7.8. Атомно-абсорбционная спектроскопия
При использовании методов атомной спектроскопии образец (чаще раствор), содержащий анализируемые вещества, распыляется в виде струи мелких капелек. Небольшая часть этого потока переносится к ячейке атомизации, в качестве которой обычно используются пламя, нагреваемая печь или плазма. В высокотемпературной среде ячейки атомизации растворитель аэрозоля испаряется практически мгновенно, оставляя сухие частицы анализируемого образца. Эти частицы быстро превращаются в газообразные молекулы, свободные нейтральные атомы или ионы. Относительное содержание каждого типа частиц сильно зависит от температуры и среды в ячейке атомизации.
В методах атомной абсорбции, атомной эмиссии и атомной флуоресценции ячейку атомизации и ее рабочие характеристики выбирают так, чтобы получить максимально возможную долю нейтральных атомов. Во всех трех методах энергия передается этим атомам, но механизм, по которому происходит возбуждение атомов, и способы измерения соответствующих сигналов различны.
Физическую основу атомно-абсорбционной спектроскопии составляет поглощение резонансной частоты атомами в газовой фазе. Если на невозбужденные атомы направить излучение света с резонансной частотой поглощения атомов, то излучение будет поглощаться атомами, а его интенсивность уменьшится. В атомно-абсорбционной спектроскопии уменьшение интенсивности излучения связано с количеством невозбужденных атомов.
В современной технике атомно-абсорбционного анализа используют два способа атомизации – атомизация в пламени и электрических атомизаторах.
Для получения пламени используют различные комбинации горючих газов с окислителями. Наибольшее применение получили воздушно-ацетиленовое и пламя оксида азота с ацетиленом.
Образование свободных атомов в пламени является следствием совокупности процессов, включая получение аэрозоля из раствора анализируемой пробы, испарение растворителя из капелек аэрозоля, испарение твердых частичек аэрозоля и диссоциацию молекул на атомы, процессы возбуждения и ионизации атомов, образование новых соединений в результате реакций с составными частями пламени. Однако этот способ атомизации имеет ряд ограничений, обусловленных реакциями в пламени, малой продолжительностью пребывания в нем частиц, опасностью работы с пламенем и большими объемами газов.
Более дешевыми, безопасными и эффективными являются электротермические атомизаторы с применением тонкостенной графитовой печи. Температура такой печи регулируется специальным электронным устройством с программным управлением. Процесс проходит три этапа: высушивание пробы, озоление и атомизация. Атомиза- ция может проходить двумя путями:
·проба сначала испаряется с нагретой поверхности атомизатора, а затем диссоциирует на элементы в газовой фазе;
·проба первоначально диссоциирует до соотвествующих оксидов, а затем восстанавливается до металла.
В практике атомно-абсорбционного анализа для количественных определений обычно применяют метод градуировочного графика и метод добавок.
Для переведения пробы в раствор при атомно-абсорбционном анализе в качестве растворителей применяют воду, минеральные кислоты и их смеси, органические растворители и т. д. Во всех случаях должно быть обеспечено полное извлечение определяемого элемента из точно взятой навески.
Предел обнаружения с помощью атомно-абсорбционного анализа для многих элементов характеризуется величиной порядка 10–5–10–6%, что в абсолютном выражении значения составляет 10–12–10–4 г. Погрешность определения обычно составляет примерно 5% и в зависимости от различных условий изменяется в пределах от 3 до 10%. Методы атомно-абсорбционной спектроскопии используются в анализе практически любого технического или природного объекта, особенно там, где необходимо определить небольшие содержания элементов. Методики атомно-абсорбционного определения разработаны более чем для 70 элементов периодической системы Д. И. Менделеева.
К недостаткам метода атомно-абсорбционной спектрометрии следует отнести затруднительность одновременного определения нескольких элементов. Атомно-абсорбционным методом не определяются элементы, резонансные линии которых лежат в далеком ультрафиолете (углерод, фосфор, галогены и др.).
Для измерения атомной абсорбции применяют однолучевые и двух- лучевые атомно-абсорбционные спектрофотометры.
При использовании однолучевого атомно-абсорбционного спектро- фотометра свет от источника света длиной волны, соответствующей линии поглощения исследуемого элемента, пропускается через пламя, в которое впрыскивается мелкодисперсный аэрозоль раствора пробы. В пламени проба образует атомные пары, которые поглощают падаю- щее излучение в отношении, прямо пропорциональном его концентрации. Излучение резонансной линии выделяют из спектра с помощью монохроматора и направляют на фотоэлектрический детектор. Выходной сигнал детектора после усиления регистрируют гальванометром или цифровым вольтметром и записывают в аналоговой форме на ленте пишущего потенциометра. Для увеличения производительности спектрофотометры снабжаются устройствами цифровой печати и автоматической подачи образцов.
В двухлучевом спектрофотометре первичный пучок резонансного излучения с помощью обтюратора и поворотных зеркал делится на два пучка, один из которых далее проходит через атомизатор, а второй – в обход его. Затем оба пучка попеременно направляются на входную щель монохроматора и поочередно детектируются, усиливаются и сравниваются друг с другом. На выходе такого прибора отсчитывается непосредственно значение поглощения.
- Введение
- Общие сведения о методах и средствах исследования пищевых продуктов
- Тема 1. Отбор и подготовка пробЫ к анализу
- Тема 2. Погрешности анализа, обработка результатов измерений, методы оценки точности методик
- 2.1. Аналитический сигнал. Методы измерения
- 2.2. Погрешности анализа. Представление результатов анализа
- 2.3. Статистическая обработка результатов прямых равноточных наблюдений (определений)
- 2.4. Оценка грубых погрешностей (промахов)
- Тема 3. Титриметрический анализ
- 3.1. Характеристика титриметрического метода. Кривые титрования
- 3.2. Классификация титриметрических методов анализа
- 3.3. Кислотно-основное титрование
- 3.4. Комплексонометрическое титрование
- 3.5. Окислительно-восстановительное титрование
- 3.6. Осадительное титрование
- Тема 4. Радиометрический анализ и радиационный контроль
- Тема 5. Электрохимические методы анализа
- 5.1. Потенциометрический метод анализа
- 5.2. Кондуктометрический метод анализа
- 5.3. Кулонометрический метод анализа
- 5.4. Вольтамперометрический метод анализа
- Тема 6. Оптические методы исследования
- 6.1. Рефрактометрический анализ
- 6.2. Поляризационный анализ
- 6.3. Нефелометрический и турбидиметрический анализы
- Тема 7. Спектроскопические методы исследования
- 7.1. Понятие спектроскопии. Типы спектров
- 7.2. Фотометрический метод анализа
- 7.3. Радиоспектроскопия, ядерный магнитный и электронный парамагнитный резонансы
- 7.4. Инфракрасная спектроскопия
- 7.5. Ультрафиолетовая спектроскопия
- 7.6. Лазерная спектроскопия
- 7.7. Масс-спектрометрия
- 7.8. Атомно-абсорбционная спектроскопия
- 7.9. Атомно-эмиссионная спектроскопия
- 7.10. Люминесцентный анализ
- Тема 8. Рентгеновские методы исследования
- 8.1. Рентгеновская спектроскопия
- 8.2. Рентгеновский структурный анализ
- 8.3. Рентгеновский фазовый анализ
- Тема 9. Хроматография и родственные методы
- 9.1. Понятие, особенности и классификация хроматографии
- 9.2. Газовая хроматография
- 9.3. Жидкостная хроматография
- 9.4. Ионная хроматография
- 9.5. Капиллярный электрофорез
- Тема 10. Микроскопические методы исследования
- 10.1. Понятие микроскопии
- 10.2. Световая микроскопия
- 10.3. Электронная микроскопия
- Тема 11. Физические методы исследования
- 11.1. Термический анализ
- Отклонение стрелок гальванометров
- 11.2. Методы измерения тепловых и термоэлектрических характеристик
- 11.3. Методы измерения электрофизических характеристик проводящих материалов
- 11.4. Методы измерения диэлектрических свойств
- 11.5. Электрические измерения неэлектрических величин
- 11.6. Измерение магнитных свойств материалов
- 11.7. Электрические и магнитные методы контроля состава и свойств материалов. Устройства и методы неразрушающего контроля
- Тема 12. Электронные датчики химического состава (Химические сенсоры)
- 12.1. Классификация датчиков
- 12.2. Химические датчики (сенсоры)
- 12.3. Биосенсоры
- 12.4. Оптические химические сенсоры
- 12.5. Интеллектуальные сенсорные системы («электронный нос» и «электронный язык»)
- Список литературы
- Содержание