Питання для самоконтролю

1. У чому полягає суть поляриметричного методу аналізу?

Спектрографи

Найбільш широко поширеними приладами спектрально-аналітичних лабораторій є кварцові спектрографи ИСП-22 і ИСП-28, що дозволяють фотографувати спектри в області довжин хвиль 200...600 нм. Оптична схема спектрографа ИСП-28 показана на рис. 2.14. Від джерела випромінювання 1 світло проходить оптичну систему 2 і через щілину 3 потрапляє на дзеркальний об'єктив 4, який відображає падаючі промені паралельним потоком на диспергуючу призму 5 і далі через об'єктив 6 на фотопластину 7. На пластинці може бути сфотографована також постійна міліметрова шкала, що полегшує розшифровку спектру. Спектрограф ИСП-28 зручний, простий і надійний в роботі.

Рис. 2.14. Оптична схема спектрографа ИСП-28

Модифікацією ИСП-28 є спектрограф ИСП-30, який має реле часу і деякі інші додаткові пристрої. Зростає випуск приладів з дифракційними решітками як диспергуючого елемента і фотографічною або фотоелектричною реєстрацією спектру (ДФС-13, ДФС-10М і ін.).

Істотною перевагою фотоелектричних приладів є експресність отримання результатів при збереженні точності. Так, за допомогою квантометра ДФС 10М визначають 11 елементів в одному зразку за 6-8 хв.

Завдання для самоконтролю знань:

1. Вивчити і коротко законспектувати зміст питання.

2. Зобразити оптичну схему спектрографа

Рекомендована література /2.6/

Питання для самоконтролю

1. У чому полягає принцип роботи спектрографів?

Спектрометри

Прилади для атомно-абсорбційної спектроскопії (ААС)

Атомно-абсорбційна спектрометрія – високочутливий аналітичний метод, оснований на поглинанні атомами в основному стані випромінювання, що випускається первинним джерелом, до того ж інтенсивність поглинання залежить від концентрації елемента.

Принципова схема установки ААС приведена на рис. 2.15.

Джерелом випромінювання є зазвичай лампа з порожнистим катодом, що містить визначуваний елемент. Катод такої лампи виготовляють у вигляді металевої склянки, в якій відбувається випаровування речовини і збудження атомів елементів при електричному розряді в атмосфері інертного газу під невеликим тиском ( 102 Па). Катоди, виготовлені з елементів з відносно низькими температурами плавлення, легко руйнуються. Для визначення таких елементів використовують графітові катоди, просочені солями визначуваних елементів. Анод у вигляді металевого стрижня розміщують поряд з катодом і обидва електроди поміщають в скляний балон з скляним або кварцовим віконцем. Лампа живиться струмом від високоточного випрямляча — стабілізатора, що дає напругу 500...600 В з коливаннями, що не перевищує сотих частин відсотка.

Пари матеріалу катода і інших речовин, що знаходяться на внутрішній поверхні катода, потрапляють в плазму унаслідок катодного розпилювання і випаровування в процесі розряду при 200...300 В і 5...30 мА|. У спектрі свічення при температурі близько 800 К в порожнистому катоді спостерігаються резонансні частоти цих елементів. Застосовуються також лампи з СВЧ-збудженням (СВЧ-лампи) для визначення, наприклад, миш'яку, сурми, вісмуту, плюмбуму і деяких інших елементів. Аналізована речовина у вигляді розчину подається в полум'я пальника, де при 2000...3000°С відбувається випаровування розчинника і атомізація| проби.

Рис. 2.15. Схема атомно-абсорбційного спектрофотометра:

1 – джерело випромінювання; 2 – полум’я; 3 – монохроматизатор; 4 – приймач світла;

5 – аналізований розчин

Оскільки зменшення інтенсивності випромінювання пропорційне товщині світлопоглинаючого шару, пальники мають спеціальну конструкцію, яка забезпечує постійну і достатньо велику довжину поглинаючого шару полум’я (5-10 см).

Останнім часом широке поширення в атомно-абсорбційній спектроскопії отримали неполуменеві електротермічні атомізатори. Хоча електропечі для атомізації застосовуються порівняно давно, початок практичному використанню їх в атомно-абсорбційній | спектроскопії належало Б. В. Львову в 1961 р. Графітова кювета Львова являє собою трубчату піч з графітовим електродом в центрі. Проба у вигляді розчину або порошку наноситься на торець графітового електроду і за рахунок могутнього дугового розряду миттєво випаровується. Відомі і інші конструкції електротермічних атомізаторів|. Як монохроматизатори| застосовують призми або дифракційні грати. Як приймач світла використовують фотоелементи або фотопомножувачі.

Комплектні прилади для ААС випускаються в багатьох країнах. В даний час відомо понад 50 моделей таких спектрофотометрів.

Спектрофотометр «Сатурн» є одним з найбільш досконалих вітчизняних приладів ААС. Він може працювати як по двох-|, так і по однопроменевій схемах. Освітлювальна система спектрофотометра сконструйована на основі лампи з порожнистим катодом, атомізація| проби відбувається в полум'ї пальника, хоча в комплект приладу входить графітова кювета Львова. Як монохроматизатори| використовуються дифракційні грати, а інтенсивність випромінювання вимірюється фотоелектронним помножувачем.

Результат аналізу в методах атомної абсорбції залежить головним чином від числа незбуджених атомів, яке у відомих межах порівняно мало змінюється з температурою. Це зменшує ефекти взаємного впливу компонентів проби на аналітичний сигнал. У емісійній спектроскопії результат аналізу визначається, в основному, числом збуджених атомів, частка яких невелика і істотно залежить навіть від невеликих коливань температури.

У ААС практично повністю виключена можливість накладення ліній різних елементів, оскільки в умовах аналізу атомної абсорбції число ліній в спектрі значно менше, ніж в емісійній спектроскопії.

Атомно-абсорбційний спектрометр

Атомно-абсорбційний спектрометр складається з джерела первинного випромінювання, яке дає випромінювання, яке поглинається, джерела вільних атомів з відповідною системою введення проби, оптичної диспергуючої системи, детектора і електроніки для збору, обробки і редагування даних (рис. 2.16). Наявність вільних атомів повинена бути забезпечена на шляху між джерелом первинного випромінювання і детектором.

Рис. 2.16. Принципова схема атомно-абсорбційного спектрометра

1 – первинне джерело випромінювання; 2 – атомізатор; 3 – проба; 4 – горючий газ і окислювач; 5 – оптична диспергуюча система; 6 – детектор; 7 – збір і обробка даних;

8 – редагування даних

Оптичні переходи, які використовуються в ААС, звичайно здійснюються між основним станом і першим збудженим рівнем.

Найчастіше в якості джерела первинного випромінювання використовують лампи з пустотілим катодом (ЛПК) і безелектродні розрядні лампи (БРЛ). Ці джерела відносяться до розрядів низького тиску.

Лампа з пустотілим катодом складається з пустотілого катода, виготовленого з високочистого металу, спектр якого необхідно отримати (рис. 2.17), з внутрішнім діаметром 2-5 мм. У деяких випадках для виготовлення багатоелементних ЛПК катод може бути виготовлений з кількох металів.

Рис. 2.17. Устаткування лампи з пустотілим Рис. 218. Процеси з лампі з пустотілим

катодом: 1 – анод; 2 – кварцове вікно; 3 – газ катодом: 1 – розпилення атомів;

(Аr або Nе); 4 – полий катод; 5 – скляний екран 2 – збудження атомів йонами

навколишнього газу; 3 – випромінююча

дезактивація збуджених атомів

Високу напругу і струм до 30 мА використовують для створення розряду, який знаходиться всередині пустотілого катода. Величина струму являє собою компроміс між інтенсивністю і розширенням лінії внаслідок самопоглинання. Буферний газ – Аr або Nе під тиском 1-5 мм рт. ст.. У результаті процесів розпилення і збудження атомів йонами буферного газу (рис. 2.18) випускаються вузькі інтенсивні лінії. Для пропускання світла використовують прозоре кварцове вікно. ЛПК зазвичай встановлюють на ручну або автоматичну турель і перед роботою прогрівають. Для багатоелементних систем ААС використовують змішувач променів, щоб об’єднати вихідне випромінювання кількох ЛПК. Успіх методу ААС залежить від наявності ЛПК.

У випадку летких елементів, таких як Аr і Sе, енергія, що випускається ЛПК, може бути досить низька. Альтернативою являється використання безелектродної розрядної лампи (БРЛ), яка складається із запаяної кварцової трубки , що містить певний елемент або його сіль з аргоном в якості буферного газу (рис. 2.19)

Рис. 2.19. Устаткування безелектродної розрядної лампи

1 – запаяна трубка; 2 – кварцова комірка; 3 – газ (аргон або неон); 4 – речовина

Розряд підтримується за допомогою високочастотного поля через антену або котушку. Високочастотна енергія слугує як для випаровування елемента, так і для його збудження. БРЛ використовують, як правило для визначення Аs або Sе, а іноді і Сd, Нg, Рb, Sb.

Полуменевий атомно-абсорбційний спектрометр

Метод ґрунтується на тому, що через шар атомних парів проби, отриманих за допомогою атомізатора, пропускають опромінення в діапазоні 190 – 850 нм. В результаті поглинання квантів світла атоми переходять в збуджений енергетичний стан. Цим переходам в атомних спектрах відповідають резонансні лінії, характерні для даного елемента. Визначення проводять за допомогою атомно-абсорбційного спектрофотометра (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Принципова схема полуменевого атомно-абсорбційного спектрометра:

1 – джерело опромінення; 2 – полум’я; 3 – монохроматор; 4 – фото помножувач;

5 – реєструючий прилад

Так як і в атомно-емісійній спектрометрії для отримання аерозолю за допомогою потоку газу-окисника використовують розпилювач. Відокремлення дрібних крапель здійснюється в розпилювальній камері, забезпеченій лопастями або ударними кульками, де аерозоль змішується з горючим газом (рис. 2.21) і надходить до насадки пальника. Таким чином, реалізується стаціонарний абсорбційний процес. Проте час перебування вільних атомів у поглинаючому шарові малий. Витрата проби складає 3-5 мл/хв..

Альтернативою розпиленню водного аерозолю в полуменевій ААС являється введення летких речовин.

Рис. 2.21. Схема устаткування для полуменевої ААС

1 – полум’я; 2 – пальник; 3 – розпилювач; 4 – газ-окисник; 5 – горючий газ; 6 – злив;

7 – рідка проба

Завдання для самоконтролю знань:

1. Вивчити і коротко законспектувати зміст питання.

2. Зобразити принципову схему полуменевого атомно-абсорбційного спектрометра

Рекомендована література /2.6/