Процессы, происходящие в нейтральном атоме при его возбуждении
Излучение и поглощение света атомами происходит в результате их перехода и одного энергетического состояние в другое. Энергетические состояние атомов определяются энергией валентного электрона с атомным остовом и характеризуются набором квантовых чисел. Валентным электроном является электрон, находящийся на внешней оболочке атома у которого сила притяжения к ядру слабее, чем у электронов, которые находятся на внутренней оболочке атома. При воздействии на атом определённой энергии валентный электрон с внешней орбиты атома меняет свою орбиту, на более удаленную. При возвращении этих электронов на свои исходные орбиты известное количество энергии преобразуется в световое излучение определённой длины волны. Это явление происходит на атомном уровне.
Проба, в составе которой несколько различных элементов, создаёт световое излучение на длинах волн, специфических для каждого из её элементов. Разделив длины волн с помощью диспергирующей системы, можно определить элементы, составляющие пробу, а по интенсивности излучения на каждой длине волны можно определить концентрацию этих элементов.
Распределение электронов по оболочкам внутри атома может меняться под влиянием внешнего воздействия, при этом будет меняться и энергия атома.
При отсутствии внешнего воздействия, энергия атома минимальна. Под влиянием внешнего воздействия атом получает дополнительную энергию, в результате чего один или несколько электронов могут перейти на более отдалённую от ядра оболочку, такое состояние атома называют возбуждённым. Атом не может поглощать любое количество энергии, это значит, что электронные оболочки располагаются в атоме только на вполне определённых расстояниях от ядра.
Возбуждённое состояние атома не устойчиво и атом после этого возвращается в нормальное состояние, высвобождая при этом квант света. Поскольку энергия атома может принимать лишь определённое значение, то и излучать свет атом может лишь определённой длины волны.
Нормальное состояние Возбуждённое состояние
атома атома
Схема дуги переменного тока. Принцип работы.
Активизатор C2
T1
R2 d2
T2
A
2 20В R1 C1 d1
Дуговой разряд питается переменным напряжением (220В с частотой 50Гц). Применение переменного тока приводит к тому, что во время изменения полярности питающего напряжения (а это происходит через каждые 0,1с) дуга гаснет. Напряжение 220В достигаемого в максимуме переменного напряжения, недостаточно для электрического пробоя межэлектродного промежутка. Таким образом дуговой разряд на переменном токе не может самостоятельно поддерживаться при изменении полярности электрического питания.
Для поддержания дугового разряда переменного тока используют активизатор, с помощью которого происходит ионизация газа в межэлектродном промежутке в определённый момент времени при изменении полярности питающего напряжения. В качестве активизатора в схему электрического питания вводят дополнительный контур, который в начале каждого полупериода подаёт на электрода ток высокой частоты, который обеспечивает пробой межэлектродного промежутка.
При увеличении напряжения подаваемого на контур ч/з сопротивление , происходит зарядка конденсатора основного контура. В это же время происходит и зарядка конденсатора активизатора, через повышающий трансформатор Тр до более высокой разности потенциалов, чем на конденсаторе С. В тот момент когда, напряжение на обкладках конденсатора Са достигнт величины, достаточной для пробоя разрядного промежутка активизатора dа, конденсатор Са начинает разряжаться. Элементы этого контура выбраны таким образом, чтобы при разрядке конденсатора в контуре возникали высокочастотные колебания достаточно большой амплитуды. Эти колебания электрического тока передаются в контур дуги через индуктивную связь Lа – L, в результате чего в основном контуре индуцируются высокочастотные колебания, которые и производят пробой дугового промежутка.
После пробоя происходит разрядка конденсатора по основному контуру. Во время разрядки конденсатора и происходит дуговой разряд в рабочем аналитическом промежутке. По мере разрядки конденсатора уменьшается напряжение питания к концу полупериода переменного тока падение напряжения на рабочем аналитическом промежутке уменьшается до критической величины при которой дуговой разряд гаснет. Затем происходит изменение полярности питающего напряжения и процесс повторяется с той лишь разницей, что электроды дуги также меняют свою полярность. Чтобы не происходило обгорания электродов активиатора, они изготавливаются в виде массивных дисков или шаров из вольфрама.
Для получения дуги переменного тока никого напряжения используется схема аналогичная схеме питания низковольтной искры. Схема дуги переменного тока отличается от низковольтной искры значениями параметров, чем и обусловлено различие в характере разрядов.
В основном схемы различаются величиной ёмкости С, подключаемой параллельно аналитическому промежутку. Эта ёмкость в схеме дуги не велика и не превышает 2мкф.
Поэтому разрядный ток конденсатора невелик по сравнению с током, поступающим и сети, и при рассмотрении электрических процессов в дуге переменного тока его можно не учитывать.
Конденсатор, представляющий для высокочастотного тока небольшое сопротивление, вводится в схему дуги переменного тока только для того, чтобы не пропустить высокочастотный ток в сеть (изоляция сети не рассчитана на высокое напряжение).
Стабильность возбуждения спектра в этом источнике света, а следовательно и воспроизводимость результатов анализа лучше, чем в дуге постоянного тока.
По характеру разряда и излучаемому спектру дуга переменного тока занимает промежуточное положение между дугой постоянного тока и электрической искрой. Температура плазмы в дуге переменного тока несколько выше, чем в дуге постоянного тока, поэтому излучение содержит спектральные линии не только атомов, но и ионов анализируемых элементов.