовка проб ивозбуждение их спектров по существу не отличаются от аналогичных операцийдругих методов спектрального анализа. В то же время разложение света в спектрпроизводится исключительно с помощью спектроскопа. И наконец, вследствиесубъективности способа оценки визуальные методики существенно отличаются отспектрографических и особенно спектрометрических методик. Это означает также,что из трех методов спектрального анализа визуальный обладает наименьшейточностью.

Пределобнаружения визуального метода относительно велик. Наиболее чувствительныелинии элементов, за исключением щелочных и щелочноземельных, находятся вультрафиолетовой области спектра. В видимой области расположены толькоотносительно слабые линии наиболее важных тяжелых металлов. Поэтому их пределобнаружения визуальным методом обычно хуже в десять — сто раз. За исключениемочень редких случаев, визуальный метод не пригоден для определения неметаллическихэлементов, поскольку их линии в видимой области особенно слабы. Кроме того,возбуждение неметаллических элементов требует специального сложногооборудования и интенсивность источника света недостаточна для оценкиспектральных линий невооруженным глазом.

Впротивоположность отмеченным выше недостаткам большое преимущество визуальногометода заключается в его простоте, скорости и малой стоимости. Работать соспектроскопом очень легко. Хотя для оценки спектра необходима некотораятренировка, выполнению простейших анализов можно обучиться быстро. Спектрыможно оценивать невооруженным глазом без тех трудностей, которые присущикосвенным методам. Этот метод экспрессен: на определение одного компонентатребуется обычно не более минуты. Стоимость относительно простоговспомогательного оборудования для визуального метода низка, пренебрежимо малытакже затраты на инструмент для обработки проб, материалы для противоэлектродови электроэнергию. Методики настолько просты, что после некоторой тренировкианализы могут выполнять неквалифицированные лаборанты. Вследствие высокойэкспрессности метода трудозатраты на один анализ низки. Экономическаяэффективность метода увеличивается также в связи с тем, что анализ можнопроводить без разрушения анализируемого образца и на том месте, где оннаходится. Это означает, что с помощью портативных приборов можно анализироватьбез пробоотбора на месте их нахождения промежуточную продукцию (например,металлические штанги), готовую продукцию (например, детали станка) или уже вмонтированныеизделия (например, перегреваемые трубки паровых котлов). Экономятся такжеинструмент и время, упрощается организационная работа и отпадает необходимостьв деструктивных методах пробоотбора.

Наиболее важнойобластью применения визуального метода спектрального анализа является контрольметаллических сплавов и главным образом легированных сталей в процессе ихпроизводства с целью сортировки. Используется метод также для классификацииметаллов или легированных сталей при отборе ценных материалов из металлическоголома.

Заключение

АЭС— способ определения элементного состава вещества по оптическим линейчатымспектрам излучения атомов и ионов анализируемой пробы, возбуждаемым висточниках света. В качестве источников света для атомно-эмиссионного анализаиспользуют пламя горелки или различные виды плазмы, включая плазмуэлектрической искры или дуги, плазму лазерной искры, индуктивно-связаннуюплазму, тлеющий разряд и др.

АЭС— самый распространённый экспрессный высокочувствительный метод идентификации иколичественного определения элементов примесей в газообразных, жидких и твердыхвеществах, в том числе и в высокочистых. Он широко применяется в различныхобластях науки и техники для контроля промышленного производства, поисках ипереработке полезных ископаемых, в биологических, медицинских и экологическихисследованиях и т.д. Важным достоинством АЭС по сравнению с другими оптическимиспектральными, а также многими химическими и физико-химическими методамианализа, являются возможности бесконтактного, экспрессного, одновременногоколичественного определения большого числа элементов в широком интервалеконцентраций с приемлемой точностью при использовании малой массы пробы.

Список литературы

1.Пискарева С.К. «Аналитическая химия» М., Высшая школа 1994. учебникдля средних специальных учебных заведений, 192 ст.

2.Дроздов В.А., Кузнецов В.В., Рогатинская С.Л. «Введение вфизико-химические методы анализа» М., 1980 под общей ред. Петрухина О.М.,41ст.

3.Лурье Ю.Ю., Справочник по аналитической химии.

4. www.himiki.com/wp-content/uploads/2009/07/atom-emis.pdf

5. www.biometrica.tomsk.ru/tat3.pdf