2. Эмиссионный спектральный анализ

2.1. Теоретические основы эмиссионной спектроскопии

Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого атомами и ионами вещества в газообразном состоянии. Эмиссионный спектральный анализ позволяет определить элементный состав неорганических и органических веществ.

В невоэбужденном состоянии атомы обладают минимальной энергией Е. При подведении энергии, например, при столкновении с быстролетящими электронами, энергия которых достаточна для возбуждения, атомы возбуждаются, т.е. переходят на более высокий энергетический уровень: Е₁, Е₂, Е₃ ... Е_е, Е_m, ... Е_n. Число допустимых энергетических состояний атома зависит от положения атома в таблице Д.И.Менделеева. Возбужденное состояние не устойчиво и через 10^-6-10^-8 с атом самопроизвольно возвращается в нормальное или какое-то более низкое возбужденное состояние.

Так, например, переход из состояния Е_m в состояние Е_n:

Е_m - Е_n = ∆ Е_mn = h∙ν, отсюда ,

Известно, что , следовательно и .

Таким образом, каждый переход сопровождается выделением кванта определенной энергии.

Каждый элемент излучает электромагнитные волны с определенной длиной. Это излучение является характерным для каждого атома. В спектральных приборах излучение распределяется по длинам волн - получаем спектр. Атомные оптические спектры состоят из большого числа линий (линейчатый спектр) в широком диапазоне длин волн (100-800 нм).

Источником электронов, возбуждающих атомы, могут быть высокотемпературное пламя, электрические разряды, в газах - дуга или искра.

2.2. Качественный спектральный анализ

Основой качественного спектрального анализа является свойство каждого химического элемента излучать характерный линейчатый спектр. Задача качественного спектрального анализа сводится к отысканию линий определяемого элемента в спектре пробы. Принадлежность линии данному элементу устанавливается по длине волны и интенсивности линии. Однако общее число линий в спектре многих элементов очень велико, например, спектр тория насчитывает свыше 2500 линий, а спектр урана более 5000. Нет необходимости определять длины волн всех спектральных линий в спектре пробы. Для целей качественного анализа необходимо установить наличие или отсутствие в спектре так называемых аналитических, последних или резонансных линий.

При уменьшении содержания элемента в пробе интенсивность линий этого элемента в спектре будет уменьшаться, некоторые линии исчезнут, и число линий уменьшится. При какой-то очень малой концентрации остается всего несколько линий. Это и есть последние линии, по которым обычно проводится качественный анализ. Последние линии хорошо изучены, их длины волн, характеристику интенсивности можно найти в специальных таблицах и атласах спектральных линий.

Для расшифровки спектра и определения длины волны анализируемой линии пользуются спектрами сравнения, в которых длины волн отдельных линий хорошо известны. Чаще всего для этой цели используют спектр железа, имеющий характерные группы линий в разных областях длин волн,

При проведении качественного спектрального анализа часто пользуются атласом спектральных линий, на планшетах которого нанесены линии спектра железа и аналитические линии различных элементов. Совместив изображение спектра железа, полученное с помощью спектропроектора, с линиями планшета, отмечают, с какой аналитической линией на планшете совпадает линия анализируемого спектра.

Спектральным анализом качественно можно определить более 80 элементов. Предел обнаружения методами качественного спектрального анализа колеблется для разных элементов в очень широких пределах: ог 10^-2 до 10^-3 молей. Следует отметить, что отсутствие линии какого-либо элемента в спектре означает лишь что его концентрация в пробе меньше предела обнаружения.