Вопрос 5. Атомно-абсорбционная спектроскопия. Основные узлы приборов в методе аас. Ответ
Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) – метод количественного анализа, основанный на свойствах атомов поглощать свет с определенной длиной волны (резонансное поглощение). В зависимости от способа получения поглощающего слоя атомов выделяют 4 основных типов техники атомизации:
пламенная атомизация – испарение и атомизация происходят в пламени (пропан/воздух, ацетилен/воздух, ацетилен/закись азота). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мг/л;
электротермическая атомизация (ЭТА) – испарение и атомизация пробы происходит в графитовой трубке (графитовой печи), нагреваемой электрическим током до температур 1500 – 3000 °С (в зависимости от свойств определяемого элемента). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мкг/л;
гидридная техника – в кварцевой ячейке или графитовой печи, нагреваемой электрическим током, происходит разложение газообразных гидридов, образованных в специальном реакторе: MeHxT --> Me + x/2 H2. Данная техника может использоваться для элементов, образующих термически неустойчивые газообразные гидриды (As, Sb, Se, Sn, Te, Pb). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мкг/л;
метод «холодного пара» - основан на свойстве ртути существовать при нормальных условиях в газовой фазе в виде свободных атомов. Определяемые концентрации ртути в растворах 0,01 – 100 мкг/л.
Принцип метода: через слой атомных паров пробы, получаемых с помощью атомизатора, пропускают просвечивающее излучение в диапазоне 190-850 нм. В результате поглощения квантов света (фотонное поглощение) атомы переходят в возбужденные энергетические состояния. Этим переходам в атомных спектрах соответствуют резонансные линии, характерные для данного элемента. Мера концентрации элемента: оптическая плотность или атомное поглощение: A = lg(I0/I) = KLC (закон Бугера-Ламберта-Бера) где I0 и I – интенсивности излучения от источника соответственно до и после прохождения через поглощающий слой атомного пара; K – коэффициент пропорциональности (коэффициент вероятности электронного перехода); L – толщина поглощающего слоя атомного пара; C – концентрация определяемого элемента.
Проведение спектрометрического анализа методом атомной абсорбции требует использования автоматизированной техники. Устройство спектрометра включает в себя несколько элементов. Основные элементы прибора: источник света (лампы), атомизатор, монохроматор и детектор. Прибор управляется от компьютера.
Источник излучения в спектрометре
Лампа в приборе выступает как источник света, излучающий узкую спектральную линию исследуемого вещества. Световым источником могут быть:
лампы с полым катодом, это цилиндрический баллон, заполненный инертным газом;
безэлектродные лампы, с созданным внутри сильным электромагнитным полем. Летучее вещество в кварцевой ампуле помещается в созданное поле. Безэлектродные лампы нуждаются в источнике питания – высокочастотном генераторе;
лазеры настраивающиеся, они позволяют провести анализ без набора ламп. Приборы ААС, оснащенные лазером самые дорогие.
Атомизатор ААС
Назначение атомизатора – перевод жидкой вещественной пробы в атомный пар. На практике применяют оборудование, работающее при помощи пламенного или электротермического метода. В пламенной атомизации источником высокой температуры выступает пламя. Для атомной абсорбции используют ацетилен-воздух, светильный газ, ацетилен-закись азота. Воздушно-ацетиленовое пламя позволяет определить наличие щелочных, щелочноземельных, благородных металлов, а также Fe, Cr, Ni, Mo, Mg, Sr.
Электротермический метод основан на применении специальной графитовой кюветки. В этом случае атомизатором выступает графитовая печь. Максимальная температура при этом методе атомизации 2600 - 2700оС.
Преимущества ААС: простота, высокая селективность и малое влияние состава пробы на результаты анализа ( возможность коррекции неселективного поглощения с помощью дейтериевой лампы или обратного эффекта Зеемана). Гибридный метод анализа: сочетание с экстракцией, дистилляцией, ионным обменом, хроматографией позволяет косвенно определять некоторые неметаллы и органические соединения.
Вопрос 6. При определении марганца в виде перманганата оптическая плотность раствора, содержащего 0,12 мг Мn в 100 мл, равна 0,152 при l = 525 нм в кювете l = 3 см. Вычислить молярный коэффициент светопоглощения e.