Лекція 7 полуменева фотометрія

Основи фотометрії полум’я. Емісійна фотометрія полум’я. Якісний і кількісний аналіз. Абсорбційна фотометрія полум’я. Атомізатори методу АА (полум’я, електротермічні атомізатори). Джерела випромінювання. Спектральна смуга пропускання. Роздільча здатність та роздільча сила. Світлосила. Типові спектрометри із селективною фільтрацією.

Фотометрія полум’я – різновид спектрального аналізу, в якому джерелом атомізації речовини є полум’я. В ньому атоми чи молекули можуть збуджуватись і випромінювати (емісійний варіант фотометрії полум’я). Незбуджені атоми здатні поглинати характеристичне випромінювання, що є основою атомно-адсорбційного варіанта методу.

Історично полум’я – найстаріше джерело отримання спектрів атомів і молекул. Можна нагадати, що полум’я було першим джерелом в спектральному аналізі, яке використовували в своїх працях Кірхгоф і Бунзен. Сьогодні полум’я широко використовують у різних методах спектроскопії завдяки простоті отримання і роботи з ним, низькій вартості та доступності вихідних речовин – палива й окиснювачів. Важлива перевага полум’я над іншими джерелами – достатньо висока чутливість і відтворюваність аналізу.

Розрізняють два види полум’я: такий, в якому горючий газ попередньо змішується з газом-окиснювачем, і полум’я, де горіння газу відбувається за рахунок дифузії кисню з навколишнього середовища (так зване дифузійне полум’я). Такий поділ умовний. Якщо швидкість горіння відносно велика, то застосовують полум’я другого виду, в протилежному випадку – першого. За спокійного потоку газів отримують ламінарне полум’я, яке здебільшого і використовується. Опис контуру ламінарного полум’я подано вище (див. джерела атомізації). З’ясовано, що стабільний контур полум’я визначається співвідношенням швидкостей горіння (чи швидкості поширення фронту полум’я, V_г) і швидкості подачі газової суміші (V_п). Стабільним полум’я буде за умови, коли співвідношення V_п:V_г=(2-3):1. Якщо V_п >>V_г, то полум’я гасне, якщо ж V_п <V_г, то полум’я заскакує всередину пальника.

У табл. 7.1 наведено суміші газів, які найчастіше застосовують в аналізі, та їхню характеристику.

Таблиця 7.1

Загальна характеристика полум’я

Горючий газ	Окиснювач	Т, К розрахована	Швидкість поширення фронту, см·с-1
Світильний газ	Повітря	2100	55
Пропан-бутан	Повітря	2200	–
Ацетилен	Повітря	2450	266
Ацетилен	Оксид азоту(І)	3200	180
Ацетилен	Кисень	3370	2480
Пропан	Оксид азоту(І)	2900	–

Співвідношення компонентів газової суміші може бути стехіометричним і нестехіометричним. Для суміші першого типу мольне співвідношення кисню і вуглецю близьке до 1. За інших співвідношень полум’я матиме окиснювальні чи відновні властивості.

Найважливішою характеристикою полум’я є його температура, яка впливає насамперед на ступінь дисоціації молекул, які вводять у полум’я, а отже, і на концентрацію вільних атомів в одиниці об’єму. Температура залежить від складу горючої суміші (табл. 7.2), а також від стехіометрії полум’я. Реакції і склад газів полум’я видно з табл. 7.2.

Полум’я ацетилен-повітря має високу пропускну здатність, починаючи з 200 нм, слабку власну емісію і високу ефективність атомізації сполук понад 30 елементів. Іонізації зазнають Li – 1%, Na – 4%, K – 30%, Pb – 40%, Cs – 65%.

Таблиця 7.2