Metoda spectroscopiei cu emisie de flacără. Spectroscopie de emisie atomică. Analiza spectrală a emisiilor atomice

Instituție de învățământ non-profit non-statală de învățământ profesional secundar „Colegiul de minerit Pokrovsky”

Test

Analiza spectrală a emisiilor atomice

Efectuat:

Student de grup

"Analist de laborator"

Profesie: OK16-94

Asistent laborator analize chimice

Introducere

2. Atomizoare

3 procese de flacără

5. Analiza spectrografică

6. Analiza spectrometrică

7. Analiza vizuală

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Scopul analizei spectrale practice de emisie este detectarea calitativă, cuantificarea semicantitativă sau precisă a elementelor din analit.

Metodele de analiză spectrală sunt, de regulă, simple, rapide și ușor de mecanizat și automatizat, adică sunt potrivite pentru analizele de masă de rutină. Atunci când se utilizează tehnici speciale, limitele de detecție pentru elemente individuale, inclusiv unele nemetale, sunt extrem de scăzute, făcând aceste tehnici adecvate pentru determinarea urmelor de impurități. Aceste metode, cu excepția cazului în care este disponibilă doar o cantitate mică de probă, sunt practic nedistructive, deoarece sunt necesare doar cantități mici de material de probă pentru analiză.

Precizia analizei spectrale, în general, satisface cerințele practice în majoritatea cazurilor de determinare a impurităților și componentelor, cu excepția determinării concentrațiilor mari ale componentelor principale ale aliajelor. Costul analizei spectrale este mic, deși investiția inițială este destul de mare. Cu toate acestea, acesta din urmă se plătește rapid datorită productivității ridicate a metodei și cerințelor reduse pentru materiale și personalul de operare.

Obiectivele muncii:

1. familiarizarea cu teoria analizei spectrale a emisiilor atomice;

2. învață să înțeleagă principalele caracteristici ale echipamentelor CNE;

3. studiul metodelor AESA;

1. Analiza spectrală a emisiilor atomice (AESA)

Metodele de analiză bazate pe măsurarea oricărei radiații din substanța care se determină se numesc metode de emisie. Acest grup de metode se bazează pe măsurarea lungimii de undă a radiației și a intensității acesteia.

Metoda spectroscopiei de emisie atomică se bazează pe excitarea termică a atomilor liberi sau ionilor monoatomici și înregistrarea spectrului de emisie optică a atomilor excitați.

Pentru a obține spectre de emisie ale elementelor conținute în probă, soluția analizată este plasată într-o flacără. Radiația flăcării intră în monocromator, unde este descompusă în linii spectrale individuale. Într-o aplicare simplificată a metodei, o anumită linie este evidențiată cu un filtru de lumină. Intensitatea liniilor selectate, care sunt caracteristice elementului de determinat, este înregistrată cu ajutorul unei fotocelulă sau fotomultiplicator conectat la un dispozitiv de măsurare. Analiza calitativă se realizează prin poziția liniilor în spectru, iar intensitatea liniei spectrale caracterizează cantitatea de substanță.

Intensitatea radiației este direct proporțională cu numărul de particule excitate N*. Deoarece excitația atomilor este de natură termică, atomii excitați și neexcitați sunt în echilibru termodinamic între ei, a căror poziție este descrisă de legea distribuției Boltzmann (1):

unde N 0 este numărul de atomi neexcitați;

g* și g 0 - ponderi statistice ale stărilor excitate și neexcitate; E - energia de excitație;

k este constanta lui Boltzmann;

T - temperatura absolută.

Astfel, la o temperatură constantă, numărul de particule excitate este direct proporțional cu numărul de particule neexcitate, adică. de fapt, numărul total al acestor atomi N din atomizor (deoarece în condiții reale de analiză a emisiilor atomice fracția particulelor excitate este foarte mică: N*<< N 0). Последнее, в свою очередь, при заданных условиях атомизации, определяемых конструкцией и режимом работы прибора и рядом других факторов), пропорционально концентрации определяемого элемента в пробе С. Поэтому между интенсивностью испускания и концентрацией определяемого элемента существует прямо пропорциональная зависимость:

Astfel, intensitatea liniei spectrale de emisie poate fi folosită ca semnal analitic pentru a determina concentrația elementului. Coeficientul a din ecuația (2) este o valoare pur empirică, în funcție de condițiile procesului. Prin urmare, în centralele nucleare, alegerea corectă a condițiilor de atomizare și măsurarea semnalului analitic, inclusiv calibrarea folosind probe de referință, este crucială.

Metoda este utilizată pe scară largă în scopuri analitice în laboratoarele medicale, biologice, geologice și agricole.

Fotometru de atomizare spectrală de emisie

2. Atomizoare

Principalele tipuri de surse de atomizare și excitație sunt prezentate în Tabelul 1.

tabelul 1

Tipul sursei de atomizare	T, ºC	Starea eșantionului	C min, % masa	Relaționează. std. respins
flacără	1500 - 3000	soluţie		0,01 – 0,05
arc electric	3000- 7000	greu		01 – 0,2
scânteie electrică	10000 -12000	greu		0,05 – 0,10
Cuplate inductiv	6000 - 10000	soluţie		0,01 – 0,05

Cea mai importantă caracteristică a oricărui atomizor este temperatura acestuia. Starea fizico-chimică a analitului și, în consecință, mărimea semnalului analitic și caracteristicile metrologice ale tehnicii depind de temperatură.

Flacără. Varianta cu flacără a metodei se bazează pe faptul că substanța care trebuie determinată sub formă de aerosol, împreună cu solventul utilizat, intră în flacăra unui arzător cu gaz. Într-o flacără cu substanța analizată au loc o serie de reacții și apare radiația, care este caracteristică doar substanței studiate și este în acest caz un semnal analitic.

Schemele arzătoarelor utilizate în metoda fotometriei cu flacără sunt prezentate în Fig. 1. Lichidul de analizat este introdus de obicei în flacără prin atomizare pneumatică. Pulverizatoarele sunt utilizate în principal de două tipuri: unghiulare și concentrice, care funcționează datorită vidului creat deasupra deschiderii capilarului de pulverizare (sau în jurul acestuia), al doilea capăt al căruia este scufundat în soluția probei analizate. Lichidul care curge din capilar este pulverizat de un curent de gaz, formând un aerosol. Calitatea pulverizatorului este evaluată prin raportul dintre cantitatea de lichid și gaz (M F / M G) consumată pe unitatea de timp.

Orez. 1. Arzătoare pentru spectrometrie de emisie atomică cu flacără:

a) și b) un arzător convențional Mecker și un arzător îmbunătățit: 1 - corpul arzătorului; 2 - suprafata pe care se formeaza flacara; 3 - orificii pentru iesirea gazelor inflamabile; 4 - furnizarea unui amestec de gaze inflamabile și aerosoli; 5 - proeminență pe corpul arzătorului cu orificii; c) un arzător combinat cu separarea zonelor de evaporare - atomizare și excitare a spectrelor: 1 - arzător principal cu o proeminență și găuri în el; 3 - al doilea arzător suplimentar cu flacără de același tip sau temperatură mai mare; 4 - flacără; 5 - zona de detectare a radiatiilor; 6 - alimentarea unui amestec de gaze combustibile la arzătorul suplimentar; 7 - alimentarea arzătorului principal cu un amestec de gaze inflamabile și aerosoli.

Pentru a forma o flacără, se prepară un amestec gazos format dintr-un gaz combustibil și un gaz oxidant. Alegerea componentelor unui anumit amestec de gaze este determinată, în primul rând, de temperatura necesară a flăcării.

Tabelul 2 conține informații despre temperaturile diferitelor triburi în analiza emisiilor atomice și principalele lor caracteristici.

Tabelul 2 Caracteristicile triburilor utilizate în analiza emisiilor atomice

Compoziția amestecului		TºC
Gaz inflamabil	Oxidant	TºC
metan CH4	Aer	1700 -1900
hidrogen H2	Aer	2000-2100
acetilenă C2H2	Aer	2100-2400
acetilenă C2H2		2600-2800
acetilenă C2H2		3050-3150

Există anumite caracteristici analitice ale flăcării. Flacăra, desigur, trebuie să fie stabilă, sigură, iar costul componentelor pentru întreținerea acesteia trebuie să fie scăzut; trebuie să aibă o temperatură relativ ridicată și o viteză lentă de propagare, ceea ce mărește eficiența desolvației și a producerii de vapori și are ca rezultat semnale mari de emisie, absorbție sau fluorescență. În plus, flacăra trebuie să ofere o atmosferă restauratoare. Multe metale tind să formeze oxizi stabili într-o flacără. Acești oxizi sunt refractari și greu de disociat la temperaturi obișnuite într-o flacără. Pentru a crește gradul de formare a atomilor liberi, aceștia trebuie redusi. Reducerea poate fi realizată în aproape orice flacără prin crearea unui debit de gaz combustibil mai mare decât cel cerut de stoichiometria arderii. O astfel de flacără se numește îmbogățită. Flăcările bogate produse de combustibilii cu hidrocarburi precum acetilena oferă o atmosferă reducătoare excelentă datorită numărului mare de specii de radicali care conțin carbon.

Flacăra este sursa de atomizare și excitație la cea mai joasă temperatură folosită în centralele nucleare. Temperaturile atinse în flacără sunt optime pentru determinarea doar a elementelor cel mai ușor atomizate și excitabile - metale alcaline și alcalino-pământoase. Pentru ei, metoda fotometriei cu flacără este una dintre cele mai sensibile - până la 10 -7% din masă. Pentru majoritatea celorlalte elemente, limitele de determinare sunt cu câteva ordine de mărime mai mari. Un avantaj important al flăcării ca sursă de atomizare este stabilitatea sa ridicată și reproductibilitatea bună asociată a rezultatelor măsurătorilor (S r - 0,01-0,05).

Alegerea temperaturii necesare a flăcării depinde de proprietățile individuale ale substanțelor care sunt determinate.

Dacă, de exemplu, este necesar să se determine substanțe ușor excitate (metale alcaline), atunci temperatura flăcării poate fi destul de scăzută.

Arc electric. În centralele nucleare se folosesc descărcări cu arc de curent continuu și alternativ. O descărcare electrică este trecută între o pereche de electrozi (de obicei carbon). În acest caz, o probă solidă este plasată în locașul unuia dintre electrozi. Temperatura de descărcare a arcului este de 3000 – 7000 ºC. Astfel de temperaturi sunt suficiente pentru atomizarea și excitarea majorității elementelor, cu excepția celor mai dificil de excitat nemetale - halogenii. Prin urmare, pentru un număr mare de elemente, limitele de detecție într-o descărcare cu arc sunt mai mici decât într-o flacără și se ridică la - 10 -4 - 10 -2 masă. %. Atomizatoarele cu arc, spre deosebire de atomizatoarele cu flacără, nu au stabilitate operațională ridicată, astfel încât reproductibilitatea rezultatelor nu este mare și se ridică la Sr - 0,1-0,2. Prin urmare, unul dintre principalele domenii de aplicare ale atomizatoarelor cu arc este analiza calitativă.

Scânteie electrică. Un atomizor cu scânteie este proiectat în același mod ca un atomizator cu arc și este destinat în primul rând analizei probelor solide la nivel calitativ.

Plasmă cuplată inductiv (ICP). Cea mai modernă sursă de atomizare cu cele mai bune capacități analitice și caracteristici metrologice. Un atomizator cu plasmă cuplat inductiv este o lanternă cu plasmă cu argon care este inițiată de o încărcare de scânteie și stabilizată de o bobină de inducție de înaltă frecvență. Temperatura plasmei de argon variază cu înălțimea arzătorului și este de 6000 – 10000 ºC. La temperaturi atât de ridicate, majoritatea elementelor sunt excitate. Sensibilitatea metodei este de 10 -8 - 10 -2 masa. % în funcție de element. Reproductibilitatea caracteristicilor arzătorului cu argon este ridicată, ceea ce face posibilă efectuarea unei analize cantitative într-un interval larg de concentrații cu o reproductibilitate Sr de 0,01-0,05. Principalul factor care limitează utilizarea centralelor nucleare ICP este costul ridicat al echipamentelor și consumabilelor, în special argonul de înaltă puritate, al cărui consum în timpul analizei este de 10-30 l/min.

Orez. 6. Diagrama arzătorului pentru descărcarea prin inducție de înaltă frecvență:

1 - zona analitica; 2 - zona de radiație primară; 3 - zona de evacuare (stratul pielii); 4 - canal central (zona de preîncălzire); 5 - inductor; 6 - tub de protectie care previne defectarea inductorului (instalat doar pe arzatoare scurte); 7, 8, 9 - tuburi externe, intermediare, respectiv centrale

3. Procese în flacără

Substanța analizată MX sub formă de aerosol intră în flacără și suferă o serie de transformări:

MX (soluție) ↔ MX (solid) ↔ MX (gaz) ↔ M + X ↔ M + + X↔ …

M + + hν (M +)*

M* este starea excitată a elementului M care se determină.

În prima etapă, solventul utilizat se evaporă și se formează forme moleculare ale substanțelor dizolvate anterior în stare cristalină. Apoi are loc procesul de descompunere a moleculelor substanțelor analizate. La temperaturi suficient de scăzute, moleculele se dezintegrează în atomi; la temperaturi mai ridicate, se poate produce procesul de ionizare a atomilor rezultați, iar la temperaturi foarte ridicate se pot forma nuclee goale și gaz de electroni.

În stadiul de atomizare, particulele atomice sunt excitate din cauza coliziunilor între ele sau datorită absorbției cuantelor de radiație.

Excitația este tranziția unor electroni ai unui atom la un nivel de energie mai înalt.

Într-o stare excitată, atomii nu trăiesc mult (10 -5 - 10 -8 sec), apoi revin la starea lor inițială, emițând un cuantum de energie. Această cantitate de energie emisă de un atom excitat este semnalul analitic din centrala nucleară.

Intensitatea liniei din spectrul de emisie poate fi calculată folosind ecuația:

eu ν isp. = hν 12 A 12 N 1

unde h este constanta lui Planck,

ν 12 este frecvența de tranziție între stările atomice 1 și 2, care este legată de lungimea de undă prin relația: νλ = c (c este viteza luminii),

A 12 este coeficientul Einstein, care determină probabilitatea unei anumite tranziții,

N 1 – numărul de atomi în starea 1.

În plus față de principalele procese notate, unele procese nedorite apar și în flacără, ducând la interferențe care interferează cu determinarea.

Cele mai tipice interferențe sunt clasificate după cum urmează:

Interferență cu formarea vaporilor atomici

Interferența spectrală

Interferență de ionizare.

Interferența în formarea vaporilor atomici este observată în cazurile în care o anumită componentă a probei afectează viteza de evaporare a particulelor care conțin substanța care se determină. Sursa unei astfel de interferențe poate fi o reacție chimică care afectează evaporarea particulelor solide sau un proces fizic în timpul căruia evaporarea principalelor componente ale probei afectează formarea unui vapor de atomi (molecule) ai substanțelor care se determină.

Un exemplu de astfel de influență este determinarea calciului în prezența ionilor de fosfat. S-a stabilit că o soluție de calciu care conține ioni de fosfat dă un semnal mai mic în flacără decât o soluție de calciu de aceeași concentrație, dar în absența ionilor de fosfat.

Se crede că acest fenomen se datorează formării unui compus stoechiometric între calciu și fosfat, care se evaporă mai lent decât calciul în absența ionilor de fosfat.

Dovada acestei presupuneri este că gradul în care fosfatul suprimă semnalul de calciu este cel mai mare în punctele situate în partea inferioară a flăcării, în afara imediată vecinătate a marginii arzătorului. Dacă acest semnal este măsurat în partea superioară a flăcării, unde particulele care conțin calciu au mai mult timp să se evapore, mărimea semnalului crește deoarece majoritatea atomilor de calciu care au fost legați de ionii de fosfat sunt eliberați.

Interferența cauzată de ionii de fosfat poate fi minimizată nu numai prin măsurarea semnalului din partea superioară a flăcării, ci și prin alte mijloace.

Astfel, utilizarea unor modele mai avansate de atomizor și arzător face posibilă obținerea unui aerosol foarte subțire, care formează cu ușurință, după evaporarea solventului, cele mai mici particule de analit, a căror evaporare necesită mult mai puțin timp și interferențe. din prezenţa ionilor de fosfat se reduce.

Viteza de evaporare a particulelor poate fi crescută și prin creșterea temperaturii flăcării utilizate.

Interferența cu formarea vaporilor atomici poate fi minimizată sau chiar eliminată prin utilizarea unor substanțe speciale numite „agenți de eliberare”. Aceste substanțe promovează eliberarea atomilor de calciu din particulele care conțin calciu care se evaporă lent.

De exemplu, atunci când se adaugă cantități mari de ioni de lantan la soluția de testare care conține ioni de calciu și fosfat, atomizarea calciului crește ca urmare a faptului că ionii de lantan se leagă de preferință la ionii de fosfat.

Agenții de complexare, de exemplu, acidul etilendiaminotetraacetic, a cărui adăugare la soluția de testare previne formarea compușilor de calciu cu ioni de fosfat, pot acționa ca agenți de eliberare.

Un alt tip de agent de eliberare este capabil să formeze o matrice în care pot fi dispersate calciul și fosfatul. Astfel de particule într-o flacără se descompun foarte repede și se transformă în abur. De exemplu, dacă se adaugă o cantitate mare de glucoză la o soluție care conține fosfat și elemente alcalino-pământoase, atunci după ce solventul se evaporă, particulele vor consta în principal din glucoză în care sunt distribuiți ionii de calciu și fosfat. Când astfel de particule se descompun într-o flacără, particulele de calciu și fosfat au dimensiuni foarte mici și se transformă ușor în abur.

Al doilea proces nedorit care are loc într-o flacără în timpul formării vaporilor atomici este formarea de monoxizi metalici FeO, CaO, deoarece oxigenul este prezent în gazul combustibil):

În acest caz, monoxizii pot fi, de asemenea, excitați și emit lumină, dar într-o regiune cu lungime de undă diferită. Acest proces este eliminat prin creșterea temperaturii flăcării.

Al treilea proces nedorit care are loc într-o flacără în timpul formării aburului atomic este formarea de carburi MeC (carbonul este prezent în gazul combustibil). Pentru a suprima acest proces, amestecul de gaz și temperatura necesare trebuie selectate cu strictețe.

Interferența spectrală apare cel mai adesea din două motive.

În primul rând, poate exista o apropiere suficientă a liniilor de emisie ale diferiților atomi ai probei analizate, care, în condiții de fotometrie cu flacără, sunt percepuți ca radiații ale aceluiași tip de atomi. De exemplu, cea mai sensibilă linie de emisie de bariu (553,56 nm) coincide cu banda largă emisă de CaOH. Pentru a rezolva această problemă, ar trebui utilizate sisteme dispersive spectrale de înaltă rezoluție.

În al doilea rând, interferența spectrală poate apărea și din flacără în sine. Deoarece regiunile lungimii de undă ale unei astfel de radiații de fond de la flăcările utilizate sunt bine cunoscute, acest tip de interferență poate fi eliminat destul de ușor.

Interferența de ionizare este o consecință a unui proces nedorit care are loc în flacără - procesul de ionizare a atomilor substanțelor studiate:

Mg - ē → Mg +

Procesul de ionizare la temperaturi ridicate ale flăcării poate continua până când toți electronii din atom se pierd complet.

Ionii rezultați, ca și atomii, pot fi excitați și, în consecință, emit energie absorbită. Cu toate acestea, desigur, caracteristicile acestei radiații vor diferi de radiația atomilor excitați.

Această împrejurare complică analiza, întrucât apariția procesului de ionizare duce la o scădere a concentrației atomilor care se determină, adică. reduce semnalul care trebuie urmărit și pe baza căruia se calculează concentrația.

Acest proces este suprimat prin introducerea în proba analizată a unei sări a unui metal al cărui atom cedează mai ușor electroni decât atomul care se determină.

Printre sărurile disponibile care pot fi folosite în acest scop se numără sărurile de cesiu. Ele sunt capabile să genereze un exces de electroni în flacără, iar ionizarea atomilor mai greu de ionizat este suprimată, adică. Ionii analizați, cu un exces existent de electroni, se transformă ușor în atomi - în forma lor activă analitic.

Este posibilă suprimarea ionizării atomilor fiind determinată prin scăderea temperaturii flăcării utilizate. Dar pe măsură ce temperatura scade, scade și concentrația atomilor excitați în flacără, ceea ce este nedorit.

Astfel, radiația de interes pentru noi este cauzată de tranziția electronilor din starea excitată la starea fundamentală, care este determinată de diferența de energii electronilor la diferite niveluri ∆E.

Desigur, pentru marea majoritate a diferiților atomi, ∆E este, de asemenea, diferit.

E 2 – E 1 = hν = = , unde

h – constanta lui Planck;

c este viteza luminii.

Cunoscând ∆E (valorile sunt tabulate), se poate calcula lungimea de undă a radiației.

Dacă ∆E este exprimat în eV, cunoscând ∆E, puteți calcula λ.

De exemplu, pentru calciu ∆E = 2,95 eV, atunci

λ Ca = = 4200 Å

Dacă emisia de la o flacără care conține calciu este trecută printr-un monocromator și apoi fotografiată, imaginea va arăta astfel și se numește spectru de emisie:

Orez. 1. Spectrul de emisie de linie

Desigur, cu cât mai multe tranziții electronice sunt posibile, cu atât numărul ν este mai mare.

O astfel de imagine se numește spectru de emisie de linii, care este „amprenta spectrală” a unui atom, deoarece din setul acestor linii și energiile lor este posibil să se determine ce atom este prezent în soluția analizată. Prin urmare, spectrul este o caracteristică calitativă puternică a unei substanțe.

Există unele dependențe: cu cât temperatura este mai mare, cu atât se observă mai multe linii cu energii mari de tranziție. La temperaturi scăzute, linia cea mai intensă va fi determinată de tranziția electronilor din prima stare excitată la starea fundamentală, de exemplu 3p → 3s.

Acest spectru este potrivit nu numai pentru analiza calitativă, ci și pentru analiza semi-cantitativă, cu o precizie de ±0,5 ordine de mărime.

Analiza semicantitativă se bazează pe faptul că dispariția sau apariția anumitor linii în spectru depinde de concentrația substanței. La cele mai mici concentrații apar doar liniile cele mai groase, la concentrații mai mari sunt mai multe linii, iar la cele mai mari concentrații sunt mult mai multe linii. Există tabele care oferă date privind limitele de concentrație ale apariției sau dispariției anumitor linii, iar acestea pot fi folosite pentru o evaluare semicantitativă a concentrației unei substanțe.

Pentru a analiza metalele de tranziție, este necesară o flacără la temperatură mai mare, deoarece excitarea lor are loc numai la temperaturi ridicate, ceea ce este asigurat prin utilizarea amestecurilor inflamabile constând din protoxid de azot și acetilenă, sau oxigen și hidrogen.

4. Analiza cantitativă a emisiilor atomice

Analiza cantitativă a emisiilor atomice se bazează pe utilizarea a două tipuri de instrumente:

Fotometre cu emisie atomică

Spectrofotometre cu emisie atomică.

Cu ajutorul acestor dispozitive, fie se izolează o secțiune destul de largă a spectrului, care conține nu numai linia de detectat, fie o secțiune mai îngustă a spectrului, care conține o singură linie de detectat, și este trimisă mai departe către o fotocelulă. sau LED.

Cea mai simplă diagramă a unui fotometru cu emisie atomică (denumită adesea fotometru cu flacără) este următoarea:

Orez. 2. Schema schematică a unui fotometru cu flacără

1 – recipiente cu componente ale amestecului combustibil, 2 – regulatoare de presiune,

3 – camera de pulverizare, 4 – arzător, 5 – soluție de testare,

6 – dispozitiv pentru uscarea camerei de pulverizare,

7 – lentilă de focalizare, 8 – fantă de intrare,

9 – o prismă care separă radiațiile după lungimea de undă sau un filtru de lumină,

10 – fantă de ieșire, 11 – detector fotoelectric,

12 – dispozitiv de înregistrare

Există anumite cerințe pentru un ecran cu fantă: ecranul trebuie să fie cât mai lat posibil, iar fanta cât mai îngustă posibil pentru a permite doar radiația din partea centrală a flăcării arzătorului să treacă fără schimbare, adică astfel încât radiația este liniară sau aproape de liniară.

Ținând cont de faptul că Li, Cs sunt de natură mică, iar K și Na se găsesc în principal, mai ales că diferența de lungimi de undă de radiație pentru K și Na este de aproximativ 150 nm, dispozitivul este de obicei echipat cu patru filtre de lumină care transmit acea parte a spectrului, în care există radiație doar de la unul dintr-un atom dat: un filtru de lumină pentru K, pentru Na, pentru Li, pentru Cs. Un sistem mai complex este spectrofotometrul cu emisie atomică. Un spectrofotometru cu emisie atomică are o diferență semnificativă față de un fotometru cu flacără: conține un sistem monocromatic - o prismă triunghiulară cu un ecran mobil. Sistemul monocromatic dintr-un spectrofotometru cu emisie atomică îndeplinește aceeași funcție ca filtrul de lumină dintr-un fotometru cu emisie atomică: selectează o anumită parte a spectrului, care este apoi alimentată printr-o fantă către o celulă foto. Diferența fundamentală dintre aceste dispozitive este că monocromatorul permite izolarea unei secțiuni mult mai înguste a spectrului decât un filtru de lumină: o secțiune cu o lățime de nivel de 2-5 nm, în funcție de sistemul utilizat. Există sisteme care vă permit să izolați o parte și mai îngustă a spectrului - acesta este o rețea de difracție. Dacă îl faceți foarte mare, puteți selecta o secțiune a spectrului cu o lățime de 0,01-0,001 nm. Datorită acestor capacități, un spectrofotometru cu emisie atomică face posibilă studierea flăcărilor la temperatură înaltă în care sunt prezente multe linii dintr-o mare varietate de atomi. Un spectrofotometru cu emisie atomică multicanal are capacități analitice și mai mari. Schema sa de circuit diferă prin aceea că, după monocromatorul într-un spectrofotometru cu emisie atomică multicanal, nu există o fotocelulă, ci o matrice de diode, unde sunt plasate până la 1000 de diode în poziții diferite. Fiecare dintre diode este conectată la un computer care procesează semnalul total și transmite un semnal analitic (se măsoară curentul de la fiecare diodă).

Orez. 3. Schema schematică a unui spectrofotometru cu emisie atomică multicanal: 1 – arzător, 2 – fantă de intrare, 3 – prismă, 4 – matrice de diode, 5 – înregistrator

Alegerea sistemului informatic poate varia. În versiunile cu arc și scânteie ale spectrofotometriei cu emisie atomică, spectrul este înregistrat folosind o placă fotografică, adică spectrul în sine este fotografiat. Analiza spectrului oferă informații semi-cantitative despre compoziția unei substanțe. Analiza semi-cantitativă a unei substanțe prin spectru pe o placă se bazează pe faptul că intensitatea unei anumite linii este legată logaritmic de concentrația substanței.

Metodele cantitative se bazează pe suma unui semnal analitic - un fotocurent amplificat primit de la un LED sau de la o celulă foto, care este procesat de un computer sau, în cel mai simplu caz, furnizat la cadranul dispozitivului.

Puterea fotocurentului este legată de concentrație printr-un coeficient de proporționalitate:

Coeficientul k va fi constant la caracteristicile electrice constante ale sistemului, precum și la concentrații constante ale formei active analitic în flacără.

Concentrația formei active analitic în flacără depinde de mulți parametri:

De la rata de alimentare cu aerosol la flacără, care, la rândul său, este determinată de presiunea gazului din sistemul de aspirație al dispozitivului,

De la temperatura flăcării, adică asupra raportului gaz combustibil - gaz oxidant.

Cu toate acestea, într-o perioadă îngustă de timp, de exemplu, într-o oră, coeficientul k poate fi asigurat constant.

5. Analiza spectrografică

După obținerea spectrului, următoarea operație este evaluarea analitică a acestuia, care poate fi efectuată folosind o metodă obiectivă sau subiectivă. Metodele obiective pot fi împărțite în indirecte și directe. Primul grup acoperă metode spectrografice, iar al doilea - metode spectrometrice. În metoda spectrografică, fotoemulsia permite obținerea unei caracteristici intermediare a intensității liniei, în timp ce metoda spectrometrică se bazează pe măsurarea directă a intensității liniei spectrale cu ajutorul unui detector de lumină fotoelectrică. În metoda de evaluare subiectivă, elementul sensibil este ochiul uman.

Metoda spectrografică constă în fotografiarea spectrului pe plăci sau film adecvate folosind un spectrograf corespunzător. Spectrogramele rezultate pot fi utilizate pentru analize calitative, semi-cantitative și cantitative.

Metodele spectrografice de analiză spectrală sunt de o importanță deosebită. Acest lucru se datorează în principal sensibilității ridicate a emulsiei fotografice și capacității acesteia de a integra intensitatea luminii, precum și cantității enorme de informații conținute în spectru și capacității de a stoca această informație pentru o perioadă lungă de timp. Instrumentele și echipamentele necesare sunt relativ ieftine, costul materialelor este scăzut, metoda este simplă și ușor de standardizat. Analiza spectrografică este potrivită pentru analiza de rutină și cercetarea științifică. Dezavantajul său este că, din cauza laboriosității operațiilor fotografice, nu este potrivit pentru analiză rapidă, iar acuratețea sa este mai mică, de exemplu, decât acuratețea analizei spectrometrice sau chimice clasice. Analiza spectrografică s-a dezvoltat foarte mult, mai ales în domeniul prelucrării cantității uriașe de informații utile conținute în spectru folosind un microfotometru automat cuplat la un computer.

6. Analiza spectrometrică

Metoda analitică spectrometrică diferă de metoda spectrografică în esență doar prin metoda de măsurare a spectrului. În timp ce în analiza spectrografică intensitatea spectrului este măsurată printr-o etapă intermediară de fotografiere, analiza spectrometrică se bazează pe fotometria directă a intensității liniilor spectrale. Măsurarea directă a intensității are două avantaje practice: datorită absenței prelucrării consumatoare de timp a spectrelor fotografiate și a surselor de eroare asociate, atât viteza de analiză, cât și reproductibilitatea rezultatelor sale cresc semnificativ. În analiza spectrometrică, operațiile de prelevare, pregătire și excitare a spectrelor sunt identice cu operațiile corespunzătoare ale metodei spectrografice. Același lucru se aplică tuturor proceselor care au loc în timpul excitației și efectelor spontane sau create artificial. Prin urmare, acestea nu vor fi discutate mai departe aici. Configurația optică utilizată în metoda spectrometrică, inclusiv sursa de radiație, afișarea acesteia, întregul sistem dispersiv și achiziția spectrului, este aproape identică cu configurația spectrografică. Cu toate acestea, o diferență semnificativă care merită o discuție separată este metoda de furnizare a energiei luminii a liniilor spectrale stratului fotoelectric al fotomultiplicatorului. Operația finală de analiză, și anume măsurarea, este complet diferită de operația corespunzătoare a metodei spectrografice. Prin urmare, această etapă de analiză necesită o discuție detaliată.

7. Analiza vizuală

Al treilea grup de metode de analiză spectrală de emisie include metodele vizuale, care diferă de metodele spectrografice și spectrometrice prin modul în care este evaluat spectrul și, cu excepția cazurilor rare, regiunea spectrală utilizată. Metoda de evaluare a spectrului este subiectivă, spre deosebire de metodele obiective ale celorlalte două metode. În spectroscopia vizuală, receptorul de lumină este ochiul uman și utilizează regiunea vizibilă a spectrului de la aproximativ 4000 la 7600 Å.

În metodele vizuale de analiză spectrală, pregătirea preliminară a probelor și excitarea spectrelor acestora nu diferă în esență de operațiile similare ale altor metode de analiză spectrală. În același timp, descompunerea luminii într-un spectru se realizează exclusiv folosind un spectroscop. În fine, datorită subiectivității metodei de evaluare, tehnicile vizuale diferă semnificativ de tehnicile spectrografice și mai ales spectrometrice. Aceasta înseamnă, de asemenea, că dintre cele trei metode de analiză spectrală, cea vizuală are cea mai mică acuratețe.

Limita de detectare a metodei vizuale este relativ mare. Cele mai sensibile linii de elemente, cu excepția elementelor alcaline și alcalino-pământoase, se află în regiunea ultravioletă a spectrului. Doar linii relativ slabe ale celor mai importante metale grele sunt situate în regiunea vizibilă. Prin urmare, limita lor de detectare prin metoda vizuală este de obicei de zece până la o sută de ori mai proastă. Cu excepția cazurilor foarte rare, metoda vizuală nu este potrivită pentru identificarea elementelor nemetalice, deoarece liniile lor în regiunea vizibilă sunt deosebit de slabe. În plus, excitarea elementelor nemetalice necesită echipamente complexe speciale, iar intensitatea sursei de lumină este insuficientă pentru a evalua liniile spectrale cu ochiul liber.

Spre deosebire de dezavantajele menționate mai sus, marele avantaj al metodei vizuale este simplitatea, viteza și costul redus. Spectroscopul este foarte ușor de utilizat. Deși estimarea spectrului necesită o anumită pregătire, analizele de bază pot fi învățate rapid. Spectrele pot fi evaluate cu ochiul liber, fără dificultățile inerente metodelor indirecte. Această metodă este expresă: de obicei nu durează mai mult de un minut pentru a determina o componentă. Costul echipamentelor auxiliare relativ simple pentru metoda vizuală este scăzut, iar costurile instrumentelor de procesare a probelor, materialelor contra electrodului și energiei electrice sunt, de asemenea, neglijabile. Tehnicile sunt atât de simple încât, cu ceva pregătire, testele pot fi efectuate de tehnicieni de laborator necalificați. Datorită vitezei mari a metodei, costurile cu forța de muncă pe analiză sunt scăzute. Eficiența economică a metodei crește și datorită faptului că analiza poate fi efectuată fără distrugerea probei analizate și la locul în care se află. Aceasta înseamnă că instrumentele portabile pot fi utilizate pentru a analiza, fără eșantionare la fața locului, produse intermediare (de exemplu, tije metalice), produse finite (de exemplu, piese de mașini) sau produse deja instalate (de exemplu, tuburi de cazane de abur supraîncălzite). De asemenea, instrumentele și timpul sunt economisite, munca organizatorică este simplificată și nu este nevoie de metode distructive de eșantionare.

Concluzie

AES este o metodă de determinare a compoziției elementare a unei substanțe din spectrele de linii optice ale radiației atomilor și ionilor probei analizate, excitate în surse de lumină. Ca surse de lumină pentru analiza emisiilor atomice, se utilizează o flacără de arzător sau diferite tipuri de plasmă, inclusiv scânteie electrică sau plasmă cu arc, plasmă cu scânteie laser, plasmă cuplată inductiv, descărcare strălucitoare etc.

AES este cea mai comună metodă expresă, foarte sensibilă, pentru identificarea și cuantificarea elementelor de impurități din substanțele gazoase, lichide și solide, inclusiv cele de înaltă puritate. Este utilizat pe scară largă în diverse domenii ale științei și tehnologiei pentru a controla producția industrială, prospectarea și prelucrarea mineralelor, în cercetarea biologică, medicală și de mediu etc. Un avantaj important al AES în comparație cu alte metode spectrale optice, precum și cu multe metode chimice și fizico-chimice de analiză, este posibilitatea determinării cantitative fără contact, rapidă, simultană a unui număr mare de elemente într-un interval larg de concentrații cu o precizie acceptabilă atunci când folosind o masă mică de probă.

Curs: Bazele fizico-chimice ale epurării prin adsorbție a apei din substanțe organice

Metodele spectroscopice atomice optice bazate pe tranzițiile energetice în atomi pot fi împărțite în trei grupe:

emisie atomică; absorbția atomică; fluorescent atomic.

Metoda spectroscopiei de emisie atomică (AES) se bazează pe emisia (emisia) cuantelor de radiație electromagnetică de către atomii excitați. Schema generală a emisiilor atomice poate fi reprezentată după cum urmează:

A + E →A --- A* + hv,

unde A este un atom al elementului;

A* - atom excitat;

hv - cuantumul luminii emise;

E este energia absorbită de atom.

Un atom este excitat atunci când se ciocnește cu particule de plasmă, arc sau scânteie care au energie cinetică mare. Atunci când un atom absoarbe 100-600 kJ*mol -1 energie, electronul exterior se deplasează la unul dintre nivelurile de energie mai înalte și după - 10 -8 s revine la un nivel inferior. În acest caz, energia este eliberată fie sub formă de lumină hv de o anumită frecvență, fie se pierde sub formă de căldură în timpul ciocnirilor cu alte particule.

Spre deosebire de molecule, un atom nu are subniveluri de vibrație și rotație; doar tranzițiile electronice sunt posibile în el. Deoarece diferența de energie dintre nivelurile electronice este destul de mare, spectrul atomic constă din linii spectrale individuale. Spectrul de emisie constă din multe linii spectrale de intensități diferite. Intensitatea liniilor depinde de numărul de atomi în care are loc una sau alta tranziție. Cu cât tranziția este mai probabilă, cu atât mai mulți atomi sunt implicați în ea, cu atât linia spectrală este mai intensă.

Cele mai probabile tranziții sunt de la nivelul excitat cel mai apropiat de nivelul solului. Liniile spectrale corespunzătoare unei astfel de tranziții se numesc rezonante. Aceste linii au cea mai mare intensitate și sunt cel mai des folosite în analiză.

În spectroscopie atomică, este necesar să se transforme o substanță într-o stare atomică - atomizare. Atomizarea se realizează prin flacără și metode electrotermice.

Fotometria emisiei de flacara. Metoda se bazează pe măsurarea intensității radiațiilor emise de atomii și moleculele excitate într-o flacără. Flăcările se formează în timpul arderii diferitelor substanțe organice (hidrogen, propan, acetilenă etc.) în oxidanți. Temperatura flăcării nu este ridicată (până la 3000 ° C), dar este suficientă pentru a excita liniile de rezonanță ale celor mai excitabili atomi - mai puțin de 600 kJ/mol. Temperatura părților individuale ale flăcării depinde de compoziția amestecului combustibil. În scopuri de analiză, se utilizează de obicei partea superioară a flăcării, unde radiația proprie a flăcării, cauzată de produsele de ardere - fundal, este cea mai mică.

1830 1800 1700 1750 con 2000 1200 3000

1600 Intermediar Intern 1000 300

Zona de con

Orez. 8. Temperatura (°C) în flacăra de acetilenă-oxigen

Substanța de testat este de obicei introdusă în flacără sub formă de soluții (pulverizată); Pentru analiza calitativă, la flacără poate fi adăugată o probă solidă*. În acest caz, în flacără au loc o serie de procese: evaporarea solventului cu formarea de particule solide ale substanței, evaporarea particulelor solide cu formarea de vapori atomici, disocierea moleculelor în atomi, ionizarea parțială, excitarea atomilor. , revenirea atomilor la starea lor originală cu eliberarea de cuante de lumină.

Intensitatea radiației de către atomi (molecule) este proporțională cu concentrația lor în flacără, care la rândul ei este proporțională cu concentrația ionilor din soluție: I = k*c.

Această dependență liniară se observă la un coeficient k constant, a cărui valoare poate fi afectată de interferențe precum autoabsorbția, ionizarea, formarea de compuși slab volatili, modificările modului de funcționare etc.

Intensitatea radiației în metodele de emisie este măsurată în fotometre și spectrofotometre cu flacără, transformând fluxul luminos în curent electric folosind fotocelule.

Circuitul fotometru cu flacără include: un pulverizator de soluție, un arzător în care este alimentat un amestec combustibil, un monocromator, fotocelule și un dispozitiv de înregistrare. Filtrele de interferență (λ ≈ 13 nm) sunt utilizate ca monocromatoare. Pentru a absorbi radiațiile străine, filtrele de absorbție sunt plasate pe calea fluxului de lumină.

În spectroscopia de emisie atomică, arzătoarele cu flux direct sunt utilizate cu introducerea directă a unui amestec de soluție și aer - un aerosol - în flacără. Arzatoarele cu preamestec de gaze si aerosoli sunt folosite mai rar.

Metode de determinare a concentrației. În fotometria cu emisie de flacără, pentru determinarea concentrației se utilizează o dependență liniară a intensității semnalului de radiație analitică de concentrația soluției. Metoda necesită standarde, de ex. soluţii cu concentraţii precis cunoscute. În mod obișnuit, se utilizează o metodă grafică de calibrare, care este reprezentată în coordonatele „forța curentului foto - concentrație”. Dacă compoziția probelor studiate este necunoscută sau diferă de standarde, atunci se recomandă utilizarea metodei aditive.

Dacă energia flăcării nu este suficientă pentru a excita atomii, atunci se folosesc surse electrotermale de arc și scânteie. Cele mai cunoscute surse electrotermale sunt arcul de curent continuu și descărcarea prin scânteie. Un arc are loc atunci când între doi electrozi trece un curent continuu sau alternativ de 30 A la o tensiune de 200 V. Pentru a produce o descărcare de scânteie, la o pereche de electrozi se aplică o tensiune de până la 40 kV. În acest caz, are loc o descărcare, care se repetă de 120 de ori pe secundă, iar temperatura flăcării atinge 4000°C.

Metoda spectroscopiei de absorbție atomică(AAS) se bazează pe absorbția (absorbția) radiației electromagnetice de către atomii unei substanțe în stare liberă. Schema generală a absorbţiei atomice poate fi reprezentată astfel: A + hv → V*.

Atomii absorb cuante de lumină corespunzătoare trecerii de la starea fundamentală la starea excitată. Ca urmare, radiația care trece prin vaporii atomici este atenuată. Dependența gradului de absorbție a radiațiilor de concentrația atomilor este descrisă de legea Bouguer-Lambert-Beer:

lg (l 0 /l 1) = k*l*c,

unde l 0 este intensitatea radiației incidente;

l 1 - intensitatea radiației transmise prin vapori atomici;

l este grosimea stratului de vapori atomici;

k - coeficientul de absorbție atomică;

valoarea lui lg (l 0 /l 1) se numește absorbție atomică A, este similară cu densitatea optică în absorbția moleculară.

În AAS, semnalul analitic este obținut de la atomi neexcitați, prin urmare, numai astfel de surse sunt potrivite pentru atomizare, a căror energie este suficientă pentru a dezintegra substanța în atomi, dar nu pentru a excita atomii. Numărul de atomi excitați nu trebuie să depășească 0,1% din numărul lor total. Aceste cerințe sunt îndeplinite de atomizatoarele cu flacără și electrotermale care utilizează energie termică. Înainte de atomizare, proba analizată este transferată în soluție. Pentru ca absorbția de către atomi să fie vizibilă, radiația cu o gamă foarte îngustă de lungimi de undă trebuie direcționată spre eșantion. În mod ideal, aveți nevoie de radiație cu o lungime de undă corespunzătoare unei tranziții energetice în atomul substanței studiate.

Lămpile cu catod gol, care sunt un cilindru de sticlă cu o fereastră de cuarț umplută cu un gaz inert, sunt aproape de astfel de surse ideale. Se aplică o tensiune înaltă anodului și catodului fixate în cilindru. Cilindrul catodic este realizat din metalul care trebuie determinat. Sub influența unei descărcări de înaltă tensiune, atomii de gaz inert sunt ionizați, direcționați către catod și atomi de metal „eliminați” din acesta, care sunt excitați și emit radiații cu un spectru de linie caracteristic. Radiația este direcționată către flacără, unde se află atomii elementului care se determină, absorbind radiația rezonantă a sursei. Astfel, pentru a identifica fiecare element, ai nevoie de o lampă proprie. Catodul poate fi realizat dintr-un aliaj de metale diferite, ceea ce face posibilă determinarea mai multor elemente corespunzătoare simultan fără schimbarea lămpii.

Orez. 9. Schema unui dispozitiv pentru modificări de absorbție atomică: 1 - lampă cu catod gol; 2 - modulator; 3 - flacără; 4 - monocromator; 5 - detector.

Rolul șanțurilor este îndeplinit de flacără. Monocromatoarele sunt folosite pentru a izola linia dorită din spectrul liniei. Detectoarele nu sunt diferite de cele utilizate în mod obișnuit în instrumentele optice. AAS măsoară intensitatea relativă a două fluxuri de radiații. Unul dintre ele trece prin vapori atomici, celălalt este un flux de comparație. Aceste fluxuri de lumină pot fi suprapuse de radiații străine - fluorescența atomilor substanței studiate la întoarcerea dintr-o stare excitată și strălucirea unei flăcări. Pentru a elimina influența interferentă a acestor tipuri de radiații, se utilizează modularea fluxului luminos. Un modulator este instalat pe calea radiației incidente - un disc cu sloturi. În acest caz, detectorul primește un semnal constant de la flacără, un semnal alternativ de la sursa care a trecut prin eșantion și alte semnale străine. Semnalul alternativ este amplificat, restul este întrerupt. Semnalele sunt transformate în curent electric.

Pentru a determina concentrația, se utilizează în principal metoda curbei de calibrare și metoda adiției.

Metoda AAS este aplicabilă la determinarea majorității metalelor într-o mare varietate de obiecte. Avantajele metodei sunt dependența scăzută a rezultatelor de temperatură și sensibilitatea ridicată, care este asociată cu participarea atomilor neexcitați la absorbție. Metoda AAS are o selectivitate ridicată, deoarece interferența asociată cu suprapunerea liniilor spectrale este mică. Metoda este expresă, eroarea rezultatelor nu depășește 4%, limita de detecție ajunge la 10 -2 μg/ml. Metoda AAS poate determina 76 de elemente în diferite obiecte.

Dezavantajele AAS includ prezența obligatorie a unui set de lămpi cu catod gol pentru fiecare element, precum și nevoia de a transfera proba într-o stare solubilă.

3.1 Analiza spectrală a emisiilor

Analiza spectrală a emisiilor este o metodă de analiză fizico-chimică, sau mai degrabă o metodă optică.

Fiecare substanță, diferită de alte substanțe în compoziția și structura sa, are unele proprietăți individuale inerente numai acesteia. PR, spectrele de emisie, absorbție și reflectare a radiațiilor de către o substanță au o formă caracteristică fiecărei substanțe. Această substanță poate fi recunoscută și după solubilitatea sa și forma cristalului.

Când folosim metode f-x, ne interesează concentrația analitului, adică conținutul acestuia pe unitatea de volum al soluției studiate. Concentrația de substanțe se determină folosindu-se de faptul că există întotdeauna o relație între aceasta și valoarea semnalelor emanate de substanță. Indiferent de metoda de analiză, metodele de calcul al conținutului de componentă dorită în produs sunt aceleași pentru toate metodele fizico-chimice.

3.2 Spectroscopie de emisie atomică: cea mai populară metodă de analiză multi-element

Nu există un dispozitiv spectrometru pentru măsurarea intensității emisiei de lumină utilizată de atomii excitați - o sursă externă separată de radiație ca una curentă: proba în sine, atomii săi excitați, servesc ca sursă de radiație. Atomizarea și excitarea atomilor au loc simultan în atomizor. Un atomizor este o sursă de plasmă la temperatură joasă sau la temperatură ridicată.

Metoda se bazează pe studiul spectrelor de emisie obținute prin excitarea probelor într-o sursă de excitație dură. Pentru a obține un spectru de emisie, trebuie să se imparte energie suplimentară particulelor analitului. În acest scop, în timpul analizei spectrale, o probă este introdusă într-o sursă de lumină, unde este încălzită și evaporată, iar moleculele prinse în faza gazoasă se disociază în atomi care, la ciocnirea cu electronii, se transformă într-o stare excitată. Atomii pot rămâne într-o stare excitată pentru un timp foarte scurt (10-7 secunde). Revenind spontan la o stare normală sau intermediară, ele emit exces de energie sub formă de cuante de lumină.

Intensitatea liniei spectrale sau puterea de radiație în timpul tranziției atomilor de la o stare energetică la alta este determinată de numărul de atomi emitenți Ni (numărul de atomi în starea excitată i) și de probabilitatea Aik de tranziție a atomilor. de la starea i la starea k.

Temperatura optimă la care se atinge intensitatea maximă a liniei depinde de potențialul de ionizare al atomilor și de energia de excitație a unei linii spectrale date. În plus, gradul de ionizare a atomilor și, prin urmare, intensitatea liniei spectrale, depinde și de compoziția chimică și concentrațiile altor elemente.

Intensitatea liniei spectrale depinde de temperatura sursei de lumină. Prin urmare, în analiza spectrală a emisiilor atomice se obișnuiește să se măsoare intensitatea liniei analitice în raport cu intensitatea unei anumite linii de referință. Cel mai adesea aceasta este o linie care aparține componentei principale a probei.

În practica analizei spectrale a emisiilor atomice, arcuri electrice de curent continuu și alternativ, flacără, scânteie condensată de joasă și înaltă tensiune, descărcare de impuls de joasă tensiune, descărcare cu microunde etc. sunt utilizate ca surse de excitare a spectrelor.

Pentru înregistrarea spectrului se folosesc dispozitive vizuale, fotografice și fotoelectrice. În cele mai simple instrumente - stilometre și stiloscoape, intensitatea liniilor spectrale este evaluată vizual printr-un ocular. În spectrografe, plăcile fotografice sunt folosite ca receptori de radiații. În contoarele cuantice și stilometrele fotoelectrice, o fotocelulă servește ca receptor de radiație.

Pentru analiza cantitativă, este necesară încă o operație: se măsoară intensitatea benzilor spectrale aparținând macroelementelor și, folosind grafice sau standarde de calibrare construite anterior, se calculează concentrația acestora, adică se stabilește compoziția cantitativă a probei. Pentru analiza cantitativă prin spectroscopie de emisie atomică, plasma este preferată ca sursă de excitație față de o descărcare cu arc sau scânteie. Datorită fluctuațiilor condițiilor de excitație, atunci când se determină concentrația unui element, linia altui element, numită standard intern, trebuie utilizată pentru comparație.

Analiza calitativă a produselor alimentare cu ajutorul spectroscopiei de emisie atomică cuprinde următoarele operații: obținerea unui spectru, determinarea lungimii de undă a liniilor spectrale. Pe baza acestor date, cu ajutorul tabelelor de căutare, se determină că liniile spectrale aparțin anumitor macroelemente, adică se determină compoziția calitativă a probei.

Folosind atomizoare cu plasmă, este posibilă și analiza calitativă pentru metale și acele nemetale a căror energie de excitare se află în regiunea UV-vizibilă.

Toate metodele de spectroscopie de emisie atomică sunt relative și necesită calibrare folosind standarde adecvate.

Măsurarea intensității liniilor spectrale în analiza spectrală de emisie poate fi efectuată prin metode vizuale, fotografice și fotoelectrice.

În primul caz, se face o comparație vizuală a intensităților liniilor spectrale ale macroelementului care se determină și a liniilor din apropiere din spectrul componentei principale a probei.

Metodele fotografice pentru înregistrarea spectrelor sunt cele mai utilizate pe scară largă în analiza spectrală a emisiilor atomice. Avantajul lor este documentarea analizei, înregistrarea simultană, limite scăzute de detecție pentru multe elemente și posibilitatea prelucrării statistice repetate a spectrelor.

În cazul înregistrării fotografice, graficele de calibrare suferă o schimbare din cauza fluctuațiilor proprietăților emulsiei fotografice de la o placă la alta și a reproducerii insuficient de precise a condițiilor de dezvoltare.

Pentru a obține date cu mare viteză și acuratețe, sunt utilizate pe scară largă metode fotoelectrice de înregistrare și fotometrie a spectrelor. Esența acestor metode este că fluxul luminos al liniei analitice dorite este separat de restul spectrului de probă folosind un monocromator și convertit într-un semnal electric. Intensitatea liniei este măsurată prin valoarea acestui semnal (curent sau tensiune).

Spectrometrele moderne sunt echipate cu baze de date care conțin până la 50.000 de linii importante de diferite elemente. Prin scanarea secvențială a întregului interval de lungimi de undă cu astfel de dispozitive, este posibil să se efectueze o analiză calitativă completă într-un timp destul de scurt - 45 de minute.

Spectroscopia de emisie atomică este utilizată oriunde este necesară analiza cu mai multe elemente: în medicină, când se studiază compoziția minereurilor, mineralelor, apelor, se analizează calitatea produselor alimentare și conținutul de macroelemente din acestea.

3.3 Analiza spectrală de absorbție atomică

AAA este o metodă de determinare a concentrației prin absorbția straturilor de parametri ai unui element de lumină monocromatică, a cărui lungime de undă corespunde centrului liniei de absorbție. Analiza se efectuează folosind cele mai sensibile linii spectrale în absorbție, care corespund tranzițiilor de la starea fundamentală la o stare de energie superioară. În cele mai multe cazuri, aceste linii sunt, de asemenea, cele mai sensibile în analiza emisiilor. Dacă moleculele unei substanțe absorb lumina în dungi pe lungimi de undă largi, atunci absorbția de perechi de atomi are loc în limite înguste, de ordinul a miimii de nanometru.

În AAA, analitul este descompus în atomi sub influența energiei termice. Acest proces se numește atomizare, adică transformarea unei substanțe într-o stare de vapori, în care elementele care se determină sunt sub formă de atomi liberi capabili să absoarbă lumina. Emisia și absorbția luminii sunt asociate cu procesele de tranziție a atomilor de la o stare staționară la alta. Când sunt excitați, atomii se deplasează într-o stare staționară k cu energia Ek și apoi, revenind la starea fundamentală inițială i cu energie, emit lumină de o anumită frecvență.

Tranzițiile radiative apar spontan, fără nicio influență externă.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

EFECTUL FIZIC

Emisia atomicăspectroscopie, CNE sau analiza spectrală a emisiilor atomice - un set de metode de analiză elementară bazată pe studiul spectrelor de emisie ale atomilor și ionilor liberi în faza gazoasă în intervalul de lungimi de undă 150-800 nm.

Analiza spectrală a emisiilor atomice este o metodă de determinare a compoziției chimice a unei substanțe din spectrul de emisie al atomilor ei sub influența unei surse de excitație (arc, scânteie, flacără, plasmă).

Atomii sunt excitați atunci când unul sau mai mulți electroni se deplasează la un nivel de energie mai îndepărtat. În stare normală (neexcitată), atomul are cea mai mică energie E 0 . Un atom poate fi într-o stare excitată (instabilă) pentru un timp foarte scurt (? 10 -7 - 10 -8 sec) și se străduiește întotdeauna să ocupe o stare normală, neexcitată. În acest caz, atomul emite energie în exces sub formă de radiație fotonică.

unde E 2, E 1 - energia nivelurilor superioare și inferioare; n - frecventa; c este viteza luminii; l este lungimea de undă a radiației; h este constanta lui Planck.

Pentru ca un atom să se deplaseze la un nivel de energie mai înalt, trebuie să transfere energie numită potențial de excitație. Energia minimă necesară pentru a-și îndepărta electronul de valență exterior dintr-un atom neexcitat este potențialul de ionizare (energia de excitație).

O linie spectrală este o radiație de orice lungime de undă, corespunzătoare unei anumite tranziții energetice a unui atom excitat.

Intensitatea liniei spectrale (I) este direct proporțională cu numărul de particule excitate (N *), deoarece excitaţia atomilor este de natură termică. Atomii excitați și neexcitați sunt în echilibru termodinamic unul cu celălalt, care este descris de ecuația Boltzmann:

Unde N 0 - numărul de atomi neexcitați; g*, g 0 - greutăți statice ale stărilor excitate și neexcitate ale atomilor; E - energia de excitație; k este constanta lui Boltzmann; T - temperatura.

Astfel, la o temperatură constantă N * este direct proporțional cu N 0, adică. de fapt, numărul total de atomi dați din probă. Numărul total de atomi este direct proporțional cu concentrația (c) a elementului din probă.

Adică, intensitatea liniei spectrale de emisie poate fi utilizată ca semnal analitic pentru a determina concentrația elementului:

unde a este un coeficient în funcție de condițiile procesului.

În AESA, alegerea corectă a condițiilor de atomizare și măsurarea semnalului analitic este crucială, prin urmare, în condiții reale AESA, se utilizează formula Lomakin-Shaibe:

unde b este un coeficient constant în funcție de tranzițiile energetice cauzate de radiația unei linii spectrale date; determină unghiul de înclinare a graficului de calibrare al elementului controlat.

Deoarece compoziția chimică a probelor este controlată pe o gamă largă de concentrații, formula Lomakin-Shaibe este utilizată în coordonate logaritmice:

Graficul 1 Graficul de calibrare al dependenței intensității liniei spectrale de concentrația elementului care se determină

Graficul 2 Caracteristica gradată pentru determinarea sulfului S în oțelurile cu conținut ridicat de crom

SCHEMA PRINCIPALĂ DE CONDUITĂ A CNEI

Analiza spectrală se bazează pe studiul structurii luminii care este emisă sau absorbită de substanța analizată. Să luăm în considerare schema analizei spectrale de emisie (Fig. 1). Pentru ca o substanță să emită lumină, este necesar să îi transferați energie suplimentară. Atomii și moleculele analitului trec apoi într-o stare excitată. Revenind la starea lor normală, ei degajă excesul de energie sub formă de lumină. Natura luminii emise de solide sau lichide depinde de obicei foarte puțin de compoziția chimică și, prin urmare, nu poate fi utilizată pentru analiză. Radiația din gaze are un caracter complet diferit. Este determinată de compoziția probei analizate. În acest sens, în timpul analizei emisiilor, înainte de excitarea unei substanțe, aceasta trebuie evaporată.

Fig 1 Diagrama schematică a analizei spectrale de emisie: 1 -- Sursă de lumină; 2 -- condensator de iluminat; 4 -- aparat spectral; 5 -- înregistrarea spectrului; 6 -- determinarea lungimii de undă a liniilor sau benzilor spectrale; 7 -- analiza calitativă a probei folosind tabele și atlase; 8 -- determinarea intensitatii liniilor sau dungilor; 9 -- analiza cantitativă a probei folosind o diagramă de calibrare

Evaporarea și excitarea se efectuează în surse Sveta,în care se introduce proba analizată. Ca surse de lumină se folosesc flăcări la temperatură înaltă sau diferite tipuri de descărcări electrice în gaze: arc, scânteie etc. Pentru a obține o descărcare electrică cu caracteristicile cerute, folosiți generatoare.

Temperaturile ridicate (mii și zeci de mii de grade) în sursele de lumină duc la dezintegrarea în atomi a moleculelor majorității substanțelor. Prin urmare, metodele de emisie sunt utilizate, de regulă, pentru analiza atomică și doar foarte rar pentru analiza moleculară.

Radiația sursei de lumină constă în radiația atomilor tuturor elementelor prezente în probă. Pentru analiză, este necesar să izolați radiația fiecărui element. Acest lucru se realizează folosind instrumente optice - dispozitive spectrale , în care razele de lumină de lungimi de undă diferite sunt separate în spațiu unele de altele. Radiația unei surse de lumină, împărțită în lungimi de undă, se numește spectru.

Principalele părți ale dispozitivului spectral (Fig. 2) sunt: fanta de intrare S, iluminat de radiația studiată; lentila colimator DESPRE 1, în planul focal al căruia se află fanta de intrare S; dispozitiv de dispersie D, care operează în fascicule paralele de raze; lentila de focalizare DESPRE 2, creând în suprafața sa focală R imagini monocromatice ale fantei de intrare, a căror totalitate formează spectrul. De regulă, ca element de dispersie sunt folosite fie prisme, fie rețele de difracție.

Fig 2 Diagrama optică schematică a unui dispozitiv spectral (l 1< л 2 <л 3)

Dispozitivele spectrale sunt proiectate astfel încât vibrațiile luminoase ale fiecărei lungimi de undă care intră în dispozitiv să formeze o linie. Câte unde diferite au fost prezente în radiația unei surse de lumină, atâtea linii se obțin în aparatul spectral.

Spectrele atomice ale elementelor constau din linii individuale, deoarece radiația atomilor conține doar unele unde specifice (Fig. 3, A). Radiația de la solide sau lichide fierbinți conține lumină de orice lungime de undă. Liniile individuale din aparatul spectral se contopesc unele cu altele. O astfel de radiație are un spectru continuu (Fig. 3, V). Spre deosebire de spectrul de linii ale atomilor, spectrele de emisie moleculară ale substanțelor care nu s-au degradat la temperaturi ridicate sunt dungi (Fig. 3, b). Fiecare dungă este formată dintr-un număr mare de linii strâns distanțate.

Orez. 3 tipuri de spectre

Tipuri de spectru:

A-- guvernat; b-- in dungi; liniile individuale care alcătuiesc banda sunt vizibile; V--solid.

Cele mai întunecate locuri din spectru corespund celei mai mari intensități luminoase (imagine negativă)

Lumina, descompusă într-un spectru într-un aparat spectral, poate fi vizualizată vizual sau înregistrată folosind fotografii sau dispozitive fotoelectrice. Proiectarea aparatului spectral depinde de metoda de înregistrare a spectrului. Spectroscoapele - stiloscoape și stilometre - sunt folosite pentru observarea vizuală a spectrelor. Spectrele sunt fotografiate folosind spectrografe . Dispozitivele spectrale - monocromatoarele - fac posibilă izolarea luminii de o lungime de undă, după care poate fi înregistrată folosind o fotocelulă sau alt receptor de lumină electrică.

Într-o analiză calitativă, este necesar să se determine ce element este emis de o anumită linie din spectrul probei analizate. Pentru a face acest lucru, trebuie să găsiți lungimea de undă a liniei după poziția sa în spectru și apoi, folosind tabele, să determinați apartenența acesteia la unul sau la altul. Pentru a vizualiza o imagine mărită a spectrului pe o placă fotografică și a determina lungimea de undă, se folosesc microscoape de măsurare, spectroproiectoare și alte instrumente auxiliare.

Intensitatea liniilor spectrale crește odată cu creșterea concentrației elementului din probă. Prin urmare, pentru a efectua o analiză cantitativă, este necesar să se găsească intensitatea unei linii spectrale a elementului care se determină. Intensitatea liniei este măsurată fie prin înnegrirea ei într-o fotografie a spectrului (spectrogramă), fie imediat prin mărimea fluxului de lumină care iese din aparatul spectral. Cantitatea de înnegrire a liniilor din spectrogramă este determinată cu ajutorul microfotometrelor.

Relația dintre intensitatea liniei din spectru și concentrația elementului din proba analizată se stabilește folosind standarde - eșantioane similare cu cele analizate, dar cu o compoziție chimică precis cunoscută. Această relație este de obicei exprimată sub formă de grafice de calibrare.

Mai jos sunt spectrele de emisie ale Fe și H:

Orez. 4.1 Spectrul de emisie de Fe

Orez. 4,2 spectru de emisie H

METODOLOGIA DE CERCETARE

Procesul de analiză spectrală a emisiilor atomice constă din următoarele părți principale:

1. Pregătirea probei (pregătirea probei)

2. Evaporarea probei analizate (dacă nu este gazoasă);

3. Disocierea - atomizarea moleculelor sale;

4. Excitarea radiațiilor de la atomii și ionii elementelor probei;

5. Descompunerea radiației excitate într-un spectru;

6. Înregistrarea spectrului;

7. Identificarea liniilor spectrale - în vederea stabilirii compoziţiei elementare a probei (analiza calitativă);

8. Măsurarea intensității liniilor analitice ale elementelor de probă de cuantificat;

9. Găsirea conținutului cantitativ al elementelor folosind dependențe de calibrare prestabilite.

O probă din substanța de testat este introdusă într-o sursă de radiații, unde se evaporă, disociază molecule și excită atomii (ionii) rezultați. Acestea din urmă emit radiații caracteristice, care intră în dispozitivul de înregistrare al instrumentului spectral.

În AESA calitativ, spectrele probelor sunt comparate cu spectrele elementelor cunoscute date în atlasele și tabelele de linii spectrale corespunzătoare și astfel se stabilește compoziția elementară a substanței analizate. În analiza cantitativă, concentrația elementului dorit în substanța analizată este determinată de dependența mărimii semnalului analitic (densitatea de înnegrire sau densitatea optică a liniei analitice pe o placă fotografică; fluxul luminos către un receptor fotoelectric) elementul dorit cu privire la conținutul său din eșantion. Această dependență este determinată într-un mod complex de mulți factori greu de controlat (compoziția în vrac a probelor, structura lor, dispersia, parametrii sursei de excitație a spectrelor, instabilitatea dispozitivelor de înregistrare, proprietățile plăcilor fotografice etc. ). Așadar, de regulă, pentru stabilirea acestuia, se folosește pentru calibrare un set de probe, care din punct de vedere al compoziției brute și al structurii sunt cât mai apropiate de substanța analizată și conțin cantități cunoscute ale elementelor care se determină. Astfel de probe pot fi aliaje metalice special preparate, amestecuri de substanțe, soluții, inclusiv probe standard produse de industrie. Pentru a elimina influența asupra rezultatelor analizei a diferențelor inevitabile în proprietățile probelor analizate și standard, se folosesc tehnici diferite; de exemplu, sunt comparate liniile spectrale ale elementului care se determină și așa-numitul element de referință, care este apropiat ca proprietăți chimice și fizice de elementul care se determină. Atunci când analizați materiale de același tip, puteți utiliza aceleași dependențe de calibrare, care sunt ajustate periodic folosind mostre de verificare.

Sensibilitatea și acuratețea AESA depind în principal de caracteristicile fizice ale surselor de excitație a spectrelor - temperatură, concentrația de electroni, timpul de rezidență al atomilor în zona de excitație a spectrelor, stabilitatea modului sursei etc. Pentru a rezolva o anumită analiză. problema, este necesară selectarea unei surse de radiații adecvate și optimizarea caracteristicilor acesteia folosind diverse tehnici - utilizarea unei atmosfere inerte, aplicarea unui câmp magnetic, introducerea de substanțe speciale care stabilizează temperatura de descărcare, gradul de ionizare a atomilor. , procese de difuzie la nivel optim etc. Datorită varietății de factori care se influențează reciproc, sunt adesea folosite metode de planificare matematică a experimentelor.

Rezultatele prezentate mai jos includ desene care ilustrează cât de diferite sunt spectrele diferitelor elemente (în acest exemplu, aluminiu, cupru, wolfram și fier) unele de altele.

Axa ordonatelor arată intensitatea I în unități arbitrare. Abscisa arată lungimea de undă l în nanometri, intervalul spectral este de 172-441 nm. Spectrele au fost luate pe un spectrometru cu scânteie:

Orez. 5.1 Spectrul de emisie AL

Orez. 5.1 Spectrul de emisie al Cu

Orez. 5.1 Spectrul de emisie al aliajului W

Orez. 5.1 Spectrul de emisie de Fe

CLASIFICAREA METODELOR NPP

După primirea spectrului, următorul pas este evaluarea lui apolitică, care poate fi efectuată folosind o metodă obiectivă sau subiectivă. Metodele obiective pot fi împărțite în indirecte și directe. Primul grup acoperă metode spectrografice, iar al doilea - metode spectrometrice. În metoda spectrografică, fotoemulsia permite obținerea unei caracteristici intermediare a intensității liniei, în timp ce metoda spectrometrică se bazează pe măsurarea directă a intensității liniei spectrale cu ajutorul unui detector de lumină fotoelectrică. În metoda de evaluare subiectivă, elementul sensibil este ochiul uman.

Spectrograficanaliză

Metoda spectrografică constă în fotografiarea spectrului IR al plăcilor sau filmelor adecvate folosind un spectrograf adecvat. Spectrogramele rezultate pot fi utilizate pentru analize calitative, semi-cantitative și cantitative. Când se excită și se fotografiază spectre ale mostrelor de diferite materiale, este necesar să se respecte cu strictețe instrucțiunile relevante. Ar trebui de asemenea discutate problemele organizatorice ale creării și exploatării unui laborator spectrografic.

Metodele spectrografice de analiză spectrală sunt de o importanță deosebită. Acest lucru se datorează în principal sensibilității ridicate a emulsiei fotografice și capacității acesteia de a integra intensitatea luminii, precum și cantității enorme de informații conținute în spectru și capacității de a stoca această informație pentru o perioadă lungă de timp. Instrumentele necesare și alte echipamente sunt relativ ieftine, costul materialelor este scăzut, metoda este simplă și ușor de standardizat. Analiza spectrografică spectrală este potrivită pentru analiza de rutină și cercetarea științifică. Dezavantajul său este că, din cauza laboriosității operațiilor fotografice, nu este potrivit pentru analiză rapidă, iar acuratețea sa este mai mică, de exemplu, decât acuratețea analizei spectrometrice sau chimice clasice. Acest lucru nu este întotdeauna cazul când se determină oligoelemente. Se speră ca analiza spectrografică să primească o mare dezvoltare, mai ales în domeniul prelucrării cantității uriașe de informații utile conținute în spectru, folosind un microfotometru automat conectat la un computer.

Spectrometricanaliză

Vizualanaliză

Al treilea grup de metode de analiză spectrală de emisie include metodele vizuale, care diferă de metodele spectrografice și spectrometrice prin modul în care este evaluat spectrul și, cu excepția cazurilor rare, regiunea spectrală utilizată. Metoda de evaluare a spectrului subiectiv spre deosebire de căile obiective ale celorlalte două metode. În spectroscopia vizuală, receptorul de lumină este ochiul uman și utilizează regiunea vizibilă a spectrului de la aproximativ 4000 la 7600 A*.

Cel mai important domeniu de aplicare a metodei de analiză spectrală vizuală este monitorizarea aliajelor metalice și în principal a oțelurilor aliate în timpul producției lor în scopul sortării. Metoda este, de asemenea, utilizată pentru a clasifica metale sau oțeluri aliate atunci când se selectează materiale valoroase din fier vechi. În alte domenii, de exemplu în analiza materialelor dielectrice, metoda vizuală nu joacă încă un rol semnificativ. Cu toate acestea, se presupune că după îmbunătățire poate găsi aplicație în acest domeniu și în domenii similare.

SURSE DE EXCITARE A SPECTRELOR

În practica analizei spectrale a emisiilor atomice, flăcările, arcurile electrice de curent continuu și alternativ, scânteia condensată de joasă și înaltă tensiune, descărcarea impulsurilor de joasă tensiune, diferite forme de descărcare de gaz strălucitor etc. sunt folosite ca surse de excitație a În ultimii 10-15 ani, acestea s-au răspândit pe scară largă diferite tipuri de descărcări de înaltă frecvență: plasmă cuplată inductiv de înaltă frecvență (ICP) într-o atmosferă de gaze inerte la presiunea atmosferică, descărcare de ultra-frecvență (micunde) , etc.

1 Flacără

Flacăra este folosită ca atomizor și sursă de excitație a spectrelor în metoda fotometriei flăcării, precum și una dintre principalele metode de atomizare a substanțelor în metoda de analiză a absorbției atomice. Cele mai frecvent utilizate flăcări sunt amestecurile aer-acetilenă (T=2100-2400 K) și oxid de azot(I)-acetilenă (T=3000-3200 K), mai rar flăcări ale amestecurilor aer-propan (T=2000-2200 K). ) și oxid de azot (I) - propan (T = 3000 K).

Temperatura flăcării asigură o limită de detecție destul de scăzută pentru elementele a căror energie, excitarea liniilor de rezonanță nu depășește 5 eV; compușii lor sunt suficient de atomizați în flacără. Metoda fotometriei cu flacără are o importanță deosebită pentru determinarea microcantităților de compuși ai metalelor alcaline și alcalino-pământoase, pentru care limita de detecție prin această metodă este în intervalul 0,0001-0,01 mg/l. Stabilitatea spatiotemporala mare a flacarilor asigura o buna reproductibilitate a rezultatelor obtinute prin aceasta metoda. Când se utilizează pulverizarea continuă a soluțiilor, abaterea standard relativă care caracterizează reproductibilitatea nu este la nivelul de 0,01 pentru conținutul care depășește limita de detectare cu două ordine de mărime sau mai mult.

Orez. 6 Arzătoare pentru spectrometrie de emisie atomică de flacără: A) Și b) arzător convențional Mecker și arzător îmbunătățit: 1 - corp arzator; 2 - suprafata pe care se formeaza flacara; 3 -- orificii pentru evacuarea gazelor inflamabile; 4 -- furnizarea unui amestec de gaze inflamabile și aerosoli; 5 - proeminență pe corpul arzătorului cu orificii; V) arzător combinat cu separarea zonelor de evaporare - atomizarea și excitarea spectrelor: 1 -- arzător principal cu proeminență și găuri l; 3 -- al doilea arzător suplimentar cu flacără de același tip sau temperatură mai mare; 4 - flacără; 5 -- zona de inregistrare a radiatiilor; 6 -- alimentarea unui amestec de gaze combustibile unui arzător suplimentar; 7 -- furnizarea unui amestec de gaze inflamabile și aerosoli la arzătorul principal

Principalele limitări ale metodei fotometriei cu flacără sunt: necesitatea transferului probelor analizate în soluție, nivelul relativ ridicat al efectelor matricei și, de regulă, analiza unui singur element.

Arc electric

arc electric DC

Un arc electric de curent continuu (Fig. 2) este o sursă de temperatură mai mare decât o flacără. Proba analizată, în formă zdrobită, este plasată într-o adâncitură (canal) în electrodul inferior, care, de regulă, este inclus ca anod în circuitul arcului.

Orez. 7 Arc DC ca sursă de excitație a spectrelor: A) Circuit de putere cu arc de curent continuu; b)caracteristicile volt-amper ale unei descărcări cu arc de curent continuu; V) diagrama transferului de atom de la canalul electrodului de carbon: 1 -fracția atomilor care participă la formarea semnalului analitic ( 1a- îndepărtarea în stare liberă, 1b-- îndepărtarea în stare legată în faza condensată); 2 -- eliberarea substanței dincolo de zona de excitație; 3a, 3b-- difuzia in pereti si respectiv in fund; 4a, 4b -- tranziția unei substanțe în zona de excitație sub formă de atomi sau compuși de pe pereții și fundul electrodului

Temperatura plasmei arcului depinde de materialul electrozilor și de potențialul de ionizare al gazului din spațiul interelectrod. Cea mai mare temperatură a plasmei (~7000 K) este atinsă atunci când se folosesc electrozi de carbon. Pentru un arc între electrozii de cupru, este de 5000 K. Introducerea sărurilor elementelor alcaline (de exemplu, potasiul) reduce temperatura plasmei arcului la 4000 K.

Sub acțiunea arcului, capătul anodului este încălzit la aproximativ 3500 K (pentru electrozii de carbon), ceea ce asigură evaporarea probelor solide plasate în craterul anodului. Cu toate acestea, temperatura electrodului în direcția de la capăt scade foarte repede și deja la o distanță de 10 mm este de numai aproximativ 1000 K. Dând electrodului o formă specială, este posibil să se reducă îndepărtarea căldurii și prin urmare să se mărească temperatura a electrodului într-o oarecare măsură.

Într-un arc de carbon DC, spectrele aproape tuturor elementelor sunt excitate, cu excepția unor gaze și nemetale, caracterizate prin potențiale de excitație ridicate. Comparativ cu măsurătorile de emisie sau absorbție a flăcării, descărcarea arcului oferă aproximativ o reducere de ordin de mărime a limitei de detecție a elementelor, precum și o reducere semnificativă a efectelor matricei.

O descărcare de arc este instabilă, unul dintre motivele pentru aceasta este mișcarea continuă a spotului catodic, care asigură de fapt emisia termoionică necesară pentru a menține descărcarea. Pentru a elimina instabilitatea arcului, în circuitul său este inclusă o rezistență mare de balast R. Curentul care curge prin arc conform legii lui Ohm

Aici U-- tensiunea sursei de alimentare a arcului; r-- rezistența la golul arcului.

Cu cât rezistența la balast este mai mare R, cu atât influența fluctuațiilor este mai mică r pentru a modifica curentul electric al arcului. Din același motiv, este benefic să creșteți tensiunea de alimentare a arcului (puteți lua o tensiune mai mare R). La generatoarele moderne, tensiunea de alimentare a arcului este de obicei 350 V. Curentul arcului este de obicei în intervalul 6-10 A. Pentru a evapora materialele refractare (de exemplu, Al 2 O 3), o creștere a puterii curentului la 25-30 Este necesar A. Mijloacele electronice vă permit să stabilizați curentul arcului la 25 A cu fluctuații de cel mult 1% când tensiunea de alimentare se modifică în intervalul 200-240 V, iar utilizarea amplificatoarelor magnetice ca element de control face posibilă creșterea eficienței generatorului de arc până la 90% .

Pentru a îmbunătăți condițiile de excitare a spectrelor, utilizați controlat atmosfera(de exemplu, argon sau alte medii gazoase), stabilizarea poziției plasmei în spațiu printr-un câmp magnetic (în special, rotativ) sau flux de gaz. Utilizarea unei atmosfere controlate face posibilă eliminarea benzilor de cianogen observate în regiunea de 340-420 nm și care se suprapun multor linii sensibile ale diferitelor elemente.

Arc electric AC

O descărcare cu arc poate fi alimentată și cu curent alternativ, dar o astfel de descărcare nu poate exista independent. Atunci când direcția curentului se schimbă, electrozii se răcesc rapid, emisia termoionică se oprește, intervalul arcului este deionizat și descărcarea se stinge, prin urmare, pentru a menține arcul, se folosesc dispozitive speciale de aprindere: spațiul arcului este străpuns cu un arc înalt. -impuls de frecventa de inalta tensiune, dar de putere mica (Fig. 3).

Orez. 8 Circuit de arc activat AC de joasă tensiune: eu -- circuit principal; II-- circuit auxiliar; R-- reostat putere arc; A -- ampermetru; d -- durata de lucru în arc; L-- bobina secundară a transformatorului de înaltă frecvență; CU-- condensator de blocare (0,5-2 µF); Tr-- transformator step-up; La --bobina primară a transformatorului de înaltă frecvență; Sa-- condensator activator (3000 µF); RTp-- rezistenta activatorului; da -- decalajul de biți al activatorului

Diagrama unui astfel de arc poate fi împărțită în două părți: principală și auxiliară. Partea principală a circuitului arată exact la fel ca pentru un arc de curent continuu, cu excepția condensatorului de șunt CU, împiedicând pătrunderea curenților de înaltă frecvență în rețea.

În activator, un transformator step-up (120/260/3000 V, 25 W) creează o tensiune de ~3000 V pe înfășurarea secundară și încarcă condensatorul Ca. În momentul defectării eclatorului auxiliar da V circuit format dintr-o bobină La, condensator Cași opritor da, apar oscilații de înaltă frecvență. Ca rezultat, la capetele celei de-a doua bobine (de înaltă tensiune). L apare un EMF de aproximativ 6000 V, spargând golul de lucru d. Aceste defecțiuni servesc la aprinderea periodică a arcului alimentat prin circuitul principal.

Stabilitatea parametrilor electrici și optici ai unui arc de curent alternativ depinde de stabilitatea tensiunii la care are loc defectarea. Controlul aprinderii pe baza defalcării decalajului auxiliar nu oferă precizia necesară datorită oxidării și altor modificări ale suprafețelor de lucru ale eclatorului în timp. Funcționarea cu arc mai stabilă poate fi asigurată prin reglarea fazei de aprindere a descărcarii cu ajutorul dispozitivelor electronice. Astfel de circuite de control sunt utilizate în majoritatea generatoarelor moderne.

Într-o oarecare măsură, natura pulsată a arcului de curent alternativ duce la faptul că temperatura de descărcare devine puțin mai mare decât într-un arc de curent continuu, iar măsurătorile intensităților liniilor spectrale sunt caracterizate printr-o reproductibilitate mai bună. În același timp, circuitul de control poate fi configurat astfel încât decalajul să fie defalcat nu la fiecare jumătate de ciclu, ci după unul, doi, patru etc. Acest lucru vă permite să reglați încălzirea electrozilor, ceea ce poate fi necesar, de exemplu, atunci când analizați aliaje cu punct de topire scăzut.

Pentru a reduce limitele de detectare a elementelor și pentru a îmbunătăți reproductibilitatea rezultatelor analizei atunci când se lucrează cu descărcări cu arc, adăugarea anumitor reactivi la probele analizate este utilizată pe scară largă pentru a iniția diferite tipuri de reacții termochimice direct în canalele electrozilor arcului. . Aceste reacții fac posibilă transformarea impurităților determinate în compuși foarte volatili și a elementelor matricei care interferează cu determinarea impurităților în compuși nevolatili.

Arc în opțiunea de scurgere

În plus față de versiunea tradițională a arcului cu electrozi poziționați vertical, atunci când se analizează probe de pulbere (de exemplu, minereuri și minerale), un arc este utilizat în așa-numita versiune trezindu-se (umflarea), când o probă fin dispersată nu se evaporă din canalul electrodului de carbon, ci se trezește (injectată) prin plasma cu descărcare în arc între doi (sau trei - cu alimentare trifazată) electrozi de carbon amplasați orizontal.

Orez. 9 Diagrama schematică a introducerii unei probe de pulbere într-o descărcare cu arc folosind metoda injectării prin scurgere: 1 -- proba de pulbere intr-o palnie vibranta; 2 -- electrozi cu arc; 3 -- fluxuri de aer de răcire și plasmă; 4 -- conducta de aer cilindrica; 5 -- plasmă cu arc; 6 -- fereastră în conducta de aer pentru observarea radiațiilor din zona de lucru a plasmei arcului

Proiectarea și principiul de funcționare al unui astfel de arc sunt prezentate în Fig. 4. Din punct de vedere al parametrilor și caracteristicilor, un arc orizontal diferă puțin de unul vertical, însă, datorită faptului că proba este introdusă în arc printr-un flux de gaz (de obicei aer), stabilizează forma și poziția arcului. plasmă cu arc, care în sine ajută la reducerea erorilor aleatorii în analiză în comparație cu un arc convențional nestabilizat spațial între electrozii verticali. În plus, la injectarea uniformă a pulberilor, compoziția norului de arc rămâne neschimbată în timp, prin urmare, principalii parametri ai plasmei arcului (concentrația de atomi și electroni, temperatura) rămân și ei constanți, ceea ce simplifică foarte mult analiza. Principalele probleme ale analizei prin metoda de injectare sunt asociate cu evaporarea incompletă a particulelor de pulbere din cauza duratei scurte de ședere a acestora în plasmă (3 * 10-3 -5 * 10-3 s), ceea ce determină dependența de intensitate. a liniilor spectrale privind dimensiunea și compoziția particulelor din probele de pulbere.

Scânteie. Scânteie de joasă tensiune

Creșterea capacității condensatorului de șunt duce la faptul că energia stocată în acesta va juca un rol vizibil în echilibrul general al descărcării. Acest tip de descărcare se numește scânteie de joasă tensiune. În funcție de parametrii circuitului de scânteie de joasă tensiune, puteți obține diferite moduri de descărcare: oscilatoare ( CR 2 /4L<1), критический (CR 2 /4L>1), aperiodic ( CR 2 /4L?1).

Tensiunea de pe condensatoarele circuitului de descărcare variază de obicei în intervalul 450-1000 V. Prin schimbarea capacității condensatoarelor, a rezistenței reostatelor din circuitul de putere și a inductanței înfășurării secundare a transformatorului, puteți reglați raportul dintre curentul de descărcare al condensatorilor și curentul care trece prin circuitul de alimentare și, prin urmare, modificați fără probleme temperatura de descărcare în direcția dorită (de la modul arc moale la scânteie pură). Mijloacele electronice moderne fac posibilă stabilizarea energiei impulsurilor individuale cu o precizie de nu mai puțin de 0,1%.

Scânteie de înaltă tensiune

În analiza spectrală a metalelor și aliajelor, o scânteie condensată de înaltă tensiune este folosită cel mai adesea ca sursă de lumină (Fig. 5). Transformatorul de creștere încarcă condensatorul CU până la tensiune 10-15 kV. Valoarea tensiunii este determinată de rezistența decalajului auxiliar ÎN, care la rândul său este întotdeauna ales să fie mai mare decât rezistența golului de lucru A. În momentul defalcării decalajului auxiliar, defalcarea decalajului de lucru are loc, de asemenea, simultan, condensatorul CU descărcări și apoi încărcări. În funcție de parametrii circuitului și de viteza de deionizare a golului, următoarea defecțiune poate avea loc fie în același, fie într-un alt semiciclu. Simplitatea și fiabilitatea acestei scheme au asigurat funcționarea cu succes a acesteia.

Orez. 10 Diagrama unei scântei de înaltă tensiune condensată controlată: T-- transformator step-up 15000 V; CU-- condensator; L-- inductanță variabilă; r-- rezistenta de blocare; A-- perioadă de lucru; ÎN-- interval auxiliar constant; R-- rezistenta reglabila

În momentul defalcării, atomii și moleculele de azot și oxigen din aer sunt excitați și iluminați într-un canal îngust de scânteie; Aceasta este radiație inutilă și chiar interferentă (fond). Cu toate acestea, durata sa este scurtă (10-8 s). În momentul următor, curentul (până la 50 A) care trece prin canal încălzește suprafața mică (0,2 mm) a electrodului. Densitatea curentului ajunge la 10 4 A/cm2, iar materialul electrodului este aruncat în golul de descărcare sub forma unei pistole de vapori fierbinți și, de regulă, nu de-a lungul canalului de scânteie, ci la un unghi aleatoriu față de acesta. .

Fiecare nouă defalcare afectează diferite zone ale suprafeței probei, iar după căutarea întregului timp de expunere selectat, pe eșantion apare un punct de căutare cu un diametru de până la 3-5 mm, dar de adâncime nesemnificativă (când se lucrează cu un contraelectrod de carbon - doar 20-40 μm). Cantitatea totală de probă solidă care se evaporă în timpul expunerii este foarte mică: de exemplu, pentru oțeluri este de obicei de aproximativ 3 mg.

Torța vaporilor emisi are o temperatură de aproximativ 10.000 K, adică. suficient nu numai pentru a excita spectrele metalelor, ci și nemetalelor și ionilor. Temperatura imediat la începutul scânteii ajunge la 30.000-40.000 K.

Plasmă cuplată inductiv de înaltă frecvență

plasmă cu emisie atomică spectrală

Datorită apariției unei noi metode de excitare a spectrelor folosind o sursă de plasmă cuplată inductiv de înaltă frecvență (ICP) care funcționează la presiunea atmosferică, a existat un salt brusc în dezvoltarea fizicii, tehnologiei și practicii analizei spectrale a emisiilor atomice. Această sursă este un tip de descărcare fără electrozi de înaltă frecvență menținută într-un arzător special format din trei tuburi de cuarț (mai puțin frecvent două) amplasate concentric (Fig. 6). Un flux de gaz extern (de răcire) (argon sau gaz molecular) este furnizat în golul dintre tuburile exterioare și intermediare, un flux intermediar (numai argon) este furnizat prin tubul din mijloc și un aerosol din soluția analizată este transportat în plasma prin tubul central. Capătul deschis al pistoletului este înconjurat de o bobină de inducție răcită cu apă conectată la un generator RF. Pentru a produce plasmă, se folosesc generatoare RF cu un consum de energie de 1,5-5 kW și o frecvență de funcționare în intervalul de la 27 la 50 MHz.

Orez. 11 Diagrama arzătorului pentru descărcarea prin inducție de înaltă frecvență: 1 -- zona analitica; 2 -- zona de radiatie primara; 3 -- zona de evacuare (stratul pielii); 4 -- canal central (zona de preincalzire); 5 -- inductor; 6 -- un tub de protectie care previne defectarea inductorului (instalat doar pe arzatoarele scurte); 7, 8, 9 -- tuburi externe, intermediare, centrale, respectiv

Pentru a iniția o descărcare, este necesară ionizarea preliminară a gazului, deoarece tensiunea pe inductor este semnificativ mai mică decât tensiunea de defalcare a gazului de lucru. În acest scop, cel mai des este folosită o scânteie de înaltă tensiune (bobină Tesla). Are loc o descărcare în gazul ionizat, alimentat de un câmp magnetic. Un curent de înaltă frecvență care curge prin bobina solenoidului creează un câmp magnetic alternativ. Sub influența sa, în interiorul bobinei este indus un câmp electric vortex. Curentul electric turbionar încălzește și ionizează porțiuni de gaz care sosesc de jos datorită căldurii Joule. Plasma conductoare este analogă cu înfășurarea secundară scurtcircuitată a unui transformator, al cărui câmp magnetic comprimă curentul inelar într-un torus (efect de piele).

Fluxul de argon furnizat în golul dintre tuburile intermediare și exterioare, pe de o parte, servește ca gaz de formare a plasmei, iar pe de altă parte, presează plasma fierbinte departe de pereții arzătorului, protejându-i de supraîncălzire și distrugere. Aerosolul probei analizate se răspândește de-a lungul canalului central al descărcării, practic fără a atinge stratul de piele conductiv electric și fără a-i afecta caracteristicile; Aceasta este una dintre principalele caracteristici ale descărcării ICP, care o deosebește, de exemplu, de torțele cu plasmă cu arc.

De obicei, un aerosol format dintr-o soluție a probei într-un solvent apos sau organic este injectat în plasmă. Alături de aceasta, introducerea probelor este utilizată sub formă de condens formați în timpul evaporării unei probe într-un atomizator electrotermic, arc, scânteie, plasmă laser, precum și sub formă de pulberi fine suspendate într-un gaz sau lichid. curgere. Pentru introducerea probelor lichide se folosesc diverse modele de pulverizatoare pneumatice (pulverizator concentric Meinhard, pulverizatoare de colț, pulverizator Babington, pulverizator cu plasă Hildebrand etc.), precum și pulverizatoare cu ultrasunete. Toate tipurile de nebulizatoare folosesc o alimentare forțată cu soluție de probă folosind o pompă peristaltică.

La atomizatoarele cu ultrasunete, atomizarea are loc datorită energiei vibrațiilor acustice, iar fluxul de gaz servește doar la transferul aerosolului către arzător. Aceste duze produc un aerosol fin cu o distribuție îngustă a dimensiunii particulelor. Eficiența lor de generare este de cel puțin 10-20 de ori mai mare decât cea a pulverizatoarelor pneumatice, ceea ce permite un raport semnal/fond mai bun și o limită de detecție mai mică.

Putem evidenția următoarele avantaje necondiționate ale sursei ISP în raport cu problemele analizei spectrale a emisiilor atomice (AESA):

1. Datorită capacității de a excita eficient atât liniile excitate cu ușurință, cât și cu dificultate, ICP este una dintre cele mai universale surse de lumină în care pot fi determinate (detectate) aproape toate elementele tabelului periodic. ICP este cea mai universală sursă nu numai în ceea ce privește numărul de elemente determinate, ci și în ceea ce privește tipul de compuși care conțin aceste elemente;

2. în ICP este posibil să se analizeze atât mase mari de soluții, alimentându-le în plasmatron într-un flux continuu, cât și microvolume (de ordinul a sute de microlitri) atunci când sunt introduse în impulsuri în gazul de transport și înregistrarea în impulsuri a spectrelor. ;

3. Intervalul de concentrații determinate pentru majoritatea elementelor este de 4-5 ordine de mărime, i.e. În ICP, este posibil să se determine atât concentrații mici și medii, cât și mari ale unui anumit element, ceea ce este dificil pentru alte surse de excitare a spectrelor. Graficele de calibrare pentru multe elemente sunt rectilinii, paralele între ele și au un unghi de înclinare de aproximativ 45°, ceea ce simplifică calibrarea și reduce probabilitatea unor erori sistematice de analiză;

4. Datorită eficienței ridicate de excitare și fondului scăzut, limitele de detecție ale majorității elementelor sunt cu 1-2 ordine de mărime mai mici decât în alte surse de excitație spectrală. Limita medie de detecție la analizarea soluțiilor pentru toate elementele este de aproximativ 0,01 mg/l, scăzând pentru unele dintre ele la 0,001-0,0001 mg/l;

5. Când toate condițiile de funcționare sunt stabilizate și optimizate, lanterna ICP are o bună stabilitate spațio-temporală, ceea ce asigură o reproductibilitate instrumentală ridicată a semnalelor analitice, uneori la nivelul de 0,5-1%.

Dezavantajele metodei de spectrometrie ICP includ costul relativ ridicat de operare a spectrometrelor asociat cu un debit mare de argon (15-20 l/min). Determinarea conținutului de urme de metal în apropierea limitei de detecție este complicată de prezența în spectru a benzilor moleculare -NO și -OH în regiunea 200-260 și 280-340 nm, care apar la periferia descărcării, în punctul de contact cu atmosfera. Pentru a reduce intensitatea acestor benzi, arzătoarele sunt utilizate cu un tub exterior extins cu 40-50 mm cu o fereastră tăiată pentru ieșirea radiației.

Descărcarea ICP se caracterizează prin spectre foarte dezvoltate, cu un număr mare de linii aparținând atomilor, precum și ioni încărcați unic și dublu. În acest sens, utilizarea acestei surse de excitație este complicată de efectele interferenței spectrale, care impun cerințe mai mari asupra puterii de rezoluție a dispozitivelor spectrale. Datorită luminozității mai scăzute a sursei, rolul luminii împrăștiate în dispozitiv crește.

Metodele de analiză spectrală sunt simple, ușor de mecanizat și automatizat, adică sunt potrivite pentru analiza de masă. Atunci când se utilizează tehnici speciale, limitele de detecție pentru elemente individuale, inclusiv unele nemetale, sunt extrem de scăzute, făcând aceste tehnici adecvate pentru determinarea urmelor de impurități. Aceste metode sunt practic nedistructive, deoarece sunt necesare doar cantități mici de material de probă pentru analiză.

Precizia analizei spectrale satisface în general cerințele practice în majoritatea cazurilor de determinare a impurităților și componentelor. Costul analizei spectrale este mic, deși investiția inițială este destul de mare. Cu toate acestea, acesta din urmă se plătește rapid datorită productivității ridicate a metodei și cerințelor reduse pentru materiale și personalul de operare.

Analiza spectrală nu este potrivită pentru determinarea tipurilor de conexiuni între elemente. Ca toate metodele instrumentale de analiză, analiza spectrală cantitativă se bazează pe un studiu comparativ al probei analizate și a probelor standard de compoziție cunoscută.

Analiza spectrală poate fi considerată o metodă de cercetare instrumentală care a găsit cea mai mare aplicație. Cu toate acestea, această metodă nu poate satisface pe deplin diferitele cerințe analitice care apar în practică. Astfel, analiza spectrală este doar o metodă de laborator dintre o serie de alte metode de cercetare care servesc unor scopuri diferite. Cu o coordonare rezonabilă, diferitele metode se pot completa perfect și pot contribui împreună la dezvoltarea lor generală.

Pentru a selecta dintre metodele de analiză spectrală pe cea mai potrivită pentru o anumită sarcină și pentru a obține rezultate corecte cu metodele selectate, sunt necesare cunoștințe teoretice și practice adecvate, o muncă foarte atentă și precisă.

Eșantionarea trebuie efectuată cu grijă extremă. Datorită sensibilității ridicate a eliberării spectrale, concluziile despre compoziția chimică a unor loturi foarte mari de material trebuie adesea făcute din rezultatele analizei unor cantități mici dintr-o probă. Contaminarea probei analizate poate distorsiona semnificativ rezultatele analizei. Tratamentul fizic sau chimic adecvat al probelor, cum ar fi fuziunea, dizolvarea sau pre-îmbogățirea, poate fi adesea foarte benefic.

Pentru a excita spectre, diferite metode necesită substanțe în diferite stări fizice sau sub formă de diferiți compuși chimici. Performanța analizei poate avea o influență decisivă asupra selecției celor mai potrivite surse de radiație.

Raportul de intensitate al liniilor unei perechi analitice, chiar și pentru cea mai atentă metodă de eșantionare și atunci când se utilizează cea mai potrivită sursă de radiație, depinde în mare măsură de parametrii externi fizici și chimici (condiții experimentale) specificați de metoda de analiză și care se modifică în timpul excitației proces. Cunoașterea corelațiilor teoretice și a concluziilor practice din acestea este de mare importanță pentru realizarea pe deplin a capacităților analitice ale metodei.

Spectrul de emisie excitat al probei este înregistrat folosind un spectrograf, spectrometru sau spectroscop. Prin urmare, metodele de evaluare a spectrelor în analiza spectrală pot fi împărțite în trei grupuri.

În analiza calitativă spectrografică se poate face o concluzie despre natura elementelor din proba analizată pe baza lungimii de undă a liniilor spectrale. În analiza cantitativă, înnegrirea liniilor servește, în general, ca măsură a intensității lor și, prin urmare, a compoziției cantitative dorite a probei.

Metoda spectrometrică, în care intensitatea liniei este determinată de obicei folosind un fotomultiplicator și un echipament electronic de măsurare, se referă la metode obiective de analiză cantitativă. Această metodă de măsurare a intensităților este mai precisă și mai rapidă în comparație cu cea spectrografică, dar necesită echipamente scumpe și greu de întreținut.

Instrumentele de analiză spectrală pentru spectroscopie vizuală sunt relativ ieftine și pot fi analizate rapid. Cu toate acestea, aceste metode se bazează exclusiv pe metode subiective de măsurare a intensității liniei. Prin urmare, rezultatele obținute sunt întotdeauna semi-cantitative.

Pentru a obține o sensibilitate mai mare de determinare, reproductibilitate și acuratețe, este necesar să se prelucreze rezultatele măsurătorilor folosind metode statistice matematice.

La efectuarea analizei spectrale sunt de mare ajutor tabelele care conțin constantele fizice corespunzătoare și constantele spectroscopice ale elementelor și compușii lor cei mai importanți, precum și tabelele pentru calcule auxiliare și instrucțiuni de operare necesare determinărilor calitative și cantitative.

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Caracteristicile metrologice și capacitățile analitice ale metodei de absorbție atomică. Metode de monocromatizare și înregistrare a spectrelor. Indicator, membrană și electrozi metalici. Raze X, fluorescență atomică, spectroscopie electronică.

Efectul Shpolsky. Metode de analiză cantitativă Factori care afectează acuratețea analizei spectrale. Procese fizice cauzate de reacții cu două cuantice. Instalatie spectrofluorimetrica pentru masuratori spectrale si cinetice.

lucrare de curs, adăugată 04/06/2007

Informații generale despre microscopia cu forță atomică, principiul de funcționare al cantileverului. Moduri de funcționare ale unui microscop cu forță atomică: contact, fără contact și semi-contact. Utilizarea unui microscop pentru a studia materiale și procese la rezoluție nanometrică.

rezumat, adăugat 04.09.2018

Soluție la problema creșterii rezoluției microscoapelor fără distrugerea sau schimbarea probei studiate. Istoria apariției microscopiei cu sonde. Microscopul de forță atomică și componentele sale structurale, procesarea informațiilor primite.

rezumat, adăugat 19.12.2015

Semnificația spectrului de vibrații electromagnetice; tip yogo: radio microkhvili, schimburi în infraroșu. Spectre liniare, întunecate și continue. Structura spectrelor moleculare. Caracteristici ale emicelor atomice și analizei de absorbție.

lucrare de curs, adăugată 31.10.2014

Revizuirea proiectelor optice ale spectrometrelor. Caracteristicile unui spectrometru multicanal. Descrierea metodologiei și a configurației pentru studierea caracteristicilor rețelelor de difracție concave. Măsurarea eficienței cuantice a unui detector cu stare solidă cu mai multe elemente.

teză, adăugată 18.03.2012

Crearea unui microscop cu forță atomică, principiul de funcționare, avantaje și dezavantaje. Metode de microscopie cu forță atomică. Capacitățile tehnice ale microscopului de forță atomică. Aplicarea microscopiei cu forță atomică pentru a descrie deformațiile filmelor polimerice.

lucrare de curs, adăugată 14.11.2012

Instalatii de sonde nanoscopice cu control computerizat si analiza datelor.Metoda microscopiei fortei atomice;principiu si moduri de functionare, baza fizica.Senzori cu sonde AFM: tehnologie de fabricatie, intarire, caracteristici de intarire la scara nanometrica Ektiv.

lucrare de curs, adăugată 22.12.2010

Microscop tunel de scanare, aplicație. Principiul de funcționare al unui microscop cu forță atomică. Studiul obiectelor biologice - macromolecule (inclusiv molecule de ADN), viruși și alte structuri biologice folosind microscopia cu forță atomică.

lucrare curs, adaugat 28.04.2014

Studiul spectrelor de transmisie a neutronilor rezonanți ai probelor de uraniu de diverse îmbogățiri. Proiectarea și principiul de funcționare al unui spectrometru cu timp de zbor bazat pe un accelerator de electroni. Monitorizarea compoziției izotopice a uraniului prin analiză spectrală neutronică.

Instituție de învățământ non-profit non-statală de învățământ profesional secundar „Colegiul de minerit Pokrovsky”

Test

Analiza spectrală a emisiilor atomice

Efectuat:

Student de grup

"Analist de laborator"

Profesie: OK16-94

Asistent laborator analize chimice

Introducere

2. Atomizoare

3 procese de flacără

4. Analiza cantitativă a emisiilor atomice

5. Analiza spectrografică

6. Analiza spectrometrică

7. Analiza vizuală

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Scopul analizei spectrale practice de emisie este detectarea calitativă, cuantificarea semicantitativă sau precisă a elementelor din analit.

Obiectivele muncii:

1. familiarizarea cu teoria analizei spectrale a emisiilor atomice;

2. învață să înțeleagă principalele caracteristici ale echipamentelor CNE;

3. studiul metodelor AESA;

1. Analiza spectrală a emisiilor atomice (AESA)

Metoda spectroscopiei de emisie atomică se bazează pe excitarea termică a atomilor liberi sau ionilor monoatomici și înregistrarea spectrului de emisie optică a atomilor excitați.

(1)

unde N 0 este numărul de atomi neexcitați;

g* și g 0 - ponderi statistice ale stărilor excitate și neexcitate; E - energia de excitație;

k este constanta lui Boltzmann;

T - temperatura absolută.

(2)

Metoda este utilizată pe scară largă în scopuri analitice în laboratoarele medicale, biologice, geologice și agricole.

Fotometru de atomizare spectrală de emisie

2. Atomizoare

Principalele tipuri de surse de atomizare și excitație sunt prezentate în Tabelul 1.

tabelul 1

Orez. 1. Arzătoare pentru spectrometrie de emisie atomică cu flacără:

Tabelul 2 conține informații despre temperaturile diferitelor triburi în analiza emisiilor atomice și principalele lor caracteristici.

Tabelul 2 Caracteristicile triburilor utilizate în analiza emisiilor atomice