3.6 Атомный абсорбционный анализ

Атомная абсорбционная спектроскопия (ААС) – это аналитический метод определения элементов, основанный на поглощении излучения свободными (невозбужденными) атомами. В атомно–абсорбционном анализе имеют дело в основном с абсорбцией резонансного излучения, представляющего собой характеристическое поглощение, соответствующее переходу электрона из основного состояния на ближайший, более высокий энергетический уровень. Благодаря этому абсорбционные атомные спектры проще эмиссионных. Метод ААС был предложен в 1955 г. австралийским ученым А. Уолшем. Чтобы выполнить атомно–абсорбционный анализ, необходимо с максимальной эффективностью перевести вещество в атомный пар, пропустить через него излучение от внешнего источника и измерить уменьшение интенсивности светового потока, соответствующего одной из резонансных линий определяемого элемента.

3.6.1 Источники излучения в аас

В настоящее время в атомно–абсорбционной спектроскопии источники непрерывного спектра находят ограниченное применение. В этих источниках через выходную щель монохроматора проходит не строго монохроматический свет, что снижает чувствительность определения. Величина поглощения в ААС будет прямо пропорциональна концентрации поглощающих атомов, если источник излучения будет удовлетворять следующим требованиям: – линии в спектре испускания источника должны быть интенсивными;

– ширина линий испускания должна быть меньше ширины линий поглощения определяемых элементов (0,002–0,005 нм);

– источник должен быть достаточно стабильным.

В качестве источника света в ААС применяют источники, изучающие уз-кие полосы спектра: лампы с полым катодом, безэлектродные радиочастотные лампы. В настоящее время ведутся работы по использованию самонастраивающихся лазеров. Лампа с полым катодом представляет собой стеклянную трубку, заполненную инертным газом под низким давлением. Корпус лампы снабжен кварцевым окном (большинство используемых резонансных линий испускания лежат в УФ–области). Внутри лампы находятся два электрода. Катод выполнен в виде полого цилиндра, изготовленного из чистого металла или сплава нескольких металлов, определение концентрации которых предполагается с данной лампой. Анод представляет собой тонкий вольфрамовый стержень.

При подаче напряжения на электроды возникает тлеющий разряд с образованием положительно заряженных ионов газа–наполнителя и электронов. Частицы движутся к электродам. Ионы инертного газа при этом приобретают большую кинетическую энергию, выбивают атомы металла с поверхности катода в газовую фазу, где они возбуждаются и испускают излучение, характерное для свободных атомов соответствующего элемента. Из этого излучения с помощью обычного дифракционного монохроматора можно выделить одну интенсивную линию и использовать ее для количественного определения элементов в пробе. Недостатком этих источников света является необходимость наличия отдельных ламп для определения каждого элемента, что создает определенные трудности при проведении многоэлементного анализа. В настоящее время имеются лампы с полым катодом для большинства элементов периодической системы.

При определении таких элементов, как мышьяк, висмут,сурьма, селен, теллур, талий, свинец наилучшие результаты были получены при использовании безэлектродных ламп с высокочастотным возбуждением. Такие лампы представляют собой запаянную кварцевую трубку, содержащую небольшое количество чистого металла или его летучего легкодиссоциирующего соединения под низким давлением инертного газа. Вещество переводится в пар и возбуждается под действием поля высокой (20–200 МГц) или сверхвысокой частоты (2500 МГц). Преимущество подобных безэлектродных ламп – более высокая интенсивность свечения (на один – два порядка больше, чем у ламп с полым катодом). Недостатком является малая надежность в работе и иногда низкая стабильность излучения.

В качестве источников света в ААС были предложены также особо мощные ксеноновые лампы, дающие непрерывный спектр, в сочетании с монохроматорами с высокой разрешающей способностью. Предложены также перестраиваемые по частоте лазеры. Их преимущество в том, что можно обходиться без большого набора ламп, поскольку излучение лазера может находиться в спектральном диапазоне от ультрафиолетовой до ближней ИК–области. Полуширина линии излучения лазеров равна 10^–3 нм, интенсивность излучения на несколько порядков выше, чем в лампах с полым катодом. Пучок излучения лазера можно сфокусировать в пятно меньше миллиметра, что позволяет использовать атомизаторы малого размера.