101. Атомно-эмиссионный спектральный анализ и использование атомно-эмиссионной спектроскопии в судебной экспертизе.

Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭС) основан на термическом возбуждении атомов или ионов, которые находятся в паро- или газообразном состоянии, и регистрации оптических спектров (качественный анализ) или измерении интенсивности отдельных спектральных линий определяемых элементов (количественный анализ).

Суть метода: устройство для ввода пробы + источник возбуждения (пламя горелки). Под воздействием высоких температур растворитель испаряется, а вещество переводится в атомарное состояние, и атомы возбуждаются. Затем атомы возвращаются в исходное состояние, испуская при этом избыточную энергию. Это излучение проходит через диспергирующий элемент, где оно разлагается в спектр, после чего улавливается фотоэлементом.

Вид спектра является качественной характеристикой вещества, а интенсивность линий спектра является количественной характеристикой.

Так как число линий атомов в спектре велико, то для аналитических цепей используются не все линии, а лишь некоторые из них-это так называемые аналитические линии.

Спектр, обусловленный переходами частиц из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, называют спектром испускания. Спектры, испускаемые термически возбужденными частицами, называют эмиссионными.

Эмиссионный спектр – это распределение интенсивностей испускания термически возбужденных частиц по длинам волн.

Спектры индивидуальных атомов можно наблюдать только в газовой фазе при относительно небольших давлениях. Устройства, в которых вещество переводится в атомарное состояние в газовой фазе, называют атомизаторами.

В плазме источника света наиболее вероятны неупругие соударения атомов с быстрыми частицами (электронами, атомами, ионами), имеющими достаточную кинетическую энергию, называемые ударами первого рода. При этом часть этой кинетической энергии, равная по величине энергии возбуждения, передается атому, который переходит в возбужденное состояние.

Атомы А, находящиеся в основном состоянии, могут также перейти в возбужденное состояние при соударении с уже возбужденными атомами М*, называемыми ударами второго рода. При этом происходит безизлучательный переход частицы М* из возбужденного состояния в основное:М* + A → М + A*

Близость энергий возбуждения частиц увеличивает вероятность их взаимодействия.

В этих двух случаях переход возбужденного атома в состояние с более низкой энергией сопровождается излучением спектральных линий. Отличительной особенностью атомных спектров является их линейчатая структура. Спектры атомов состоят из большого числа дискретных спектральных линий, объединенных в отдельные спектральные серии. Положение линий в пределах каждой серии подчиняется определенным закономерностям.

Но наряду с излучением линейчатого спектра в плазме любого источника света происходит возбуждение и излучение полосатого и непрерывного спектров.

Полосатые спектры типичны для молекул, находящихся при высокой температуре – СN, N2+, CH, C2, SrOH. Возбуждение электронных состояний молекул происходит аналогично возбуждению атомов и связано с изменением их электронной, колебательной и вращательной энергии.

Непрерывные спектры испускания не являются характеристичными для отдельных элементов и зависят от условий термического возбуждения. Например, электрон, попав в зону электрического поля положительного иона, может изменить траекторию, скорость движения, а значит и кинетическую энергию. Этот процесс сопровождается эмиссией фотона, называемой тормозным излучением. Фотон может быть эмитирован и в случае рекомбинации двух заряженных частиц (электрона и положительного иона). Поскольку величина кинетической энергии электрона может иметь произвольное значение, то в обоих случаях частота излучения может принимать различные неквантованные значения.

Для атомно-эмиссионного спектрального анализа непрерывный спектр является фоном, на котором расположены излучаемые атомами спектральные линии определяемых элементов. Их положение в спектре содержит информацию о присутствии, а интенсивность – о концентрации элементов в пробе.

использование атомно-эмиссионной спектроскопии в судебной экспертизе.

Метод АЭС широко применяется для определения главных, сопутствующих компонентов и следов в разнообразных природных и искусственных материалах. Особенно важна его роль в анализе минерального сырья, продуктов металлургического производства, полупроводниковых материалов, объектов окружающей среды и т.д. Многоэлементность, достаточно низкие пределы обнаружения элементов в сочетании с простотой выполнения ставят атомно-эмиссионный анализ в разряд крайне необходимых для любой аналитической лаборатории.