Спектральные методы химического анализа

Спектральные методы химического анализа - физические методы качественного и количественного определения атомного и молекулярного состава вещества, основанные на измерении его электромагнитного спектра в определённом диапазоне длин волн (частот) от γ-излучения до микроволнового. Спектральные методы основаны на индивидуальности спектров испускания и поглощения химических элементов и их соединений, что связано с их строением и пространственной структурой.

Физическая основа спектральных методов анализа - спектроскопия атомов и молекул. Спектральные методы химического анализа классифицируют по целям анализа и типам спектров. Атомный спектральный анализ позволяет определять элементный состав пробы вещества по атомным (ионным) спектрам испускания и поглощения, молекулярный спектральный анализ позволяет определять молекулярный состав пробы вещества по молекулярным спектрам поглощения, люминесценции и комбинационного рассеяния света.

Эмиссионный спектральный анализ проводят, используя спектры испускания электромагнитного излучения возбужденных различными способами атомов и ионов многозарядных элементов (оптические и рентгеновские спектры).

Абсорбционный спектральный анализ проводят, используя спектры поглощения электромагнитного излучения определяемыми атомами, ионами, молекулами пробы вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях (оптические спектры).

Методы спектрального анализа чрезвычайно широко используют в химическом анализе веществ и материалов, в том числе и в геологии. Методы атомного эмиссионного спектрального анализа незаменимы при проведении элементного анализа, например, горных пород, руд, минералов, при определении следовых количеств токсичных металлов в воде, воздухе и почве. Методы абсорбционного спектрального анализа используют при проведении элементного, функционального, молекулярного и структурно-группового анализа проб вещества для идентификации и определения в них органических и неорганических соединений, металлорганических соединений и многих неорганических газов.

Пример Количественный анализ с применением физического метода химического анализа

Массовую долю (%) урана в пробе двух минералов определили методом люминесценции по градуировочному графику.

Для этого был приготовлен стандартный водный раствор из реактива нитрата уранила квалификации х.ч. Из стандартного раствора нитрата уранила были приготовлены пять градуировочных водных раствора, содержащие 1,0; 3,0; 5,0; 7,0 и 9,0 мкг/см³ урана соответственно. В каждую мерную колбу для удержания примесей – гасителей люминесценции в растворе, прибавили твердый нитрат кальция и при рН 3 ввели избыток ЭДТА и объём довели до метки дистиллированной водой. Уран отделили экстракцией раствором трибутилфосфата в тетрахлориде углерода и реэкстрагировали его из органической фазы в водную фазу раствором триметилфосфата натрия, снова доведя до метки в мерной колбе реэкстрагентом. В данном химическом анализе градуировочные растворы используются при измерении интенсивности излучения света молекулами, содержащими элемент уран, как совокупность образцов сравнения с точно известной массовой концентрацией элемента урана для перекрытия возможного диапазона его содержаний в пробах минералов. Интенсивность люминесценции градуировочных растворов, измеренная в относительных единицах, I, отн.ед., оказалась равной 20, 55, 90, 125, 160. Градуировочный график построен в координатах I, отн.ед – массовая концентрация урана в градуировочных растворах.

Навеску нефелинового сиенита массой 2,0000 г, обработали смесью фтороводородной и азотной кислот и разбавили до 100,0 см³. К аликвоте 10,0 см³ прибавили твердый нитрат кальция и при рН 3 ввели избыток ЭДТА для удержания примесей – гасителей люминесценции в растворе. Уран отделили от сопутствующих компонентов пробы подвергая их экстракции и реэкстракции по той же методике, что и при приготовлении градуировочных растворов. Измеренная интенсивность люминесценции анализируемых растворов (I_x) проб этих минералов составила:

Проба	m, г	Ix отн.ед	Васильев
1	2,01	35	9,90 10-4 %;
2	1,931	75	2,18 10-3 %;
3	1,899	120	3,16 10-3 %;

Рассчитайте массовую долю (%) урана в пробах вещества минералов.

По содержанию урана выделяются 5 сортов руд: очень богатые руды (свыше 1% урана); богатые (1–0,5%), средние (0,5–0,25%), рядовые (0,25–0,1%) и бедные (менее 0,1%). Из руд, содержащих 0,01–0,015% урана, он извлекается в качестве побочного продукта.

7