Устройство спектральных приборов

Прибор для проведения спектрального анализа имеет следующие основные узлы: источник возбуждения, диспергирующий элемент, приемник света. В источнике возбуждения вещество атомизируется и возбужденные частицы испускают свет, который диспергирующим элементом разделяется в пространстве на отдельные составляющие, а приемник света их фиксирует. Кроме этого в приборе имеется оптическая система, предназначенная для получения параллельного пучка света, его фокусировки и т.д.

1. Источники возбуждения – переводят вещество из конденсированной фазы в парообразную и возбуждают вещество в этой фазе, путем сообщения ему энергии.

а) пламя – 900-3000^оС. Возбуждение термического характера. Определяет около 40 элементов.

б) дуга – до 7000^оС. Возбуждение за счет электрического разряда большой силы тока и небольшого напряжения. Дает спектры всех элементов. Их недостаток – чрезмерная яркость. Используется в качественном и полуколичественном анализе.

в) искра – от 7000 до 12000^оС. Возбуждение создается специальными искровыми генераторами. Дает четкие спектры всех элементов. Они неяркие, но стабильные. Используется в количественном анализе.

2. Диспергирующий элемент – разлагает излучение в спектр. Преобразует излучение в монохроматическое, т.е. разделяет на пучки с одинаковой длиной волны и фазой колебания. Это главная часть прибора, определяющая его аналитические возможности и основные характеристики: линейную дисперсию (отношение расстояния между спектральными линиями к разнице между длинами их волн) и разрешающую способность (способность давать раздельное изображение двух спектральных линий с близкими длинами волн). Обычно это призмы, дифракционные решетки, интерференционные устройства.

3. Приемники света – позволяют зафиксировать и визуализировать спектр. Это глаз наблюдателя, фотопластинка и фотоэлемент.

а) Фотопластинка имеет светочувствительный слой – кристаллы бромида серебра. При попадании на пластинку света происходит фотолиз соли с образованием серебра. AgBr + hν → Ag + Br. Затем фотопластинку обрабатывают специальными веществами. В результате на пластинке проявляется изображение спектра.

б) Фотоэлемент – это устройство, преобразующее световую энергию в электрическую. Действие фотоэлемента основано на использовании фотоэффекта. При внешнем фотоэффекте поглощение света приводит к отрыву электрона с облучаемой поверхности. Внутренний фотоэффект характеризуется увеличением электрической проводимости под действием света. Важным свойством приемников света является их чувствительность – величина, обратная количеству освещения, необходимого для получения почернения, на 0.2 превышающего почернение вуали при освещении белым светом. Спектральная чувствительность – это функция зависимости чувствительности от длины волны S=f(λ).

Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа

Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа делятся на качественные и количественные.

Основой качественного спектрального анализа является свойство атомов каждого химического элемента излучать характерный линейчатый спектр. Задача качественного спектрального анализа сводится к отысканию линий определяемого элемента в спектре пробы. Принадлежность линии данному элементу устанавливается по длине волны и интенсивности линии. Для расшифровки спектра и определения длины волны пользуются спектрами сравнения, в которых длины волн отдельных линий хорошо известны. Чаще всего для этой цели используют спектр железа, имеющий характерные группы линий в разных областях длин волн. При анализе спектр исследуемого образца фотографируют над спектром железа и по расстоянию между линиями определяют длину волны, которой эта линия соответствует.

Количественные спектральные методы основаны на зависимости концентрации элемента в пробе от интенсивности его спектральной линии. При этом иногда в пробу вводят так называемый внутренний стандарт, т.е. элемент, линию которого используют в качестве линии сравнения. В зависимости от способа оценки интенсивности различают следующие методы количественного спектрального анализа: 1) визуальные, 2) фотографические, 3) фотоэлектрические.

1) фотографические методы: (длительные по времени определения)

- метод трёх эталонов: на одной пластинке фотографируются спектры исследуемого образца и трёх эталонов. По спектрам эталонов строят градуировочный график, по которому определяют концентрацию элемента в исследуемом образце (анализ стали, сплавов).

- метод добавок: пробу переводят в раствор и делят его на несколько частей. В каждую часть раствора добавляют разное, но точно известное количество определяемого элемента, снимают спектр и определяют интенсивность спектральных линий. Для расчетов результатов анализа строят градуировочный график.

2) фотоэлектрические методы – спектрометрия – основаны на прямом измерении интенсивности спектральных линий по величине потенциала, возникающего на фотоэлементе при попадании на него света определенной интенсивности (интенсивность света пропорциональна потенциалу, возникающему на фотоэлементе).

3) фотометрия пламени (пламенная эмиссионная спектроскопия) – анализируемый раствор в виде аэрозоля вводится в пламя горелки. При этом растворитель испаряется, а соли металлов диссоциируют на атомы, которые при определенной температуре возбуждаются. Возбужденные атомы, переходя в нормальное состояние, излучают свет характерной частоты, который выделяется с помощью светофильтров, а его интенсивность определяется фотоэлементом.