4. Аппаратура в атомно-абсорбционном анализе

Работа однолучевого спектрофотомет­ра для атомной абсорбции построена на том, что излучение труб­ки с полым катодом проходит через пламя с распыленным в нем раствором исследуемого вещества и попадает во входную щель монохроматора, выделяющего аналитическую линию элемента. Фо­тоток, который появляется в фотоэлементе, регистрируется гальванометром.

Схема атомно-абсорбционного спектрофотометра:

1 — источник света; 2 — модулятор; 3 — зеркала, 4 — горелка; 5 — пламя; 6— пластинка; 7— входная щель; S — дифракционная решетка, 9 — выходная щель; 10 — фотоумножитель; 11 — усилитель; 12 — блок измерений

Недостаток однолучевой схемы — значительная зави­симость точности измерений от устойчивости режима горения ис­точника излучения. Влияние нестабильности существенным обра­зом снижается в двух- и многоканальных спектрофотометрах, ко­торые работают по принципу сравнения фототоков в различных каналах.

Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрометра приведена ниже.

Она очень похожа на схему спектрофотометра. Обратите внимание на обязательное наличие модулятора (иногда он имеется и в спектрофотометрах). Роль "кюветного отделения" исполняет атомизатор. Монохроматор (как правило — дифрак­ционная решетка) расположен обычно не до кюветного отделения, как в спектрофото­метрах, а после него. В отличие от спектрофотометров, роль монохроматора здесь заключается не в выделении узкой спектральной полосы из широкого непрерывного спектра источника, а в отсечении "лишних" спектральных линий.

Источники излучения в атомной абсорбции

Линии поглощения свободных атомов имеют спектральную ширину порядка 10^-2 нм, т.е. значительно уже, чем полосы поглощения молекул (1-100 нм). Поэтому в атомной абсорбции резко ужесточаются требования к степени монохроматичности источника излучения по сравнению со спектрофотомегрией.

Поэтому в атомной абсорбции используются специальные, высокомонохроматичные и вместе с тем мощные источники — главным образом лампы с полым катодом и безэлектродные разрядные лампы.

Лампа с полым катодом представляет собой стеклянный или кварцевый баллон, заполненный инертным газом под низким давлением, внутри которого находятся два электрода — катод и анод. Катод имеет форму чаши и изготавливается из какого-либо определенного элемента. При подаче напряжения на электроды возникает тлеющий разряд с образованием положительных ионов газа-наполнителя. Последние бомбарди­руют катод, выбивая атомы металла в газовую фазу. Там эти атомы возбуждаются и испускают излучение, характерное для свободных атомов соответствующего элемента. Таким образом, спектр излучения лампы с полым катодом — это атомный спектр материала катода. Из него с помощью обычного монохроматора низкого разрешения можно выделить одну (обычно наиболее интенсивную) линию и использовать ее для атомно-абсорбционного определения соответствующего элемента.

Безэлектродные разрядные лампы в принципиальном плане аналогичны лампам с полым катодом; различия между ними чисто конструктивные. В безэлектродной разрядной лампе содержится небольшое количество чистого вещества (или его летучего легкодиссоциирующего соединения), которое переводится в атомный пар и возбуждает­ся под действием микроволнового поля. Спектр испускания такой лампы тот же, что и для лампы с полым катодом из соответствующего элемента. Безэлектродные разрядные лампы изготавливаются главным образом для определения неметаллов (As, Se, Те. Р) и летучих металлов (Hg, Rb, Cs).

Важнейшим недостатком рассмотренных источников излучения является их "узкая специализация": каждая лампа пригодна для определения только одного элемента. Существуют, правда, и многоэлементные лампы, в которых катод изготовлен из смеси (сплава) нескольких металлов, но для них, как правило, эксплуатационные характери­стики хуже, чем для одноэлементных. Поэтому предпринимаются интенсивные усилия по созданию для атомно-абсорбционного анализа источников излучения с перестраивае­мой частотой. Одним из таких источников может служить лазер на красителях, дающий излучение достаточной степени монохроматичности. В последнее время сообщается и о применении особо мощных источников излучения непрерывного спектра (ксеноновых ламп) в сочетании с высокоэффективными монохроматорами (дифракционные решетки — эшелетты). Тем не менее лампы с полым катодом и безэлектродные разрядные лампы до сих пор являются основными типами источников излучения в атомной абсорбции.