4.2 Нефелометрия. Флуоресценция. Фотографический атомно-эмиссионный спектральный анализ. Атомно-абсорбционная спектроскопия

Для анализа эмульсий, различных взвесей и других мутных сред используется нефелометрия (1). Метод основан на измерении ослабления светового потока, проходящего через мутную пробу.

Одним из основных принципов нефелометрических измерений является наличие эталонов мутности.

Для осуществления нефелометрических методов анализа ионы анализируемого элемента или органического соединения переводят в малорастворимое соединение, способное образовывать относительно устойчивую дисперсную систему в начальный период формирования осадка. Для этих целей удобны наименее растворимые в воде осадки, содержащие ионы Ва²⁺, Са²⁺ Ag⁺, Cl^-, SО₄^2-, СгО₄^2- и др.

Нефелометрические определения проводят с помощью фотоэлектрических колориметров-нефелометров типа ФЭК-Н, ФЭК-56М и др.

При воздействии на молекулы каким-либо видом энергии (пламя, искра, плазма, ультрафиолетовое излучение) наблюдается возбуждение электронных спектров и ответное выделение квантов энергии молекулами – флуоресценция, эмиссия (4). Интенсивность флуоресценции пропорциональна концентрации соответствующего вещества.

Флуоресценция свойственна в основном органическим соединениям, поэтому в анализе неорганических веществ используют флуорогенные органические аналитические реагенты, образующие флуоресцирующие комплексы с минеральными соединениями. Высокая интенсивность флуоресценции объясняет низкий предел обнаружения, составляющий 10^-8%.

Метод весьма чувствителен, и его используют для определения очень малых количеств веществ при анализе органических соединений, например витаминов, гормонов, антибиотиков и др.

Чаще других используется отечественный прибор марки ЭФ-4М с набором светофильтров для различных веществ.

Метод, основанный на получении эмиссионных спектров анализируемого вещества на фотографической пластине, получил название фотографического атомно-эмиссионного спектрального анализа (5).

Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого газообразными атомами вещества. Атомы вещества испускают или поглощают свет определенной длины волны, который можно разложить на набор линий в спектроскопе, спектрографе и спектрофотометре. Основные составные части атомного (пламенного) эмиссионного спектрофотометра представлены на рис. 4.3.

Рисунок 4.3 – Схема устройства пламенного эмиссионного спектрофотометра: 1– воздух из компрессора; 2 – распылитель; 3 – образец; 4 – горелка; 5 – монохроматор или фильтр; 6 – детектор; 7 – регистрирующее устройство

Спектральные линии элементов в полученном спектре позволяют судить о качественном составе анализируемой пробы, а по результатам измерения относительных почернении спектральных линий гомологической пары и их сравнению с соответствующими величинами стандартных образцов проводят количественный анализ компонентов пробы. Почернение спектральных линий измеряют при помощи микрофотометров фотоэлектрическим способом.

Рассматриваемый метод отличается высокой абсолютной чувствительностью и достаточно высокой воспроизводимостью при определении низких концентраций анализируемых веществ.

В лабораторной и заводской практике заводов пищевой промышленности используются отечественные спектрографы с кварцевой оптикой ИСП-30, ДФС-8, а также спектрографы со стеклянной оптикой ИСП-51 и ДФС-10.

В атомно-абсорбционной спектроскопии, так же как и в молекулярной, действует закон Бегера-Ламберта-Бера.

Атомно-абсорбционный метод анализа получил широкое распространение в практике вследствие своих достоинств, к числу которых относится высокая чувствительность. В настоящее время известны методы определения более восьмидесяти элементов, среди которых жизненно важные – Na, К, Mg, Ca, Сu, Zn, Р и микроэлементы – Cd, Hg, В, Pb, Sb, As, Mn и др. Количественные определения проводят методом калибровочного графика или методом добавок.

Для визуального наблюдения спектра используют спектроскопы.

Спектроскоп, предназначенный для эмиссионного анализа, получил название стилоскоп (3), а для спектрального анализа по спектрам испускания – стилометр (2). Последний позволяет не только наблюдать спектр, но и количественно измерять относительную интенсивность спектральных линий.

Рабочая область слектроскопов ограничена видимой частью спектра и составляет (0,39-0,70) •10^-6 м. Переносной отечественный стилоскоп СЛП-2 является удобным прибором для проведения экспресс анализов в производственных условиях, а в заводских лабораториях используют стилоскоп СЛ-11А или стиломеры СТ-7.

Для атомизации вещества в атомно-абсорбционной спектрофотометрии используют пламя газовых сред различного типа и электротермические атомизаторы. Пламенная атомизация обеспечивает достаточно низкие пределы обнаружения элементов (10^-5-10^–7 %) и хорошую воспроизводимость результатов анализа (1-2 %) при достаточно высокой скорости определений и небольшой трудоемкости. Кроме того, этот анализ может быть полностью автоматизирован, начиная от подачи проб и до обработки результатов измерений. При этом производительность составляет до нескольких сотен определений в час.

В научно-исследовательских работах нашли применение качественные атомно-абсорбционные спектрофотометры типа «Спектр-1», «Сатурн», а также приборы зарубежных фирм типа «AAS-1» (Германия) и Perkin – Elmer (США).

1. Какой закон лежит в основе количественного колориметрического анализа?

2. Метод применения калибровочного графика в фотометрии.

3. Метод добавок в фотометрии.

4. Какие приборы используются в фотометрии?

5. Принцип работы фотоэлектроколориметра и спектрофотометра.

6. Какой метод анализа применяется при исследовании мутных растворов?

7. Что такое флуоресценция?

8. Достоинства и недостатки колориметрического и спектрофотометрического методов анализа.

9. На чем основаны методы эмиссионного спектрального анализа?

10. Принцип работы пламенного эмиссионного спектрофотометра.

11. Каково практическое применение атомно-абсорбционного метода анализа?