27. Условия и механизм атомизации и возбуждения в-ва в атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой.

Плазма- это частично или полностью ионизированный газ, образующийся в результате термической ионизации атомов и молекул при высоких температурах под действием электромагнитных полей большой напряженности при облучении газа потоками заряженных частиц высокой энергии. В плазме суммарная концентрация электронов и отрицательных ионов равна концентрации положительных ионов, вследствие чего ее результирующий пространственный заряд равен нулю.

Для получения индуктивно-связанной плазмы (ИСП) используют высокочастотный генератор с рабочей частотой 27-56 МГц и потребляемой мощностью 1,0- 1,5 кВт и специальную горелку – трехтрубчатый плазматрон.

Плазматрон представляет собой систему аксиально расположенных |кварцевых трубок, в верхней части которой находится медная индукционная катушка ВЧ-генератора.

По наружной цилиндрической плоскости, образованной трубками подается поток охлождающего газа со скоростью 10-20 л/мин. По второй трубке подается плазмообразующий поток аргона (скорость 1 л/мин.) По центральной трубке подается поток газа, транспортирующего анализируемую пробу в виде аэрозоля (скорость = 0,5-2л/мин.). Для возбуждения разряда в горелке с помощью вспомогательного устройства образуется искра, осуществляющая поджог плазмы. После этого автоматически включается ВЧ—генератор. Ток высокой частоты, протекая через медную катушку, создает переменное магнитное поле, силовые линии которого проходят внутри горелки и вне ее. Так как плазма, образованная поджигающей искрой, состоит из электрозаряженных частиц (электронов и ионов), в верхней части плазмотрона переменным магнитным полем индуцируется кольцевой ток, возникает переменное электромагнитное поле, под действием которого происходит ускорение заряженных частиц. Соударение ускоренных частиц с нейтральными атомами приводит к дополнительной ионизации газа и его нагреву. При соответствующих значениях мощности ВЧ-генератора и скорости газового потока мгновенно формируется самоподдерживающая аргоновая плазма, температура которой составляет 6000-10000С⁰.

Анализируемая проба с помощью специального распылителя переводится в состояние аэрозоля и подается медленным током аргона по центральной трубке плазмотрона в осевую зону плазмы. Разогревается за счет теплопроводности и излучения до = 7000К, при этом полностью атомизируется и возбуждается, образуя более холодный «факел пламени» над яркой плазмой. Температура по высоте плазменного факела сильно изменяется. Поэтому при определении легко ионизирующихся элементов используют более высокие области плазмы, элементы с высокими потенциалами ионизации определяют в плазме на высоте 10-15 мм над катушкой. Для млогоэлементного анализа типичная высота наблюдения равна 12-15 мм над рабочей катушкой.

Ионизация происходит в центральном аксиальном канале, а число возбужденных частиц в периферийной оболочке относительно мало. Благодаря этому самопоглощение (реабсорбция), наблюдающееся при высокой концентрации мало, и градуировочные зависимости линейны в очень широком диапазоне концентраций, что позволяет производить одновременное и последовательное определение элементов матрицы и микрокомпонентов без разбавления и многократного распыления пробы.

Достоинства спектроскопии с ИСП:

1) возможность определения в аргоновой плазме практически всех элеметов периодической системы (кроме аргона),

2) возможность определять как основные компоненты, так и следовые количества элементов примесей по единым градуировочным графикам (связано с линейностью градуировок в диапазоне до 6 порядков концентрации);

3) возможность проведения многоэлементного анализа одновременно до 20 -40 элементов;

4) использование малых объемов раствора;

5) автоматизация, компьютерное управление анализом;

6) низкие пределы обнаружения (некоторые элементы могут быть обнаружены при их концентрации 10^-5 мкг/мл), хорошая воспроизводимость результатов (относительная погрешность 0,1-1,0 %).

К недостаткам метода можно отнести то, что для высокотемпературной плазмы характерны развитые спектры с большим количеством линий,, принадлежащим атомам, а также одно- и двухзарядным ионам. Кроме того, метод ИСП подходит для анализа, преимущественно, растворов, что также ограничивает его применение.

Важными конструктивными элементами пламенного источника возбуждения являются также распылитель и горелка. Для атомно-эмиссионного анализа с пламенной атомизацией и возбуждением применяется горелка Меккера, дающая конусообразное пламя в атомно-абсорбционном анализе атомизатор снабжают щелевой горелкой, образующей широкое плоское пламя.