Атомно-абсорбционная спектроскопия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования РФ

Воронежский Государственный Университет

Химический факультет

Кафедра аналитической химии

РЕФЕРАТ

по теме: «Атомно-абсорбционная спектроскопия»

Выполнил:

студент 1 курса

Старинин А.Н.

Проверил: Аристов И.В.

-Воронеж-2004 г.

Содержание

Введение

Аппаратура

Список литературы

Введение

Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа отличается высокой абсолютной и относительной чувствительностью. Метод позволяет с большой точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых концентрациях, поэтому он широко применяется в биологии, медицине (для анализа органических жидкостей), в геологии, почвоведении (для определения микроэлементов в почвах) и других областях науки, а также в металлургии для исследований и контроля технологических процессов.

По точности и чувствительности этот метод превосходит многие другие; поэтому его применяют при аттестации эталонных сплавов и геологических пород (путем перевода в раствор).

Чувствительность определения большинства элементов в водных растворах с пламенной атомизацией лежит в интервале от 0,005 до л-10 мкг/мл (т. е. от 5*10-7 до 10-3--10-4%): при этом расходуется от 0,1 до нескольких миллилитров раствора. Ошибка воспроизводимости единичного измерения (коэффициент вариации) р?0,5% при благоприятных условиях измерения. На каждое измерение интенсивности аналитической линии затрачивается, как правило, не более 30 с. Столь высокая воспроизводимости результатов анализа объясняется стабильностью пламенного атомизатора, а также и высокой точностью схем регистрации и измерения интенсивности аналитических линий в приборах, предназначенных для атомно-абсорбционного анализа.

Существенные ошибки, связанные с изменением общей композиции проб, возникают лишь при анализе растворов сложного переменного состава; такие ошибки, как и в пламенной фотометрии, связаны с влиянием состава пробы на процессы атомизации, включая и распыление раствора.

Сравнение с эмиссионно-пламенной фотометрией показывает, что большая часть элементов определяется методом атомной абсорбции с более высокой или равной чувствительностью. По имеющимся данным с меньшей чувствительностью определяются, главным образом, щелочные и щелочноземельные элементы, у которых длина волны резонансных линий более 300 нм.

До разработки беспламенных способов атомизации область применения атомных спектров поглощения ограничивалась анализом растворов. Приемы беспламенной атомизации позволяют непосредственно анализировать порошковые и твердые пробы малых размеров с абсолютной чувствительностью порядка 10-8--10-14 г в зависимости от элемента; по точности они уступают пламенным методам.

Зависимость резонансного поглощения от атомной концентрации.

Поглощение света веществом выражается законом Бугера--Ламберта--Бера:

I=I0e-асl,

Где I0- интенсивность падающего излучения; I - интенсивность излучения, прошедшего вещество; а - показатель поглощения света, рассчитанный на единицу концентрации поглощающего компонента и на единицу толщины слоя;

с - концентрация поглощающего компонента; l - толщина поглощающего слоя. В аналитической химии пользуются следующими спектро-фотометрическими величинами: пропусканием Т(I/I0) и поглощением 1 -- Т, выражаемыми в процентах, а также оптической плотностью D-- безразмерной величиной, изменяющейся от нуля до бесконечно больших значений (практически до 2--3). Указанные величины связаны таким соотношением:

D=-lg T=бcl.

Для случая поглощения монохроматической линии:

б?(рe2f)/(mc),

где е, т, с -- физические постоянные;

f-- осцилляторная сила, т. е. среднее число электронов, приходящихся на атом, которые могут быть возбуждены излучением.

Для пламени ввиду не полноты диссоциации на атомы окислов и гидроокисей большинства элементов, а также вследствие неполного испарения растворенного вещества теоретический расчет концентрации элемента по его оптической плотности не является возможным; но, в случае испарения образца в графитовой кювете и при повышенном давлении, теоретический расчет концентрации можно произвести, пользуясь следующим соотношением:

D=1.5*1011*(Дн_л/( Дн_л+4Дн2c))*(f/A)*(M/S),

где D-- оптическая плотность атомного пара;

Дн_л, Дн_С --полуширина и сдвиг линии поглощения, см-1 ?

f --осцилляторная сила;

А --атомный вес;

S-- площадь сечения кюветы;

М -- количество элемента.

Применение этого соотношения в аналитической практике затруднительно ввиду необходимости знать точные значения входящих в нею атомных постоянных, но оно ценно в том отношении, что показывает возможность при использовании испарения в графитовой кювете при повышенном давлении полного устранения влияния состава пробы на результаты анализа, а также возможность применить в этом случае градуировочные графики, построенные по одной, любой по составу, стандартной пробе.

резонансный атомизация оптический графитовый

Аппаратура

Для анализа по атомным спектрам поглощения созданы специализированные приборы -- атомно-абсорбционные спектрофотометры разных типов. Лучшие из них измеряют усредненную интенсивность аналитической линии, при помощи схем, которые позволяют практически исключить помехи от эмиссионного спектра пламени и заметно снизить ошибки, связанные с нестабильностями источника света и других узлов прибора.

В двулучевом приборе один луч от источника света проходит через пламя, а другой -- обходит его; при помощи прерывателя -- вращающегося диска 2 с отверстием 3 потоки I и II поочередно направляются в спектральный прибор, пропускающий только аналитическую линию; фотоумножитель попеременно регистрирует линию потока I и потока II. Более сложные приборы имеют два таких канала и позволяют по двулучевой схеме измерить одновременно интенсивности двух линий. Вторая линия при соответствующем ее выборе может использоваться как внутренний стандарт интенсивности.

Прибор измеряет отношение I1/I2=Iо или lg(I1/I2)=lgIo. Эти величины не зависят от колебаний интенсивности источника света, а также от характеристик измерительных схем. Когда в пламя введен раствор, то первый световой поток уменьшается до величины I1e-aС и прибор измеряет отношение (I1e-аС/I2)=I=I0e-aС, тогда оптическая плотность равна D=lg(I0/I)=0,43 aCи зависит, только от концентрации элемента в пробе (С).

Однолучевой прибор измеряет «абсолютное» значение усредненной интенсивности; точность измерения оптической плотности у такого прибора теоретически меньше, чем у двулучевого. Фотоэлектрические сигналы от линии усредняются измерительными схемами за 10--30 с.

Для того чтобы собственное излучение пламени не мешало измерению абсорбции, излучение источника модулируют, прерывая его с определенной частотой механическим способом (как в двулучевой схеме) или питая лампу переменным током необходимой частоты.

Излучение пламени, как и других источников света, непостоянно, и его интенсивность колеблется с частотами от звуковых до частот порядка килогерца в зависимости от применяемых горелок и горючих смесей. Схемы регистрации настраивают таким образом, чтобы они измеряли только частоты, отличающиеся от частот пламени, а излучение источника света модулируют с частотой, которую регистрирует схема.

Для работы с холодными пламенами модуляция необязательна, так как интенсивность получения этих пламен не мешает анализу.

Калибровка прибора. В наиболее автоматизированных приборах измерительные схемы вычисляют поглощение и выдают результат анализа на печатающем устройстве или цифровом вольтметре. Калибровка периодически проверяется по эталонам и при необходимости корректируется. Более простые приборы, измеряют прозрачность, поглощение раствора в процентах либо, оптическую плотность D раствора. Приборы с еще более простой 1 измерительной схемой дают интенсивность аналитической линии (в условных единицах), по которой затем вычисляют оптическую плотность пламени или поглощение в процентах на длине волны аналитической линии.

Калибровочные графики. При помощи эталонных растворов строят графики в координатах D--С или поглощение -- С в зависимости от того, какой из них ближе к линейному на интервале определяемых концентраций. При больших содержаниях' концентрационная чувствительность падает, потому что вместе с полезным излучением регистрируется свет, рассеянный в спектральном приборе; при больших оптических плотностях он дает заметное преувеличение измеряемой интенсивности на длине! волны аналитической линии. Другой причиной снижения концентрационной чувствительности может быть уширение линий поглощения по мере увеличения концентрации определяемого элемента. Спад чувствительности при малых концентрация объясняется потерей света при рассеянии на несгоревших частичках аэрозоля, которая сравнима в этом случае с истинным поглощением; кроме того, имеет место ионизация-определяемых элементов, которая снижает концентрацию поглощающих атомов, увеличиваясь по мере уменьшения концентрации определяемого элемента в пламени.

Спектральный прибор. Анализатор широкого назначения имеет монохроматор высокого качества (в котором практически нет рассеянного света) с областью спектра 190--700 нм и с дисперсией от 0,6 до нескольких единиц п нм/мм. Для определения сразу двух элементов устанавливают два спектральных прибора. Обычно монохроматор построен по схеме Черни -- Тернера. В приборах некоторых фирм второй монохроматор заменен набором взаимозаменяемых интерференционных светофильтров. Источник света. Большей частью пользуются лампами с полыми катодами простыми или же многокомпонентными из двойного или тройного сплава для определения нескольких элементов (например, из латуни для определения меди и цинка, из ковара для определения железа, никеля и кобальта). При работе с одноканальным прибором производится последовательное определение элементов. Если имеются многокомпонентные лампы, то t для определения достаточно лишь выводить поочередно на выходную щель линии всех элементов; если же катоды однокомпонентны, то для последовательного определения нескольких элементов следует заменять лампы. Лампы питаются от источника постоянного или переменного тока в зависимости от способа модуляции.

Атомизаторы. Пламенные атомизаторы имеют сменные горелки для работы с разными горючими смесями в зависимости от определяемого элемента. Конструкция атомизаторов позволяет перемещать пламя относительно просвечивающего пучка света для выбора в каждом конкретном случае зоны, где происходит наибольшее поглощение аналитической линии и снижаются ошибки анализа от взаимных влияний и от нестабильности пламени. Редкоземельные элементы, алюминий, вольфрам, молибден, кремний и другие элементы, образующие прочные окислы, атомизируют в пламени ацетилен -- закись азота; для определения элементов Си, Zn, Pb, Fe, Mn, Mg и других подобных применяется ацетилен -- воздушное пламя или же пропан -- воздушное пламя. При этом расход газовой смеси и относительную концентрацию компонентов подбирают опытным путем в зависимости Јот свойств определяемого элемента и от общего состава пробы.

Беспламенный метод атомизации с использованием графитовой кюветы. Кювета представляет собой электрически нагреваемую графитовую трубку. Анализируемое вещество наносят на (торец электрода, который вставляют в полость кюветы через поперечное отверстие в середине трубки.

Диаметр полости 0,5 см, а ее длина 5 см. Между электродом с пробой и другим электродом, установленным под кюветой, зажигают мощную дугу постоянного тока. При этом происходит быстрое испарение пробы, продолжающееся всего лишь несколько секунд. Проба в виде атомизированного вещества сконцентрирована в полости кюветы, которую просвечивают источником резонансного излучения.

Подготовка проб к анализу. Способы подготовки пробы и эталонов к анализу в атомно-абсорбционном методе аналогичны используемым в атомно-эмиссионном пламенном анализе. Следует добавить только, что при разбавлении проб необходимо учитывать, что точность измерения оптической плотности зависит от ее значения. Ошибка минимальна при оптической плотности от 0,2 до 1--2. Поэтому желательно разбавлять растворы до концентраций, при которых оптическая плотность D >* 0,3 и не превышает 1--2 единицы; при этом учитывается, что пробы должно хватать на. 2--3 параллельных замера, по которым выводится результат каждого определения.

Список литературы

1. Ляликов « Физико-химические методы анализа».

2. Пилипенко, Пятницкий «Аналитическая химия».

3. Химия. Большой энциклопедический словарь. Гл. ред. И.П.Кнонянц. М.: Большая Российская энциклопедия, 2000 г. - 792 стр.

Размещено на Allbest.ru