Атомно-эмиссионная спектроскопия

Метод основан на испускании излучения видимого и ультрафиолетового диапазона пробой, находящейся в атомизированном состоянии. Анализируемое вещество обычно смешивают с графитовым порошком для увеличения электропроводности. Затем его помещают в углубление-кратер, высверленное в графитовом электроде и через этот электрод пропускают электрический ток. Под действием электричества электрод с пробой разогревается, проба испаряется, атомизируется и начинает светиться. Для регистрации излучения используют главным образом фотопластинку. В этом случае используют приборы-спектрографы. Реже применяют фотоэлектрическую регистрацию на приборах спектрометрах.

По положению линий в эмиссионном спектре пробы относительно спектра железа делают вывод о качественном составе анализируемого объекта, по интенсивности этих линий – о количественном.

Определение проводят по методу градуировочного графика, редко – по методу добавок. Титриметрический вариант не используют.

Основное достоинство метода – его информативность. По одному спектру пробы можно провести полный элементный анализ, определить присутствие и концентрацию более 200 элементов Периодической системы. Погрешность определения достаточно велика и составляет около 10%, иногда достигая 30%. Минимально определяемые концентрации находятся на уровне 10^-4–10^-5 моль/л. Удобным является то, что твердые образцы перед анализом не требуется растворять.

ИК-спектроскопия

Метод основан на поглощении излучения ИК-диапазона функциональными группами молекул пробы. Характерной особенностью является то, что спектр поглощения практически не зависит от природы молекул пробы, а определяется наличием в них тех или иных функциональных групп.

ИК-спектроскопия применяется как мощный инструмент качественного анализа органических веществ по функциональным группам. В количественном анализе применения практически не находит, так как интенсивность поглощения ИК-излучения большинством веществ невелика и, следовательно, чувствительность такого анализа будет мала. Исключение – определение воды в органических растворителях. Вода хорошо поглощает ИК-излучение. Поэтому, кстати, в ИК-спектроскопии всегда анализируются неводные растворы.

Гибридные методы анализа

К гибридным методам относятся экстракционные и хроматографические. Особенность этих методов заключается в том, что на первой стадии определяемое вещество выделяют из пробы, а на второй стадии реализуется количественный анализ.

Экстракционные методы основаны на экстракционном выделении и концентрировании определяемого вещества с его последующим определением. Экстракцией называется самопроизвольное извлечение вещества из водной фазы в органическую, не смешивающуюся с водной. Обратный процесс называется реэкстракцией. Концентрирование достигается за счет того, что объем экстракта много меньше объема начальной пробы. В среднем, определяемое вещество концентрируется в десятки раз, иногда в сто и более раз. За счет такого концентрирования удается снизить минимальные определяемые концентрации на один-два порядка. Кроме того, стараются подобрать такой экстрагент и такие условия экстракции, чтобы целевое вещество экстрагировалось, а примеси – нет. В этом случае возможно значительно увеличить селективность определения. После экстракционного концентрирования определение проводят любым из описанных методов анализа, причем наибольшее распространение получило эктракционно-фотометрическое определение. Необходимо отметить, что при использовании предварительного экстракционного концентрирования погрешность определения значительно возрастает и будет составлять не менее 3-5%.

Хроматографические методы основаны на разделении компонентов сложных смесей с последующим их определением. Обе стадии анализа – разделение и определение – реализуются в едином приборе-хроматографе. Разделение проводится на хроматографической колонке. Она представляет собой достаточно длинную и тонкую трубку – длиной до 1-30 м и диаметром несколько мм. Разделение основано на том, что компоненты пробы с разной силой взаимодействуют с неподвижной фазой–сорбентом в колонке, и поэтому переносятся подвижной фазой – газом или жидкостью – по колонке с различной скоростью. На выходе из колонки компоненты детектируются. Применяются самые разнообразные детекторы – фотометрические, кондуктометрические, потенциометрические и другие. Так как в колонке произошло разделение компонентов и детектора компоненты достигают отдельно друг от друга, возможно использовать и неспецифические детекторы. Исключительно широкое применение получил детектор по теплопроводности-катарометр.

Определение концентрации в хроматографическом анализе проводят по методу градуировочного графика и методу добавок. Титриметрический вариант не используется.

Возможности хроматографического анализа чрезвычайно широки и поэтому этот метод в настоящее время развивается наиболее бурно. С его помощью определяют вещества практически любого происхождения – и неорганические, и органические. Анализирировать можно как жидкие, так и газообразные, реже – твердые (летучие) образцы. Погрешность определения составляет несколько %, минимальные определяемые содержания – доли мкг.

Современный хроматограф – полностью автоматизированный и компьютеризированный прибор, способный проводить сотни анализов в сутки.

Мы закончили рассмотрение наиболее важных ФМА и физических методов. Эти методы позволяют существенно снизить минимальные определяемые концентрации по сравнению с классическими химическими методами, и поэтому они пригодны для проведения анализа с учетом всех современных требований по ПДК. Данные методы как правило менее трудоемки по сравнению с классическими, однако, они требуют использования дорогого оборудования и наличия специальных знаний и навыков у экспериментатора. Дополнительное достоинство рассматриваемых методов в том, что практически все они достаточно легко автоматизируются и компьютеризуются.

Из этого арсенала всегда возможно выбрать метод, наиболее подходящий для решения тех или иных задач. Необходимо помнить, что существуют универсальные методы, позволяющие определять практически любые вещества, например, фотометрия, однако, если требуется повысить чувствительность, селективность определения, снизить погрешность результатов, можно использовать и специфические методы.