25 Принципы атомно-абсорбционной спектроскопии

Абсорбционная спектроскопия основана на измерении доли поглощаемой оптической энергии. Этот метод базируется на втором из законов спектроскопии Кирхгофа: вещество поглощает энергию на тех же частотах, на которых оно способно эту энергию излучать.

Спектр поглощения дает информацию об энергетической структуре атомов. Как и в случае атомно-эмиссионной спектроскопии, для создания атомов вещества необходима предварительная атомизация пробы.

Атомизатор («а») и вид абсорбционного спектра («б»).

Вид спектральных характеристик, наблюдаемых в абсорбционном исследовании, показан на рис. («б»). В ходе абсорбционного анализа наблюдают:

Доля поглощенной мощности, которая находится из соотношений:

Ф₄(λ) = (1 – τ_λ)Ф₀(λ),

Или Ф₄(λ)= а_λ Ф₀(λ),

При абсорбционном исследовании определяется:

D_λ = c_А∙ε’_λ∙l,

где с_А – концентрация атомов в атомизаторе;

ε’_λ – приведенный спектральный показатель поглощения свободными атомами.

При контролируемых условиях атомизации, концентрация атомов в атомизаторе пропорциональна концентрации исследуемого вещества с.

То есть с_А = К_А∙c.

Отсюда: c = D_λ /( К_А∙ε’_λ∙l) ,

где К_А – известный коэффициент атомизации.

26 Приборы абсорбционной спектроскопии

Для исследования абсорбционного спектра используются спектральные приборы активного типа.

В случае атомно – абсорбционного анализа необходим атомно – абсорбционныйо атомизатор. Его функция состоит в переводе вещества в атомарный газ.

Применяются, в основном, два способа атомизации:

• Электротермические атомизаторы (исследуются разноплановые вещества при температурах от 300 до 2700 К).

• Пламя (атомизируются растворы при температурах 1500 – 3000 К).

С целью более отчетливого наблюдения линий поглощения, пламенные абсорбционные атомизаторы выполняются в виде протяжённых источников.

Конструкция электротермического атомизатора включает протяжённую трубку. Трубка нагревается током большой силы. Регулировка тока может обеспечить изменение температуры в заданных пределах.

Электротермический атомизатор.

Из формулы для оптической плотности среды:

D_λ = c_А∙ε’_λ∙l

– видно, что увеличение длины прохождения излучения вызывает увеличение доли поглощаемой энергии.

Электротермический способ характеризуется:

1. Проба может находиться в устройстве длительное время, что повышает эффективность атомизации и увеличивает чувствительность метода.

2. Доступны для исследования микроскопические пробы.

3. Можно в ходе исследования менять температуру пробы.

4. Отсутствуют помехи, связанные с собственным спектром пламени.

Пламя используется для атомизации растворов. При использовании специальных горючих веществ достигаются температуры около 1500 – 3000 К, что позволяет проводить эффективную атомизацию многих веществ.

Помехи атомно-абсорбционного измерения связаны с фоновым излучением и с фоновым поглощением.

Для выделения полезного сигнала, часто применяют временную модуляцию интенсивности сигнала, который регистрируется на частоте модуляции. Эффективный способ коррекции фонового поглощения основан на эффекте Зеемана. В этом случае в магнитном поле линии поглощения свободных атомов смещаются, а поглощение фона практически не изменяется. Благодаря этому возможен дифференциальный разностный способ разделения сигнала и помехи, осуществляемый при подаче переменного магнитного поля.

В последнее время развивается методы спектрального анализа, связанные с лазерной техникой, в частности используются лазеры с перестраиваемой частотой. Такие спектрометры будут рассмотрены далее.