11.1. Атомна спектроскопія
В атомній спектроскопії використовують емісійний спектральний аналіз, фотометрію полум'я і атомно-абсорбційний спектральний аналіз.
11.1.1. Емісійний спектральний аналіз
Під емісійним або атомним спектральним аналізом розуміють метод дослідження елементного складу речовини за спектрами випромінювання його атомів. Атоми і молекули досліджуваної речовини можуть збуджуватись в електричній дузі або іскровим розрядом. Висока температура в джерелах світла приводить до розпаду молекул більшості речовин на атоми. Тому емісійний метод, як правило, є атомним аналізом. Випромінювання атомів всіх елементів, що містяться у пробі, розкладається в спектр за допомогою призми або дифракційної ґратки спектрального приладу і регіструється на фотографічній пластинці або фотоелектричним пристроєм. За окремими лініями в спектрі можна ідентифікувати елементи, які містяться у досліджуваній речовині (якісний спектральний аналіз), а за відносними інтенсивностями спектральних ліній визначати концентрацію елемента у досліджуваному зразку (кількісний аналіз). Слід зауважити, що на інтенсивність спектральних ліній при випаровуванні проби в джерелі світла, окрім концентрації елемента в досліджуваному зразку, впливають багато факторів: температура дугового розряду, швидкість випаровування сполук із розплавів в кратері електроду, хімічні реакції, що протікають в розплаві і в газовій хмаринці дуги, степінь дисоціації молекул і степінь іонізації атомів елементів, умови введення і виходу молекул, атомів і іонів із дугового розряду та ін.
На рис. 11.1 приведена оптична схема спектрографа типу ИСП-30. Світло від джерела випромінювання 1 проходить через трьохлінзовий освітлювач, який складається із конденсорів 2, 3 і 4, ступеневий послаблювач 5, щілину 6 і попадає на дзеркальний коліматорний об'єктив 7, який відхиляє падаючі на нього промені на кут 20І7'. Паралельний пучок, який поширюється від дзеркального об'єктиву, попадає на призму 8, яка розкладає його в спектр. Кварцевий об'єктив 9 збирає промені у своїй фокальній площині. Дзеркало 10 повертає пучок світла на кут 48011'. Площина емульсії фотопластинки співпадає із площиною спектру 10 і 11. Прилад дозволяє фотографувати емісійні спектри в області довжин хвиль від 200 до 600нм.
Рис. 11.1. Оптична схема спектрографа ИСП-30:
1-джерело світла; 2,3,4-конденеорні лінзи; 5-ступеневий послаблювач; 6-вхідна щілина; 7-дзеркальний об'єктив; 8-кварцева призма; 9-кварцевий об'єктив; 10-дзеркало; 11-фотопластинка
До оптичних спектрографів із середньою роздільною здатністю також відносяться ИСП-28, ИСП-22 та ін. Більші можливості дає використання спектрографа із дифракційною граткою, що дозволяє збільшити дисперсію у всьому інтервалі довжин хвиль. Наприклад, спектрограф ДФС-8 із плоскою дифракційною граткою призначений для фотографування спектру від 200 до 1000нм. Цей прилад як і ДФС-13 дозволяє найбільш повно визначити склад речовин і вміст домішок, які на спектрографах із середньою дисперсією виявити не вдається.
Для розшифровки спектрограм використовують спектропроектори, вимірювальні мікроскопи, мікрофотометри із спеціальним пристроєм для вимірювання інтенсивності спектральних ліній при кількісному аналізі. При якісному аналізі визначають довжини хвиль виявлених спектральних ліній і порівнюють їх з атласами спектрів і таблицями спектральних ліній, які містять відповідно зображення спектрів елементів із зазначенням довжин хвиль спектральних ліній і довжини хвиль ліній спектрів різних елементів. Спектрограму розшифровують, порівнюючи спектр досліджуваної речовини із найбільш багатокомпонентним спектром - спектром заліза, фотографуємим поруч із спектром аналізуємої речовини. При визначенні домішок у будь-якій речовині її спектр розглядають із спектром основи і виявляють лінії, що відсутні в останньому.
Розглянуті прилади призначені для якісного і кількісного емісійного спектрального аналізу мінералів, металів, сплавів, зокрема сталей різних марок на вміст хрому, марганцю, кремнію, молібдену та інших елементів. Об'єкти досліджень можуть знаходитись в твердому або рідкому стані (у розчині), а аналіз має чутливість 10-5...10-7 %.
Слід зауважити, що атомний спектральний аналіз не дає інформацію про молекулярний склад речовини і про стан іонів у розчині.