Цель: Изучить сущность метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии и спектрофотометрии пламени

​

План:

1.Сущность метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии, его преимущества и недостатки.

2.Принципиальная схема одно- и двухлучевого спектрофотометров, используемых для атомно-абсорбционного анализа.

3.Особенности подготовки исследуемых растворов и введение их в пламя спектрофотометра.

 

              1. Сущность метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии, его преимущества и недостатки.

Принцип атомно-абсорбционного метода основан на резонансном поглощении характеристического  излучения элемента его невозбужденными атомами, которые находятся в атомно-парообразном состоянии. При этом валентные электроны атома возбуждаются и переходят на самый близкий разрешенный энергетический уровень, а резонансное излучение, которое проходит через плазму, ослабляется.

              Это связано с концентрацией атомов, которые поглощают в соответствии  с законом, идентичным закону

Бугера-Ламберта-Бера:

 

​

где C – концентрация поглощающих атомов;

k – атомный коэффициент абсорбции;

l – толщина слоя плазмы.

              Атомизации вещества в атомно-абсорбционном анализе достигают с помощью пламени различного типа.

Этот метод анализа обеспечивает достаточно низкие границы определения элементов. На точность и  воспроизводимость данного метода анализа влияют различные факторы, а именно: анионный состав исследуемого раствора, ионизация атомов, процессы самопоглощения плазмы и др. Учет их позволяет достичь точности количественных определений в пределах от 1% до 4% при чувствительности 0,001 мг/см3, что является преимуществом метода.

             Количественный анализ методом спектрофотометрии пламени используется для определения большинства элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Благодаря быстроте и простоте методик особенно важное значение имеет применение атомно-абсорбционной пламенной спектрометрии в анализе щелочных и щелочноземельных элементов.

      Качественный анализ по методу пламенной спектрофотометрии состоит в установлении наличия или отсутствия резонансной линии поглощения, которое регистрируется на фотографических пластинках или цифровом вольтметре. Например, натрий определяют по аналитической длине волны в интервале 589,0…589,6 нм, калий – 766,5…769,9 нм, магний – 285,2 нм и др. Наибольшее применение атомно-абсорбционный метод находит в количественном анализе при определении индивидуального содержания компонентов сложных смесей. Особенностью проведения количественного анализа данным методом является использование серии эталонных растворов, ионный состав которых аналогичен исследуемому раствору. Такой способ позволяет учитывать практически все факторы, влияющие на воспроизводимость результатов анализа. Определение концентраций в спектрофотометрии пламени чаще проводится по методу градуировочного графика, методом ограничивающих растворов и методом добавок. Градуировочные графики строят в координатах: сила фототока – концентрация исследуемого компонента.

            Метод ограничивающих растворов позволяет получать более точные результаты определений по сравнению с методом градуировочного графика. Он заключается в фотометрировании раствора с неизвестной концентрацией (Сх) определяемого элемента и двух его стандартных растворов, один из которых имеет большую (С2), а другой – меньшую (С1) концентрацию по сравнению с Сх. Чем ближе значения трех указанных концентраций, тем точнее результаты определения.

              Концентрацию Сх рассчитывают по формуле:

​

​

где I – сила тока, мкА.

        2. Принципиальная схема одно- и двухлучевого спектрофотометров, используемых для атомно-абсорбционного анализа. Наиболее распространенный тип приборов метода пламенной спектрометрии – пламенные спектрофотометры, которые работают в одно- или двухканальной схеме. В последние годы в практику внедряются многоканальные спектрофотометры – квантометры, позволяющие проводить количественный анализ многокомпонентных смесей по всем составляющим одновременно.

      Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра приведена на рисунке 3.1. Работа однолучевого спектрофотометра для атомной абсорбции построена на том, что излучение трубки с полым катодом проходит через пламя с распыленным в нем раствором исследуемого вещества и попадает во входную щель монохроматора, выделяющего аналитическую линию элемента. Фототок, который появляется в фотоэлементе, регистрируется гальванометром.

​

​

​

​

​

​

​

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Недостаток однолучевой схемы – значительная зависимость точности измерений от устойчивости режима горения источника излучения. Влияние нестабильности существенным образом снижается в двух- и многоканальных спектрофотометрах, которые работают по принципу сравнения фототоков в различных каналах.

​

                 3. Особенности подготовки исследуемых растворов и введение их в пламя спектрофотометра.

            Техника эксперимента состоит в том, что раствор исследуемого вещества распыляют в пламени. После этого измеряют относительную интенсивность двух световых потоков, один из которых проходит через плазму с введенным в нее анализируемым веществом, а второй – сравнительный. Выбор конкретной методики анализа в методе пламенной спектрофотометрии зависит от состава исследуемого образца и от характеристик используемого пламенного спектрофотометра.

                 Для выбора методики количественного определения необходимо иметь следующую информацию:

- качественный состав исследуемого вещества;

- технические параметры спектрофотометра (чувствительность и «фактор специфичности»).

         Чувствительность и «фактор специфичности» указывают на минимальное соотношение концентраций исследуемого и сопутствующих элементов. На основании этих данных выбирают тип источника излучения, состав газовой смеси пламени, способ распыления пробы, аналитическую длину волны. Готовят пламенный атомно-абсорбционный спектрофотометр к работе в соответствии с инструкцией.

​

Контрольные вопросы:

 

1. Какие факторы влияют на точность и воспроизводимость атомно-абсорбционного метода анализа? 

2. Какими методами проводится определение концентраций в спектрофотометрии пламени?

3. Недостаток однолучевой схемы спектрометра?

4. Каким прибором регистрируется фототок, который появляется в фотоэлементе?

5. В каких анализах применяется атомно-абсорбционный метод?