10.1.2. Застосування методів полуменевої фотометрії та індуктивно-зв’язаної плазми в аналізі

На сьогоднішній день для визначення металів та низки неметалів у різноманітних об’єктах довкілля часто використовують методи атомно-абсорбційної, полуменево-емісійної спектрофотометрії та індуктивно-зв’язаної плазми. Атомна абсорбція і, особливо, індуктивно-зв’язана плазма є найселективнішими методами для визначення важких металів. Джерелом атомізації є високотемпературна плазма, одержана під час горіння газів або в електричній дузі чи іскрі. Методи полуменевої фотометрії при дуже малому вмісті інгредієнта іноді комбінують з методами концентрування.

Відмінність методів емісійної та атомно-абсорбційної спектрофотометрії у тому, що в першому методі атоми лужних та лужноземельних металів у джерелі високої енергії легко збуджуються, а після повернення електрона на основний рівень випромінюють квант енергії певної частоти. У другому методі незбуджені атоми поглинають характеристичне випромінювання, одержане з джерела монохроматичного випромінювання, найчастіше з катодної лампи, в результаті чого інтенсивність падаючого випромінювання послаблюється.

У методах емісійної та атомно-абсорбційної спектрофотометрії джерелом атомізації речовини є полум’я завдяки простоті його отримання, доступності і низькій вартості. До переваг полум’я над іншими джерелами атомізації можна віднести добру відтворюваність результатів аналізу.

Важливою умовою для реалізації методів полуменевої фотометрії є підтримання постійного полум’я та рівномірного надходження аерозолю аналізованого розчину. На атомізацію суттєво впливає склад проби. Після випаровування розчинника склад твердих речовин може відрізнятися від складу вихідної проби.

У полум'я можна вводити не лише рідкі, а й тверді порошкоподібні та газоподібні речовини. Так визначають леткі гідриди, фториди. Процес атомізації летких речовин проходить легше. Так визначають Bi, As, Se, Fe, Si, попередньо відновивши із сполук дією NaBH₄ у кислому середовищі в леткі речовини:

AsO₂^- + BH₄^-+ H₂O= AsH₃↑ + H₃BO₄

або SeO₃^2- + BH₄^- + H⁺= H₂Se↑ + H₃BO₃

Явища, які заважають у полум’ї, це іонізація, самопоглинання та утворення стійких сполук визначуваних речовин у полум’ї зі сторонніми речовинами.

Іонізація частини атомів:

Me – n Meⁿ⁺.

викликає послаблення аналітичного сигналу атомної емісії, бо зменшує парціальний тиск вільних атомів у полум’ї (зменшується чутливість). Вона тим сильніше проявляється, чим вища температура полум’я. При цьому спектр катіона М⁺ відмінний від спектру атома М. Щоб уникнути іонізації, до розчину додають солі літію, натрію, калію, які здатні легко іонізуються у полум'ї і тим самим збільшують концентрацію електронів, зміщуючи рівновагу іонізації досліджуваного металу в бік неіонізованих атомів.

Методами полуменевої фотометрії не визначають хімічні елементи, резонансні частоти яких лежать у далекій ультрафіолетовій області (С, Р, галогени).

Самопоглинання. Енергія, яку випромінюють атоми, може поглинутися сусідніми атомами. У результаті до детектора потрапляє випромінювання меншої інтенсивності. Явище самопоглинання проявляється за умови високої концентрації речовини, а отже і концентрації атомів у полум’ї.

Аніонний ефект – взаємодія аніонів неорганічних кислот (PO₄^3–, SO₄^2–, SiO₃^2–) з катіонами визначуваних металів, у результаті чого утворюють сполуки, які не піддаються атомізації.

Катіонний ефект полягає у подібній дії катіонів Al³⁺, Ti(IV), Zr(IV), Hf(IV), Mo(VI), здатних утворювати термічно стійкі сполуки. Відоме утворення в полум’ї таких солей: CaTiO₃, CaZrO₃, CaHfO₃, CaMoO₄, а Al у присутності Ca, Mg, Sr (Me) утворює в полум’ї важколеткі сполуки загального складу MeAl₂O₄ і цим заважає визначенню лужноземельних металів.

Усунення впливу катіонів та аніонів потребує введення у розчин добавок, здатних вивільняти атоми металів зі складу стійких сполук та полегшувати випаровування речовини. Для усунення впливу аніонного ефекту додають солі LaCl₃, La(NO₃)₃ або SrCl₂ (при визначенні Mg²⁺):

La³⁺ + PO₄^3- = LaPO₄↓,

або Sr²⁺ + SO₄^2- = SrSO₄↓.

Подібно діє хлоридна кислота. Полегшують атомізацію металів, вивільняючи їх з інших комплексів, комплексанти: ЕДТА, оксихінолін. Вплив катіонного та аніонного ефекту особливо проявляється під час аналізу природних об’єктів – вод, витяжок з ґрунтів, рослин.

Загалом процеси, які відбуваються в полум’ї, показані схемою:

Чутливість при застосуванні полуменевого способу атомізації коливається в межах 0,01-10 мкг/мл для різних елементів. При неполуменевій атомізації чутливість зростає на два-три порядки.

Точність методу (0,5-5,0%) близька до точності інших фізико-хімічних методів.

Селективність визначення досить висока, особливо для атомно-абсорбційного методу, бо спектральні перешкоди зустрічаються рідко.

Проба для виконання аналізу завжди повинна бути розчиненою. Якщо розчин містить велику кількість органічних речовин, що можуть впливати на результати аналізу і закупорювати розпилювач, то попередньо їх мінералізують.

Емісійний полуменево-фотометричний метод аналізу переважно застосовують для визначення вмісту лужних та лужноземельних металів у воді, в ґрунтовій витяжці, інших розчинах. Для збудження їхніх атомів потрібна температура, близька до 2000 К. Метод достатньо простий, однак чутливість (табл.10.1) і селективність не дуже велика, тому лужноземельні метали краще визначати атомно-абсорбційно.

Принцип емісійного полуменево-фотометричного аналізу. В полум’я пропан-повітря або ацетилен-повітря вводять розчин проб і стандартних розчинів лужних або лужноземельних металів. Із спектру емісії монохроматором (у простих приладах це світлофільтри) виділяють характерні для визначуваних елементів лінії. Зокрема, для визначення натрію =589, калію – =768 нм. За інтенсивністю цих ліній судять про концентрацію визначуваних металів у пробі.

У полум'ї випромінює лише частина атомів, які перейшли у збуджений стан. Інтенсивність світла, що випромінюється збудженими атомами (І), пропорційна до кількості атомів (N), які його випромінюють I=N∙h, а кількість атомів пропорційна до концентрації (С) речовини у розчині:

І=kC.

Таблиця 10.1. Чутливість визначення металів методом емісійної полуменевої фотометрії

Елемент	Li	Na	K	Rb	Cs	Ca
Вміст, мкг/мл	0,01	0,001	0,01	0,1	0,1	0,06

Лужні метали у досить великих концентраціях спричинюють значний ефект іонізації. На визначення лужних металів мало впливають оксигеновмісні аніони.

Якщо ґрунтові витяжки сильно мінералізовані, то їх розбавляють.

У воді та в ґрунтовій витяжці міститься багато солей, які спричинюють катіонний та аніонний ефект: Al, Ti, PO₄^3-, SO₄^2-, менше NO₃^-. Встановлено, що у полум’ї існує стійкий асоціат СаОnAl₂O₃. Для вивільнення іонів металів у розчин додають 1% LaCl₃ або SrCl₂.

Усунення впливу заважаючих іонів можна досягти таким чином.

• Визначають іон за методом добавок. Використовуючи спосіб добавки стандартного розчину до розчинів природного об’єкта, вдається усунути вплив матриці, тобто інших макроелементів.

• Спочатку визначають вміст іона, який заважає, а тоді в досліджуваний та стандартний розчини вводять визначену його кількість.

• Іноді стандартні розчини готують з додаванням солей Al³⁺ i Fe³⁺.

• Якщо аналізують ґрунтові витяжки в розчинах солей (NH₄Cl, CH₃COONH₄), то стандартні розчини готують на основі розчинів цих солей такої ж концентрації.

Концентрацію визначають за серією стандартних розчинів, способом порівняння з одним або двома стандартними розчинами, які мають близькі концентрації до досліджуваного, способом добавок.

Особливості визначення лужних металів у водах та ґрунтових витяжках. Лужні метали за вмістом у водах та ґрунтах можна поділити на дві групи: (Na, K) : (Li, Rb, Cs) = 1000:1, а (Na) : (K) = 10:1. Тому Li, Rb, Cs не впливають на визначення Na, K, але останні заважають визначенню перших.

Виявленню К заважає Na, якщо його приблизно у п’ять разів більше, тому вимірювання проводять зі світлофільтром на К.

Виявленню Na і К заважає Са, якщо його вміст у 10 разів вищий. Часто Са²⁺ попередньо осаджують і відділяють від розчину.

Якщо визначають вміст Na у воді, то розчин перед визначенням розбавляють у 10, а іноді у 100 разів.

Розчини при визначенні Li, Rb, Cs аналізують без розбавляння. Виявленню Li заважає Sr, тому останній слід попередньо осадити.

K i Rb взаємно заважають, світлофільтром їхні лінії емісії розділити не можливо, а лише монохроматором у спектрофотометрі.

Визначенню лужних металів заважає багато органічних речовин.

Особливості визначення лужноземельних металів у водах та ґрунтових витяжках.

До макроелементів у довкіллі належать такі лужноземельні метали, як Ca, Mg, дещо менший вміст має Sr.

Є низка специфічних вимог до підготовки проби природного об’єкта та виконання аналізу методом полуменевої фотометрії.

При визначенні у ґрунті валового вмісту металів пробу розкладають в суміші HF+HCl для руйнування силікатів, а потім вводять вивільняючі реагенти. У випадку розкладу проби ґрунту сплавлянням з Na₂CO₃ або K₂CO₃ лужноземельні метали та магній утворюють важкорозчинні карбонати. Їх можна відділити, в розчині визначити вміст лужних металів, а після розчинення осаду – вміст лужноземельних металів та магнію.

Визначенню Ca заважають Ba, Na; визначенню Sr – Li.

Mg можна визначити у приладі з кварцовою оптикою у високотемпературному полум’ї, однак віддають перевагу атомно-абсорбційному методу.

Sr визначають в ґрунті у витяжці HCl, користуючись способом добавок для врахування впливу фону природних речовин. У більшості природних вод вміст стронцію такий, що немає потреби в концентруванні, іноді воду розбавляють. Використовують як полуменево-емісійне визначення стронцію (має вищу чутливість), так і атомно-абсорбційне.

Атомно-абсорбційний метод аналізу

Завдяки високій селективності цей метод аналізу часто застосовують в контролі за станом довкілля. Ним можна визначити більшість важких металів при вмісті 10^-4 – 10^-5 г/л, причому нема потреби у відокремленні іонів, бо можливо провести визначення декількох елементів з одного розчину за єдиною методикою, крім того на визначення важких металів мало впливає присутність у розчині матриці з макроелементів (Ca, Na, K, Mg).

Використовують полуменеві атомно-абсорбційні методи і атомно-абсорбційні з електротермічними атомізаторами. У порівнянні з полуменевими атомізаторами, електротермічні атомізатори мають низку переваг: низькі межі виявлення (до 10^-12 %); малий об’єм розчину (1-10 мкл), необхідний для аналізу; нема потреби працювати з вибухонебезпечними газами. Однак електротермічні аналізатори, зокрема графітові пічки, мають здатність „засмічуватись”, тобто після вимірювання великих концентрацій елемента проблематичним є визначення малих концентрацій.

У методі атомної абсорбції полум’я відіграє роль лише атомізатора. Речовину в атомарному стані опромінюють характеристичним монохроматичним випромінюванням, одержаним в катодній лампі. Атоми даного елемента поглинають це випромінювання, що веде до послаблення інтенсивності падаючого випромінювання. У результаті визначають оптичну густину полум’я:

, а для розчину А=kС,

де І_о, І_t – інтенсивність падаючого світла, та того, яке пройшло через атомну пару; А – оптична густина; l – товщина шару; К_ – коефіцієнт атомного поглинання; N_ – концентрація атомів у полум’ї, які поглинають фотони h; С – концентрація розчину.

Поглинута енергія в основному затрачається на тепловий рух частинок у полум’ї. При аналізі природних об’єктів необхідно враховувати склад матриці і її вплив на визначення. Особливу увагу слід звернути на аніони та катіони, які зв’язують важкі метали у слабодисоційовані сполуки, а їх у природних об’єктах дуже багато. Так в усіх природних водах SO₄^2- належить до макроелементів. У ґрунтових витяжках та в розчині, одержаному після повного розкладу ґрунту, у великих кількостях є SiO₃^2-, який чинить депресуючу дію на важкі метали, РО₄^3-, SO₄^2-, багато розчинних сполук алюмінію, титану. Зокрема, сульфати при концентраціях 10% суттєво понижують аналітичний сигнал при визначенні Zn, Sb, Bi і Mg. Фосфати із вмістом 5% у розчині заважають визначенню Zn, Cu, Mg. Як показали дослідження, при визначенні більшості металів найбільше впливають Al, Cr, Mn, Fe, Ni, Co i V. Цей вплив проявляється у деяких випадках навіть при вмісті зазначених металів 1%. Крім того впливає розчинник, яким одержували ґрунтову витяжку. Наприклад, в 1% розчині СН₃СОО^- спостерігали завищення аналітичного сигналу від атомів Zn i Mg, а при більшій концентрації (5-10%) і для атомів Cu, Sb, Zn, Mg. Тому, визначаючи Zn, не бажано як витяжку використовувати CH₃COONH₄. Для одержання ґрунтових витяжок застосовують солі та кислоти, які не спричинюють аніонного ефекту: NH₄Cl, HCl, HNO₃.

Щоб позбутися впливу макроелементів у ґрунтовій витяжці, поступають по-різному. У стандартні розчини вводять SiO₃^2- (100 мг/мл), а також макроелементи – солі Ca, Mg, Fe, Na, у кількостях, які відповідають їхньому вмісту в даному об’єкті. Іони SiO₃^2- зв’язують додаванням відповідної кількості Са²⁺.

Якщо аналізують воду, то попередньо відфільтровують завислі частинки і підкислюють її розчином HNO₃ до рН 2.

Загальна характеристика чутливості визначення різних елементів наведена у табл. 10.2.

Метали, вміст яких перевищує 100 мкг/л, можна визначати прямо з розчину. Це стосується визначення Ca, Sr, Mg, а серед мікроелементів Mn, Cu, Zn, Co, Ni. Менший вміст елементів вимагає попереднього концентрування.

Таблиця 10.2. Концентрації, при яких можна виявити метали атомно-абсорбційним методом у полум’ї С₂Н₂–повітря

Елемент	Вміст, мкг/мл
Ag, Be, Cd, Cu, Mg, Mn, Zn Rb, Sr Ni, Fe,	0,001-0,005
Bi, Co, Cr, Mo, Al, V Sb, Te Ti,	0,01-0,05
Se, As, Sn, Hg, Pb, Si	0,1-0,5
Ba, Hf, W, B	1-5

Після концентрування мікроелементів екстракцією та після розчинення осаду органічного колектора при використанні співосадження визначення можна проводити безпосередньо з органічного розчинника. Якщо необхідно концентрувати мікроелементи у воді, то її спочатку випаровують у присутності HNO₃. При цьому може випасти в осад H₂SiO₃. Залишок з осаду розчиняють тією ж кислотою, але розведеною. Лише після цього проводять екстракцію важких металів.

У полум’я розчин вводять по-різному: безпосередньо екстракт після однократної екстракції; при багатократній екстракції або екстрагент випаровують, або проводять реекстракцію у кислий водний розчин і останній фотометрують.

Після концентрування з органічним колектором його розчиняють і розчин вводять у полум’я. Якщо колектор обзолюють, залишок розчиняють в кислоті і розчин вводять у полум’я.

Органічний розчинник часто підвищує чутливість визначення, бо змінюються властивості розчинів. За наявності органічного розчинника збільшується дисперсність аерозолю, затрачається менша енергія на випаровування органічного розчинника, ніж на випаровування води, понижується температура полум’я, більшою стає швидкість випаровування. Крім того у полум’я надходить більше розчину, бо зменшується поверхневий натяг на капілярі розпилювача. Зростає також ступінь дисоціації сполук металів у полум’ї. Однак, у деяких випадках такого підвищення чутливості в присутності органічного розчинника нема. Великий надмір органічного розчинника може призвести до закупорювання розпилювача.

Серед органічних розчинників є такі, які негативно впливають на чутливість визначення. Зокрема це хлороформ, бензол, CCl₄, які посилюють сигнал Zn і послаблюють сигнал Cu, Co. Тому після екстракції такий розчинник краще видалити випарюванням або провести реекстракцію кислотою у водний розчин.

Визначають концентрації тими самими способами, як і в методі емісійної полуменевої спектрофотометрії.

Особливості визначення важких металів у ґрунтах і водах

Загальна концентрація важких металів, включаючи ферум, не перевищує до 20 мг/л і є придатною для аналізу. Лише за умови дуже малого вмісту інгредієнтів пробу попередньо концентрують.

Cu, Ag визначають безпосередньо з проби при =324,7 та 328,1 нм. На визначення мало впливає склад проби, особливо у високотемпературному полум’ї (С₂Н₂-повітря). Іноді пробу доводиться концентрувати.

Al, Be, V, B – визначення малочутливе, хоча високоселективне, Визначати ці елементи можна лише у високотемпературному полум’ї (N₂O+C₂H₂). Ве краще визначати при неполуменевій атомізації в графітовій кюветі, тоді визначувані концентрації є в межах 0,2-40,0 мкг/л. Заважаючий вплив усувають, використовуючи метод добавок. Визначення ґрунтується на селективному поглинанні атомами Ве випромінювання при =234,9 нм. Для визначення В пробу необхідно попередньо концентрувати. Атомно-абсорбційне визначення B i Al проводять при =249,8 і 309,3 нм відповідно. Визначають V при =318,4 нм. Якщо використовувати високотемпературне полум’я (N₂O-C₂H₂), то чутливість визначення становить 100 мкг/л.

Mg, Sr, Ba – на визначення дуже сильно впливає аніонний та катіонний ефект. Відомо про існування у полум’ї стійкої сполуки Sr(AlO₂)₂, а Mg, Sr, Ba утворюють в полум’ї стійкі оксиди. Сигнал Mg сильно завищений присутністю солей K, Na, Ca, Sr, Ba. При визначенні Ва у розчин вводять NaCl. Атомно-абсорбційне визначення Sr є селективніше, ніж емісійним методом, та більш чутливе, в полум’ї C₂H₂-N₂O межа виявлення становить 0,006 мкг/мл. Визначення Sr, Ba та Mg здійснюють при =460,7, 553,5 та 285,2 нм.

Zn, Cd визначають без особливої підготовки розчину, води, ґрунтової витяжки. На визначення Zn сильно впливає присутність іонів SO₄^2-. Cd міститься в дуже малій кількості у стоках свинцево-цинкових заводів. Його переважно визначають методом атомної абсорбції, однак при дуже малій кількості доводиться застосувати екстракційне концентрування. Визначення Zn та Cd проводять при =213,8 і 228,8 нм відповідно.

Ti, Sn, Pb можна визначати тільки після концентрування, а Zr – без. Pb, який може потрапляти у стічні води, безпосередньо визначають при концентрації >100 мкг/л. Якщо концентрація Pb менша, то воду випаровують. Можна попередньо концентрувати плюмбум екстракцією. Визначення Ti, Sn та Pb проводять при =365,4 і 224,6 та 217,0 нм відповідно.

Мо можна визначати лише у високотемпературному полум’ї С₂Н₂-повітря. Послаблюють сигнал Na, K, Mg, впливають Ca, Sr, Mn, Fe, SO₄^2-, які доводиться усувати додаванням до розчину солі Al³⁺. Якщо ж застосовувати для визначення полум’я N₂O–C₂H₂, то будь-які впливи зникають. Визначення Мо проводять при =313,3 нм.

Se, W, Cr – чутливість визначення невисока. Загальний вміст Сr у розчині визначають в полум'ї N₂O–C₂H₂ при 357,9 нм. Метод застосовують для аналізу стічних вод при вмісті Сr 0,5–20 мг/л. При концентрації, меншій ніж 0,5 мг/л, визначення проводять після попереднього концентрування. При вмісті хрому, меншому за 0,1 мг/л, необхідно застосовувати електротермічну атомізацію проби; область визначуваних концентрацій у цьому випадку є в межах 5-100 мкг/л. Визначення Se, W та Cr проводять при =196,0, 255,1 і 357,9 нм відповідно.

Mn. Пряме визначення можливе, коли концентрація Mn перевищує 100 мкг/л, однак присутність SO₄^2- завищує результати. З більш розбавлених розчинів манган концентрують випаровуванням води після підкислення її дією НNО₃. При аналізі дуже розбавлених розчинів або при необхідності підвищити чутливість визначення рекомендується відділити Мn з допомогою екстракції. Визначення Mn здійснюють при =279,5 нм.

Fe – депресуючу дію SiO₃^2- у розчині усувають додаванням Ca²⁺. Визначення Fe проводять при =248,3 нм.

Co, Ni. Наявні у розчині іони Ca²⁺ занижують результат визначення Co, а Al³⁺ – завищують. Визначення Со здійснюють в повітряно-ацетиленовому полум’ї при =240,7 нм; Ni – визначають просто з розчину при =232,0 нм.

Hg – визначають безполуменевою атомною абсорбцією в парі. Спочатку для усунення заважаючого впливу органічних речовин проби води мінералізують, при цьому сполуки меркурію окиснюються до Hg(II). Залежно від типу води мінералізацію здійснюють з допомогою KMnO₄ та K₂S₂O₈, Br₂ або ультрафіолетового випромінювання. Надлишок окисника відновлюють гідроксиламін хлоридом, а Hg(II) відновлюють дією SnCl₂. Відганяють пару Hg струменем газу (повітря) і аналізують при =253,7 нм. Відновлення та визначення Hg проводять при кімнатній температурі – метод „холодної пари”. Можна визначати вміст меркурію від 0,2 до 10 мкг/л з похибкою 20%.

Методи із застосуванням індуктивно-звязаної плазми.

Метод індуктивно-зв’язаної плазми має дуже хороші аналітичними характеристиками: можливість експресно якісно та кількісно одночасно визначати більше як 70 хімічних елементів, межі виявлення низькі і становлять 10^-1–10^-4 мг/л для атомно-емісійного аналізу; мас-спектрометрія з індуктивно-зв’язаною плазмою на 2-3 порядки чутливіша, що дозволяє одночасно визначати слідові кількості елементів на фоні макроелементів. Під час аналізу не впливає явище самопоглинання. Матричні ефекти досить слабо виражені, хоча встановлено заважаючий вплив речовин на результати аналізу. Зокрема, високі концентрації феруму не дають змоги визначати вміст арсену та цинку. Визначенню багатьох елементів заважають високі концентрації органічних речовин, а також речовин, які впливають на в’язкість розчину. Вдосконалення конструкції введення проб у сучасних приладах забезпечує аналіз проб в будь-якому агрегатному стані: твердому, рідкому та газоподібному.

Плазма, яка використовується у спектрометрах і є джерелом одержання спектру, є потоком нагрітого до високої температури інертного газу (He, Ar) в електричній дузі високої потужності або високочастотній котушці. Для одержання плазми використовують пальник, який складається з кварцових трубок, вміщених одна в одну з внутрішнім діаметром 15-20 мм (рис.10.1). Аргон з невеликою швидкість 1 л/хв поступає в кварцову трубку, а також у трубку, яка контактує з розчином. У зовнішню трубку аргон поступає з великою швидкістю (20 л/хв) і у трубці завихрюється, піднімаючись вгору. Трубки знаходиться у високочастотній індукційній котушці великої потужності (1-1,5 кВт змінного струму частотою 27-56 МГц), мідні трубки якої охолоджуються водою. Змінний струм створює магнітне поле навколо котушки і в потоці газу. Для того, щоб виник розряд у пальнику, що знаходиться в високочастотному магнітному полі, необхідна попередня іонізація газу, однак потужність індукційного поля недостатня для цього. Тому використовують розряд високочастотної іскри, який підтримується взаємодією магнітного поля з потоком газу – інертний газ іонізується. Тоді автоматично включається високочастотний генератор і всередині котушки виникає розряд, який підтримується взаємодією магнітного поля з потоком іонізованого газу – утворюється яскрава плазма, а на кінці кварцової трубки з’являється факел. Горіння підтримується завдяки індукційному розігріву газу в котушці до 10000К. Індукційна котушка виконує роль первинної обмотки трансформатора, а вільні електрони плазми – вторинної. Щоб кварцовий корпус не розтопився, його захищає ззовні потік аргону.

Потік досліджуваної речовини з аргоном проходить через плазму і утворює на висоті 12-20 мм над котушкою більш холодну зону (6800-6200 К), в якій одержують спектр випромінювання.

У плазмі є дуже висока концентрація електронів (до 10¹⁵ см^-3), тому фактично основним механізмом збудження атомів є електронний удар. речовина у плазмі атомізована і у значній мірі іонізована, атоми легко збуджуються.

Рис. 10.1. Одержання високочастотної індуктивно-зв’язаної плазми

Мала швидкість потоку газу з речовиною дає можливість речовині довше перебувати у плазмі, що підвищує чутливість визначення. На чутливість також впливає природа інертного газу. Якщо у випадку важких металів чутливість переважно вища, то лужні метали краще визначати методом полуменевої фотометрії. Діапазони визначуваних концентрацій низки елементів показані в табл. 10.3, а порівняння чутливості визначення As, Cd, Pb, методом атомної абсорбції та методами індуктивно-зв’язаної плазми подані в табл. 10.4.

Переваги методу індуктивно-зв’язаної плазми.

1.Визначають всі елементи, навіть зв’язаних у термостійкі сполуки.

2.Лінійність градуйованих графіків є в межах концентрацій до 5 порядків.

3.Межа визначення нижча, ніж в інших джерелах збудження, на 1-3 порядки.

4.Малий об’єм розчину і аналіз одночасно 20-30 елементів.

5. Висока відтворюваність та точність, похибка визначення 1%.

6.Можливість вводити у плазму речовин у різних агрегатних станах.

7.Можливість автоматизації аналізу.

У випадку мас-спектрометричної детекції утворені в плазмі іони втягуються електростатичним полем в мас-спектрометр, де проводиться їх аналіз.

Головний недолік методів індуктивно-зв’язаної плазми– велика вартість обладнання та затрати чистого аргону. Так вартість приладу „Agilent 7500 ISP-MS” становить понад 200 000 $ США. При повному завантаженні приладу витрати аргону досягають майже одного балона на день.

Таблиця 10.3. Межі визначуваних концентрацій методом індуктивно-зв’язаної пазми

Елемент	Ca	Ba	Cu, Ti	Co	Ag	Hf,Na	Bi	As	K,Rb
Cmin, мкг/мл	0,001	0,001	0,002	0,003	0,004	0,01	0,03	0,05	0,3
Cmax,мкг/мл	20	100	150	150	150	200	500	250	1000

Таблиця 10.4. Чутливості визначень As, Cd, Pb методами атомної абсорбції та індукційно-зв’язаної плазми

Нижня межа виявлення, мкг/л
Елемент	Полуменева атомна абсорбція	Атомна абсорбція з електротермічним атомізатором	Атомно-емісійний аналіз з індукційно-зв’язаною плазмою	Мас-спектрометрія з індукційно-зв’язаною плазмою
As	150	0,2	30	0,006
Cd	0,8	0,008	1	0,003
Pb	15	0,06	2	0,001