Лекция 8. Атомно-абсорбционный метод анализа

1. Общая характеристика метода

Атомно-абсорбционный метод основан на поглощении излучения оптического диапа­зона свободными атомами. Слово "свободными" в данном случае очень существенно, поскольку в оптическом диапазоне, соответствующем энергиям валентных электронов, свободные атомы и многоатомные частицы дают совершенно различные спектры. Поэтому важнейшей предпосылкой атомно-абсорбционных определений является пере­вод определяемого вещества (элемента) в состояние атомного пара. Для этого приме­няется источник высокой температуры — атомизатор.

В концептуальном плане атомно-абсорбциониый метод мало отличается от спектро-фотометрического (почему и рассматривается иногда в качестве одной из его разновид­ностей — высокотемпературной газовой спектрофотометрии). Аналитическим сигналом здесь также служит оптическая плотность, прямо пропорциональная концентрации поглощающих частиц. Основные отличия атомно-абсорбционного метода от спектро-фотометрического связаны, во-первых, с характером атомных спектров, а, во-вторых, со спецификой физико-химических процессов в высокотемпературном газе.

Количественный анализ методом спектрофотометрии пламе­ни используется для определения большинства элементов перио­дической системы Д. И. Менделеева. Благодаря быстроте и простоте методик особенно важное значение имеет применение атомно-абсорбционной пламенной спектрометрии в анализе щелочных и щелочноземельных элементов.

Качественный анализ по методу пламенной спектрофотомет­рии состоит в установлении наличия или отсутствия резонансной линии поглощения, которое регистрируется на фотографических пластинках или цифровом вольтметре. Например, натрий опреде­ляют по аналитической длине волны в интервале 589,0...589,6 нм, калий — 766,5...769,9 нм, магний — 285,2 нм и др.

2. Основной закон светопоглощения в атомной абсорбции

Для атомно-абсорбционного, как и для любого абсорбционного метода анализа, справедлив закон Бугера-Ламберта-Бера:

где С — концентрация поглощающих атомов;

к — атомный коэффициент абсорбции;

l — толщина слоя плазмы.

Однако в плане интерпретации этого соотношения применительно к атомно-абсорбционному методу имеется ряд особенностей. Во-первых, поскольку облако атомного пара, в отличие от раствора в кювете, не имеет четких границ, то под l следует понимать некоторую "эффективную" толщину поглощающего слоя. Во-вторых, величина с должна была бы, строго говоря, означать концентрацию свободных атомов определяемого вещества в газовой фазе атомизатора, однако эта величина чрезвычайно трудно поддается оценке — и, главное, не представляет для аналитика большого интереса. Аналитика интересует совсем другая концентрация определяемого вещества — не в атомизаторе, а в растворе анализируемой пробы, подаваемой в атомизатор.

Выход из создавшихся затруднений состоит в следующем. При постоянных условиях атомизации можно считать, что эффективная толщина поглощающего слоя l постоянна, а концентрация свободных атомов с_ат в атомизаторе прямо пропорциональна концент­рации с определяемого вещества в растворе пробы. С учетом этого можно записать:

А = кс

где под с подразумевается концентрация вещества в растворе, а коэффициент поглощения к включает в себя все отмеченные выше факторы (эффективную толщину слоя, коэффициент перехода от с к с_ат и т.д.). В отличие от молярного коэффициента поглощения е, который в спектрофотометрии является достаточно фундаментальной характеристикой вещества, в атомной абсорбции коэффициент к характеризует главным образом условия анализа. При изменении этих условий он может меняться в весьма широких пределах и должен каждый раз определяться заново путем градуировки.