25. Блок-схема и функции основных узлов атомно-эмиссионного спектрометра. Основные характеристики атомно-эмиссионных спектрометров.

Блок-схема атомно-эмиссионного спектрометра. В основе атомно-эмиссионного анализа лежат спектры излучения, которое испускает анализируемое вещество. Для того чтобы получить такие спектры, используются эмиссионные спектрометры.

1- источник возбуждения; 2-модулятор; 3- анализатор; 4-детектор; 5- регистрирующее устройтво.

Анализируемый образец, прошедший этап пробоподготовки, вносят в источник возбуждения, где происходит его испарение и атомизация, а также возбуждение атомов. Внешние валентные электроны атомов анализируемого вещества благодаря энергии, поглощенной в источнике возбуждения, переходят на более высокие энергетические уровни, чем в основном состоянии. Само­произвольный возврат электронов из неустойчивого возбужденного состояния на основной энергетический уровень, соответствующий минимуму внутренней энергии анализируемых атомов, сопровож­дается испусканием излучения с характеристическими для каждого вида атомов длинами волн.

Это излучение, пройдя модулирующее устройство, попадает на анализатор. Механический или электронный модулятор прерывает излучение и регистрируемый на самописце сигнал становится сигналом переменного тока фиксированной частоты. Это позволяет проще усиливать сигнал (т.к. усилители переменного тока более просты и удобны в работе) и снизить погрешности измерений.

В анализаторе, называемом также спектральным прибором, мо­нохроматором, производится разделение излучения, поступающего от источника возбуждения, по частотам и выделение спектральных линий определяемых элементов. Эти линии фиксируются детектором, т.е. приемником излучения, и регистрируются самописцем или фотографическим методом.

Устройство атомизации вещества и возбуждения спектров. В атомно-эмиссионной спектроскопии чаще всего применяются методы, в которых атомизация и возбуждение анализируемого вещества совмещены. Наиболее распространенными источниками атомизации и возбуждения являются: пламя, электрическая искра, различные формы тлеющего разряда, а в последние годы — различные виды безэлектродных высокочастотных разрядов индуктинно-связанная плазма, микроволновый разряд, а также лазерные атомизаторы.

06щее требование ко всем источникам возбуждения — они должны обеспечивать необходимую яркость спектра и быть доста­точно стабильными.

Анализаторы (монохроматоры или спектральные приборы) - устройства, предназначенные для разделения светового пучка на вхо­дящие в него монохроматические компоненты.

Детектирование излучения в атомно-эмиссионных приборах может проводиться тремя методами: визуально, с использованием фотографических детекторов (пленки или стеклянные пластинки с нанесенным на них слоем фотоэмульсии-слоя желатина), с использованием фотоэлектрических детекторов(преобразуют световую энергию в электрический сигнал).

Основные характеристики атомно-эмиссионных спектрометров.

- спектральный диапазон прибора, линейная и угловая дис­персия, разрешающая способность.

Спектральный диапазон прибора -это область спектра, регист­рируемая прибором. У призменных приборов спектральный диапазон ограничен прозрачностью материала призм, особенностями конструкции прибора и областью чувствительности приемника света. Спектральный диапазон приборов с дифракционной решеткой, если в схеме нет оптических деталей, поглощающих свет, ограничен лишь поглощением света воздухом и обычно равен 200-1000 нм. Это наиболее универсальные приборы, позволяющие регистрировать ана­литические линии большинства элементов.

Спектральный диапазон прибора можно расширить в сторону

более коротких волн, вакуумируя прибор, удаляя кислород воздуха, поглощающий коротковолновое УФ излучение.

Линейная дисперсия ε_лин. показывает, на каком расстоянии друг от друга находятся две спектральные линии, если их длины волн раз­личаются на 1А°или на 1 нм. Эта величина определяется отношением

ε_лин. = ΔL/Δλ ,

где ΔL - расстояние между двумя линиями на фокальной поверхности прибора, мм; Δλ - разность длин волн этих линий, А° или нм, Очень часто пользуются величиной, обратной линейной дисперсии:

1/ε_лин = Δλ/ΔL , которая показывает, какой участок спектра в А⁰ помещается на 1 мм фокальной поверхности прибора.

Угловая дисперсия ε_угл измеряется величиной угла, на который расходятся монохроматические пучки света, если разность их длин волн равна 0,1 нм. Угловая и линейная дисперсии призменного при­бора зависят от материала призм, угла падения света на их прелом­ляющие грани, от величины преломляющего угла а, от длины волны света. Угловая и линейная дисперсии призменного прибора умень­шаются с увеличением длины волны.

Разрешающая способность R спектрального прибора -это отношение λ/Δλ

R = λ/Δλ, где Δλ- разность волн двух соседних линий λ₁ и λ₂, которые еще прибор разделяет при самых узких щелях; λ - средняя длина волны, равная λ=(λ1+λ2) / 2.

На практике разрешающая способность призменного прибора тем больше, чем больше диаметр объектов и преломляющая поверх­ностъ призм и чем больше угловая дисперсия. Разрешающая способ­ность приборов с дифракционной решеткой тем больше, чем больше общее число штрихов и чем выше порядок спектра.

Разрешающая способность призменного прибора уменьшаетсятся по мере увеличения длины волны, а дифракционного - не зависит от λ.