Теоретические основы

Практическое занятие 13

«Проведение спектрального анализа сырья и продуктов металлургии с помощью спектрографа»

Цель работы:

§ Закрепить полученные знания о спектральном методе анализа, схемой и принципом работы спектрографа.

Теоретические основы.

Внутри атома нет света. Подобно тому, как струна начинает звучать лишь после удара молоточка, атомы рождают свет только после их возбуждения. Для того, чтобы атом начал излучать, ему необходимо передать определенную энергию. Излучая, атом теряет полученную энергию, и для непрерывного свечения вещества необходим приток энергии к его атомам извне.

 

Все вещества, атомы которых находятся в возбужденном состоянии, излучают световые волны.

Различают сплошные, полосатые и линейчатые спектры.

         Рис. 1 Сплошной спектр.                                                                            Рис. 2 Полосатый спектр.

                                                                              Рис. 3. Линейчатый спектр.

Линейчатый спектр испускания является  "спектральным отпечатком" атома, т.к. по набору этих линий, по их энергиям можно определить, какой атом присутствует в анализируемом растворе. Поэтому спектр – это мощная качественная характеристика вещества. Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.

           Данный спектр пригоден не только для качественного, но и для полуколичественного анализа с точностью ± 0,5 порядка.

Полуколичественный анализ основан на том, что исчезновение, либо появление тех или иных линий в спектре, зависит от концентрации вещества. При самых низких концентрациях проявляются лишь самые жирные линии, при более высоких концентрациях линий больше, а при самых высоких – намного больше. Имеются таблицы, в которых приведены данные по концентрационным пределам появления либо исчезновения тех или иных линий, и это может быть использовано для полуколичественной оценки концентрации вещества.

Полуколичественный спектральный анализ отличается от количественного главным образом снижением требований к точности результатов, поэтому считают, что он занимает в методическом отношении промежуточное положение между качественным и количественным анализами.

Методы анализа, основанные на измерении какого-либо излучения определяемым веществом носят названия эмиссионных. Эта группа методов основана на измерении длины волны излучения и его интенсивности.

Метод атомно-эмиссионной спектроскопии основан на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов.

Для получения спектров испускания элементов, содержащихся в образце, анализируемый раствор в водят в пламя. Излучение пламени поступает в монохроматор, где оно разлагается на отдельные спектральные линии. При упрощенном применении метода светофильтром выделяется определенная линия. Интенсивность выбранных линий, которые являются характеристическим и для определяемого элемента, регистрируется с помощью фотоэлемента или фотоумножителя, соединенного с измерительным прибором. Качественный анализ проводится по положению линий в спектре, а интенсивность спектральной линии характеризует количество вещества. Интенсивность излучения прямо пропорциональна числу возбужденных частиц. Таким образом, интенсивность эмиссионной спектральной линии может быть использована в качестве аналитического сигнала для определения концентрации элемента.

Метод широко применяется в аналитических целях в медицинских, биологических, геологических, сельскохозяйственных лабораториях.

Атомизаторы.

Основные типы источников атомизации и возбуждения приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Тип источника атомизации	Т, ºC	Состояние пробы	С min, % масс	Относит. станд. отклонен
Пламя	1500 - 3000	раствор	10-7 – 10-2	0,01 – 0,05
Электрическая дуга	3000- 7000	твердая	10-4 – 10-2	01 – 0,2
Электрическая искра	10000 -12000	твердая	10-3 – 10 -1	0,05 – 0,10
Индуктивно связанная плазма	6000 - 10000	раствор	10-8 – 10 -2	0,01 – 0,05

Важнейшей характеристикой любого атомизатора является его температура. От температуры зависит физико-химическое состояние анализируемого вещества и, следовательно, величина аналитического сигнала и метрологические характеристики методики.

Пламя. Пламенный вариант метода основан на том, что определяемое вещество в виде аэрозоля вместе с используемым растворителем попадает в пламя газовой горелки. В пламени с анализируемым веществом протекает целый ряд реакций и появляется излучение, которое характерно только для исследуемого вещества и являющееся в данном случае аналитическим сигналом.