4.2.1. Аппаратура

П

Рис. 4.16. Принципиальная схема пламенного фотометра:

1 − Анализируемый раствор; 2 − распылитель; 3 − слив; 4 − рефлектор;

5 − Горелка; 6 − диафрагма; 7, 8 − конденсоры; 9 − интерференционный светофильтр; 10 − линза; 11 − защитное стекло; 12 − фотоэлемент;

13 − Усилитель;

14 - микроамперметр; 15 - блок питания.

о аппаратурному оформлению и условиям технической эксплуатации метод пламенной фотометрии прост и в основном использует два класса приборов: пламенные фотометры и пламенные спектрофотометры. Независимо от конструктивных особенностей в любом приборе (рис. 4.16) имеются три основных узла а) возбуждения (горелка, распылительная система); б) выделения (монохроматор) в) детектирования и регистрации сигнала (фотоэлементы, фотоумножители, электрические приборы для получения сигнала или непосредственной записи измерений).

Принцип метода эмиссионной фотометрии пламени заключается в следующем: анализируемый раствор 1 в виде аэрозоля вводят посредством распылителя 2 в пламя горелки 5. Возникающее в пламени излучение определяемого элемента, отделенное посредством светофильтров или монохроматора 9 от излучения других элементов, попадая на фотоэлемент 12, вызывает в нем ток, который измеряется микроамперметром 14. При определенных условиях отсчеты по шкале гальванометра пропорциональны концентрации определяемого элемента.

Спектры испускания в пламенах состоят из небольшого числа спектральных линий, главным образом резонансных, что позволяет выделять характеристическое излучение элементов при помощи светофильтров и использовать простые спектральные приборы - пламенные фотометры. Они компактны и удобны для работы. Их применяют для определения небольшого количества элементов (калий, натрий, кальций и литий), имеющих достаточно чувствительные линии в видимой области спектра и низкие потенциалы возбуждения.

Светофильтры выделяют из спектра пламени излучение определяемого элемента и поглощают излучение посторонних элементов. Их изготавливают из цветных стекол, окрашенных пленок, растворов окрашенных веществ. Сравнительно бóльшими возможностями обладают интерференционные светофильтры, которые получают нанесением на стекло с последующим испарением в вакууме двух полупрозрачных слоев серебра, разделенных слоем диэлектрика

В фотометрах со светофильтрами преобразование светового потока в электрический сигнал осуществляют с помощью электрических приемников, действие которых основано в большинстве случаев на фотоэффекте. Чаще всего ими являются электровакуумные фотоэлементы, в которых используется способность некоторых металлов испускать электроны под действием света (подпараграф.4.1.4).

П

Рис. 4.17. Фотоумножитель

1 − Катод; 2 − эмиттер;

3 − Анод

ламенные спектрофотометры имеют большую чувствительность и специфичность. Они дают возможность определять широкий ряд элементов и учитывать влияние посторонних примесей. Для выделения излучения нужной длины в олны в этих типах приборов используют монохроматоры − стеклянные или кварцевые призмы, дифракционные решетки. Количество света, выходящее из монохроматора, значительно меньше, чем в фотометрах со светофильтрами. Поэтому ток перед измерением усиливают в 10⁵ – 10⁶ раз. Для этой цели применяют специальные ламповые усилители – фотоумножители (рис. 4.17). Их действие основано на внешнем фотоэффекте и вторичной электронной эмиссии. Расположение электродов и фокусирующее поле выбирают так, чтобы первичный электронный поток, попадая на первый эмиттер, вызывал вторичную электронную эмиссию, электроны вторичной эмиссии направлялись на следующий эмиттер и так далее.

Пламенные спектрофотометры более сложны, чем фотометры со светофильтрами. Но они дают возможность анализировать более сложные объекты, определять следы веществ и работать в УФ области спектра.

Известны разнообразные пламенные фотометры и спектрофотометры: одноканальные и многоканальные, с компенсацией излучения посторонних элементов и работающие по методу внутреннего стандарта. Из отечественных приборов можно назвать пламенные анализаторы жидкости ПАЖ, пламенные фотометры ФПЛ, многофильтровые пламенные фотометры ПМФ, имеющие в своем комплекте 11 интерференционных светофильтров, спектрофотометры на основе СФ-4. Атомно-абсорбционные спектрофотометры могут также работать в эмиссионном варианте.

Широкое применение находят спектрофотометры, снабженные компьютерами, что позволяет ускорить и автоматизировать выполнение анализа.

А

Рис. 4.18. Схема устройства пневматического распылителя

нализируемый раствор вводят в пламя с помощью пневматического распылителя, действующего по принципу пульверизатора (см. рисунок 4.18). Анализируемый раствор подается в тонкий капилляр 1, перпендикулярно которому поступает газ−окислитель 2. Увлекая струи раствора, он вытягивает их в тонкие нити. Последние, распадаясь, образуют сферические к апли 4. Диаметр выходной щели распылителя больше диаметра капилляра, поэтому у выхода создается разрежение, которое способствует засасыванию раствора в капилляр. У выхода щели распылителя иногда помещают импактор 3, который представляет собой стеклянный шарик, разбивающий крупные аэрозольные частицы на более мелкие. Для увеличения степени дисперсности аэрозоля служат и лопатки маленьких турбин 5, которые располагаются в распылительной камере 6. Высокодисперсный аэрозоль подается потоком окислителя в горелку 7 с боковым отверстием 8, через которое поступает горючий газ. По выходе из горелки смесь паров, сгорая, образует пламя, в которое поступает анализируемая проба в виде аэрозоля.