Научная Петербургская Академия

Реферат: Метод атомно-абсорбционной спектроскопии

Реферат: Метод атомно-абсорбционной спектроскопии

Министерство Образования РФ

Воронежский Государственный Университет

Химический факультет

Кафедра аналитической химии

РЕФЕРАТ

по теме:

«Атомно-абсорбционная спектроскопия»

Выполнил:

студент 1 курса

биолого-почвенного факультета

6 группы

Старинин А.Н.

Проверил: Аристов И.В.

-Воронеж-

2004 г.

Содержание:

I. Введение............................3 стр.

II. Аппаратура...........................6 стр.

III. Список литературы.......................11 стр.

.Введение.

Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа отли­чается высокой

абсолютной и относительной чувствительностью. Метод позволяет с большой

точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых

концентрациях, поэтому он широко применяется в биологии, медицине (для

анализа органических жидкостей), в геологии, почвоведении (для опре­деления

микроэлементов в почвах) и других областях науки, а также в металлургии для

исследований и контроля технологи­ческих процессов.

По точности и чувствительности этот метод превосходит мно­гие другие; поэтому

его применяют при аттестации эталонных сплавов и геологических пород (путем

перевода в раствор).

Чувствительность определения большинства элементов в вод­ных растворах с

пламенной атомизацией лежит в интервале от 0,005 до л-10 мкг/мл (т. е. от 5*10

-7 до 10-3—10-4%): при этом расходуется от 0,1 до

нескольких миллилитров раствора. Ошибка воспроизводимости единичного измерения

(коэффи­циент вариации) р≤0,5% при благоприятных условиях измере­ния. На

каждое измерение интенсивности аналитической линии затрачивается, как правило,

не более 30 с. Столь высокая воспроизводимости результатов анализа объясняется

стабильно­стью пламенного атомизатора, а также и высокой точностью схем

регистрации и измерения интенсивности аналитических линий в приборах,

предназначенных для атомно-абсорбционного анализа.

Существенные ошибки, связанные с изменением общей компо­зиции проб, возникают

лишь при анализе растворов сложного переменного состава; такие ошибки, как и

в пламенной фотометрии, связаны с влиянием состава пробы на процессы

атомизации, включая и распыление раствора.

Сравнение с эмиссионно-пламенной фотометрией показывает, что большая часть

элементов опреде­ляется методом атомной абсорбции с более высокой или равной

чувствительностью. По имеющимся данным с меньшей чувстви­тельностью

определяются, главным образом, щелочные и ще­лочноземельные элементы, у

которых длина волны резонансных линий более 300 нм.

До разработки беспламенных способов атомизации область применения атомных

спектров поглощения ограничивалась анализом растворов. Приемы беспламенной

атомизации позволяют непосредственно анализировать порошковые и твердые

пробы малых размеров с абсолютной чувствительностью порядка 10-8—10

-14 г в зависимости от элемента; по точности они усту­пают пламенным

методам.

Зависимость резонансного поглощения от атомной концентрации.

Поглощение света веществом выражается законом Бугера—Ламберта—Бера:

I=I0e-асl,

Где I0- интенсивность падающего излучения; I - интенсивность

излучения, прошедшего вещество; а - показатель поглощения света, рассчитанный

на еди­ницу концентрации поглощающего компонента и на единицу толщины слоя;

с - концентрация поглощающего компонента; l - толщина поглощающего слоя.

В аналитической химии пользуются следующими спектро-фотометрическими

величинами: пропусканием Т(I/I0) и пог­лощением 1 — Т,

выражаемыми в процентах, а также оптиче­ской плотностью D— безразмерной

величиной, изменяющей­ся от нуля до бесконечно больших значений (практически до

2—3). Указанные величины связаны таким соотношением:

D=-lg T=бcl.

Для случая поглощения монохроматической линии:

α≈(πe2f)/(mc),

где е, т, с — физические постоянные;

f— осцилляторная сила, т. е. среднее число элек­тронов, приходящихся на атом,

которые могут быть возбуждены излучением.

Для пламени ввиду неолноты диссоциации на атомы окислов и гидроокисей

большинства элементов , а также вследствие неполного испарения растворенного

вещества теоретический расчет кон­центрации элемента по его оптической

плотности не является возможным; но, в случае испарения образца в графитовой

кювете и при повышенном давлении, теоретический расчет концентрации можно

произвести, пользуясь следующим соот­ношением:

D=1.5*1011*(Δνλ/( Δνλ

+4Δν2c))*(f/A)*(M/S),

где D— оптическая плотность атомного пара;

Δνλ, ΔνС —полуширина и сдвиг

линии поглощения, см-1 ;

f —осцилляторная сила;

А —атомный вес;

S— площадь сечения кюветы;

М — количество элемента.

Применение этого соотношения в аналитической практи­ке затруднительно ввиду

необходимости знать точные значе­ния входящих в нею атомных постоянных, но

оно ценно в том отношении, что показывает возможность при использова­нии

испарения в графитовой кювете при повышенном давле­нии полного устранения

влияния состава пробы на результа­ты анализа, а также возможность применить в

этом случае градуировочные графики, построенные по одной, любой по составу,

стандартной пробе.

.Аппаратура.

Для анализа по атомным спектрам поглощения созданы спе­циализированные

приборы — атомно-абсорбционные спектрофо­тометры разных типов. Лучшие из них

измеряют усредненную интенсивность аналитической линии, при помощи схем,

которые позволяют практически исключить помехи от эмиссионного спектра

пламени и заметно снизить ошибки, связанные с нестабильностями источника

света и других узлов прибора.

Рис. I. Схемы двулучевого и однолучевого спектрофотометров:

I-первый луч; II-второй луч;1-источник света;2-диск-

прерыватель;3-окно в диске;

4-пламя;5-монохроматор;6-фотоэлектрический приёмник света;

7-электронная схемарегистрации;8-поворотные зеркала;9-полупозрачное

зеркало.

В двулучевом (рис. I, а) приборе один луч от источника света проходит через

пламя, а другой — обходит его; при помо­щи прерывателя — вращающегося диска

2 с отверстием 3 потоки I и II поочередно направляются в

спектральный прибор, пропу­скающий только аналитическую линию; фотоумножитель

по­переменно регистрирует линию потока I и потока II. Более сложные приборы

имеют два таких канала и позволяют по двулучевой схеме измерить одновременно

интенсивности двух ли­ний. Вторая линия при соответствующем ее выборе может

использоваться как внутренний стандарт интенсивности.

Прибор измеряет отношение I1/I2=Iо или lg(I1/I

2)=lgIo. Эти величины не зависят от колебаний интенсивности источника

света, а также от характеристик измерительных схем. Когда в пламя введен

раствор, то первый световой поток уменьшается до величины I1e-

aС и прибор измеряет отношение (I1e-аС/I

2)=I=I0e-aС, тогда оптическая

плотность равна D=lg(I0/I)=0,43 aCи зависит, только

от концентрации элемента в пробе (С).

Однолучевой прибор (рис. I, б) измеряет «абсолютное» значение

усредненной интенсивности; точность измерения опти­ческой плотности у такого

прибора теоретически меньше, чем у двулучевого. Фотоэлектрические сигналы от

линии усредняются измерительными схемами за 10—30 с.

Для того чтобы собственное излучение пламени не мешало измерению абсорбции,

излучение источника модулируют, преры­вая его с определенной частотой

механическим способом (как в двулучевой схеме) или питая лампу переменным

током необ­ходимой частоты.

Излучение пламени, как и других источников света, непостоянно, и его

интенсивность колеблется с частотами от звуковых до частот порядка килогерца

в зависимости от применяемых го­релок и горючих смесей. Схемы регистрации

настраивают таким образом, чтобы они измеряли только частоты, отличающиеся от

частот пламени, а излучение источника света модулируют с частотой, которую

регистрирует схема.

Для работы с холодными пламенами модуляция необязательна, так как

интенсивность получения этих пламен не мешает анализу.

Калибровка прибора.В наиболее автоматизированных

при­борах измерительные схемы вычисляют поглощение и выдают результат анализа

на печатающем устройстве или цифровом вольтметре. Калибровка

периодически проверяется по эталонам и при необходимости корректируется. Более

простые приборы, измеряют прозрачность, поглощение раствора в процентах либо,

оптическую плотность Dраствора. Приборы с еще более простой 1

измерительной схемой дают интенсивность аналитической линии (в условных

единицах), по которой затем вычисляют оптическую плотность пламени или

поглощение в процентах на длине волны. аналитической линии.

Калибровочные графики.При помощи эталонных растворов строят

графики в координатах D—С или поглощение — С в зависимости от того,

какой из них ближе к линейному на интервале определяемых концентраций. При

больших содержаниях' концентрационная чувствительность падает, потому что

вместе с полезным излучением регистрируется свет, рассеянный в спектральном

приборе; при больших оптических плотностях он дает заметное преувеличение

измеряемой интенсивности на длине! волны аналитической линии. Другой

причиной снижения концентрационной чувствительности может быть уширение линий

по­глощения по мере увеличения концентрации определяемого элемента. Спад

чувствительности при малых концентрация объяс­няется потерей света при

рассеянии на несгоревших частичках аэрозоля, которая сравнима в этом случае с

истинным поглощением; кроме того, имеет место ионизация-определяемых элементов,

которая снижает концентрацию поглощающих атомов, уве­личиваясь по мере

уменьшения концентрации определяемого эле­мента в пламени.

Спектральный прибор. Анализатор широкого назначения

имеет монохроматор высокого качества (в котором практически нет рассеянного

света) с областью спектра 190—700 нм и с дис­персией от 0,6 до нескольких

единиц п нм/мм. Для определения сразу двух элементов устанавливают два

спектральных прибора. Обычно монохроматор построен по схеме Черни —

Тернера. В приборах некоторых фирм второй монохроматор заменен на­бором

взаимозаменяемых интерференционных светофильтров. Источник света. Большей

частью пользуются лампами с по­лыми катодами простыми или же многокомпонентными

из двой­ного или тройного сплава для определения нескольких элементов

(например, из латуни для определения меди и цинка, из ковара для определения

железа, никеля и кобальта). При работе с одноканальным прибором производится

последовательное опре­деление элементов. Если имеются многокомпонентные лампы,

то t для определения достаточно лишь выводить поочередно на вы­ходную щель

линии всех элементов; если же катоды однокомпонентны, то для

последовательного определения нескольких элементов следует заменять лампы.

Лампы питаются от источ­ника постоянного или переменного тока в зависимости от

спо­соба модуляции.

Атомизаторы. Пламенные атомизаторы имеют сменные го­релки

для работы с разными горючими смесями в зависимости от определяемого элемента.

Конструкция атомизаторов позволяет перемещать пламя относительно

просвечивающего пучка света для выбора в каждом конкретном случае зоны, где

происходит наибольшее поглощение аналитической линии и снижаются ошибки анализа

от взаимных влияний и от нестабильности пламени. Редкоземельные элементы,

алюминий, вольфрам, молибден, кремний и другие элементы, образующие прочные

окислы, атомизируют в пламени ацетилен — закись азота; для определения

элементов Си, Zn, Pb, Fe, Mn, Mg и других подобных применяется ацетилен —

воздушное пламя или же пропан — воздушное пламя. При этом расход газовой смеси

и относительную концен­трацию компонентов подбирают опытным путем в зависимости

Јот свойств определяемого элемента и от общего состава пробы.

Беспламенный метод атомизации с использованием графи­товой кюветы.

Кювета представляет собой электрически нагре­ваемую графитовую трубку.

Анализируемое вещество наносят на (торец электрода, который вставляют в полость

кюветы через поперечное отверстие в середине трубки.

Диаметр полости 0,5 см, а ее длина 5 см. Между электродом с пробой и другим

электродом, установленным под кюветой, зажигают мощную дугу

постоянного тока. При этом происходит быстрое испарение пробы, продолжающееся

всего лишь несколько секунд. Проба в виде атомизированного вещества

сконцентрирована в полости кюветы, которую просвечивают источником

резонансного из­лучения.

Подготовка проб к анализу. Способы подготовки пробы и

эталонов к анализу в атомно-абсорбционном методе аналогичны используемым в

атомно-эмиссионном пламенном анализе. Сле­дует добавить только, что при

разбавлении проб необходимо учи­тывать, что точность измерения оптической

плотности зависит от ее значения. Ошибка минимальна при оптической плотности от

0,2 до 1—2. Поэтому желательно разбавлять растворы до кон­центраций, при

которых оптическая плотность D >• 0,3 и не пре­вышает 1—2 единицы; при этом

учитывается, что пробы должно хватать на. 2—3 параллельных замера, по которым

выводится результат каждого определения.

Список литературы:

1. Ляликов « Физико – химические методы анализа».

2. Пилипенко, Пятницкий «Аналитическая химия».

3. Химия. Большой энциклопедический словарь. Гл. ред. И.П.Кнонянц. М.:

Большая Российская энциклопедия, 2000г. – 792 стр.



(C) 2009