Курсовой проект (работа) Спектральный анализ
жүктеу/скачать 273,56 Kb.
|
Асем
| g * , g 0 – статические веса возбуждённых и невозбужденных состояний атомов; E – энергия возбуждения; k – постоянная Больцмана; Т – температура.
Таким образом, при постоянной температуре N* прямо пропорционально N0 , т.е. фактически общему числу данных атомов в пробе. Общее число атомов прямо пропорционально концентрации (с) элемента в пробе. Таким образом, интенсивность эмиссионной спектральной линии может быть использовано в качестве аналитического сигнала для определения концентрации элемента: I=a*c (3) где a – коэффициент, зависящий от условий процесса. В АЭСА решающее значение имеет правильный выбор условий атомизации и измерения аналитического сигнала, поэтому в реальных условиях АЭСА используется формула Ломакина – Шайбе: I=a*c в (4) где b – постоянный коэффициент, зависящий от энергетических переходов, обусловленной излучением данной спектральной линии; определяет угол наклона градуировочного графика контролируемого элемента. Рисунок 1.1 «Градуировочный график зависимости интенсивности спектральной линии от концентрации определяемого элемента» Так как химический состав образцов контролируется в широком интервале концентраций, формулу Ломакина – Шайбе используют в логарифмических координатах: lgl=lga+b*lgc (3) «математическое основание для проведения количественного АЭСА» 1.2 Область применение Основные области применения – анализ состава металлов и сплавов в металлургии и машиностроении, исследование геологических образцов и минерального сырья в горнодобывающей промышленности, анализ вод и почв в экологии, анализ моторных масел и других технических жидкостей на примеси металлов с целью диагностики состояния машин и механизмов. Металлургия: анализ состава металлов и сплавов.Горнодобывающая промышленность: исследование геологических, образцов и минерального сырья,экология: анализ воды и почвы,техника: анализ моторных масел и др. технических жидкостей на примеси металлов, биологические и медицинские исследования. Под спектральным анализом понимают совокупность приемов, с помощью которых в результате измерения спектров исследуемого образца количественно определяют содержание в нем интересующих элементов. Обычно наблюдают спектральные линии, лежащие в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. При использовании других областей это всегда отмечают в названии соответствующего метода: рентгеноспектральный анализ, инфракрасная спектроскопия, γ-спектроскопия. Известны три основных спектральных метода определения элементного состава вещества. Наиболее старый атомно-эмиссионный спектральный анализ был открыт Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном в 1859 году; его обычно называют просто спектральным анализом. В 1955 году Дж.Н. Уолш предложил использовать для химического анализа не линии эмиссии, а линии поглощения атомов. Эта работа считается началом широко применяемого сейчас атомно-абсорбционного анализа. Спустя 10 лет Дж.Д. Вайнфорднер с соавторами описали аналитический метод, основанный на наблюдении спектров флуоресценции атомов определяемых элементов, – это метод атомно-флуоресцентного анализа. Атомно-эмиссионный спектральный анализ – практически самый распространенный экспрессный высокочувствительный метод идентификации и количественного определения малых содержаний элементов. Важным достоинством метода по сравнению с другими оптическими спектральными, а также многими химическими и физико-химическими методами анализа является возможность одновременного количественного определения большого числа элементов в широком интервале концентраций с приемлемой точностью при использовании малой массы пробы. 1.3Основные узлы Все приборы для спектрального анализа имеют следующие основные узлы: источник возбуждения (атомизации),диспергирующее устройство,блок регистрации излучения .Кроме основных узлов в спектральном приборе есть оптическая система, предназначенная для получения параллельного пучка света, его фокусировки, изменения направления хода лучей и т.д. Разные варианты АЭС различаются по способу возбуждения и по способу регистрации спектра.Прибор для проведения спектрального анализа имеет следующие основные узлы: источник возбуждения, диспергирующий элемент и приемник света. Кроме этих основных узлов есть оптическая система, предназначенная для получения параллельного пучка света, его фокусировки, изменения хода лучей . В источнике возбуждения вещество атомизируется и возбужденные атомы или ионы испускают свет, который диспергирующим элементом разделяется в пространстве на отдельные составляющие, а приемник света их фиксирует. Источники возбуждения переводят пробу из конденсированной фазы в парообразную и возбуждают вещество в этой фазе. В большинстве источников возбуждения эти функции совмещаются, однако в некоторых случаях применяют два устройства: одно для получения газовой фазы, другое - для возбуждения. Возбуждение атомов происходит при передаче энергии быстролетящими частицами, чаще всего электронами, если их энергия достаточна для возбуждения. Чтобы атом перешел в возбужденное состояние, необходима энергия, по меньшей мере равная энергии резонансного уровня атома. 2.ИСТОЧНИКИ И ВОЗБУЖДЕНИЯ СПЕКТРОВ Роль источников света при эмиссионном спектральном анализе очень велика. Источники света воздействуют на исследуемый образец, вызывают поступление паров вещества в светящееся облако и возбуждают спектры атомов и молекул, попавших в зону высокой температуры. Все эти процессы протекают во взаимодействии друг с другом и сопровождаются рядом вторичных явлений, например самопоглощением излучения в облаке, окислением, переносом вещества электродов, фракционированием и пр. Таблица 2
В практике атомно-эмиссионного спектрального анализа в качестве источников возбуждения спектров применяют пламя, электрические дуги постоянного и переменного тока, низко- и высоковольтную конденсированную искру, низковольтный импульсный разряд, различные формы тлеющего газового разряда я др. В последние годы начинают широко использовать также различные виды высокочастотных разрядов — источник индуктивно-связанной высокочастотной плазмы (ИСП), микроволновой разряд и др. Источник возбуждения спектра — пламя имеет сравнительно невысокую температуру, поэтому получаемые спектры сравнительно простые и не содержат много линий. Простота спектров дает возможность выделять искомые спектральные линии при помощи светофильтров или монохроматоров малой дисперсии. Метод фотометрии пламени является разновидностью эмиссионного спектрального анализа, поэтому приведенные выше теоретические основы эмиссионного метода анализа в известной мере относятся и к рассматриваемому методу. 2.1 Пламя Самым простым способом возбуждения атомов является использование высокотемпературного пламени (пламенной фотометрии).Растворенная проба с помощью распылителя подается в пламя,в котором происходит термическое возбуждение атомов.Как и в ААС, для получения требуемой температуры пламени могут использоваться различные комбинации горючего газа и газа-окислителя. Таблица 2.1 Характеристика племен,применяемых в атомно-эмиссионном анализе
Пламя используют как атомизатор и источник возбуждения спектров в методе фотометрии пламени, а также как один из основных способов атомизации веществ в методе атомно-абсорбционного анализа. Наиболее часто используются пламена смеси воздух—ацетилен (Т=2100–2400 К) и оксид азота(I)—ацетилен (Т=3000–3200 К), реже — пламена смесей воздух—пропан (Т=2000–2200 К) и оксид азота(I)—пропан (Т=3000 К). Схемы горелок, применяемых в методе фотометрии пламени, показаны на рис. 1. Ввод анализируемой жидкости в пламя обычно осуществляется путем ее пневматического распыления. Применяют распылители главным образом двух типов: угловые и концентрические, работающие вследствие создаваемого разряжения над отверстием распыляющего капилляра (или вокруг него), второй конец которого погружен в раствор анализируемой пробы. Вытекающая из капилляра жидкость разбрызгивается струей газа, образуя аэрозоль. Качество работы распылителя оценивают по отношению количества жидкости и газа (М Ж /М Г ), расходуемых в единицу времени. Температура пламени обеспечивает достаточно низкий предел обнаружения элементов, энергии, возбуждения резонансных линий которых не превышают 5 эВ; их соединения в достаточной мере атомизируются в пламени. Особое значение метод фотометрии пламени имеет для определения микроколичеств соединений щелочных и щелочно-земельных металлов, для которых предел обнаружения этим методом находится в диапазоне 0,0001–0,01 мг/л. Высокая пространственно-временная стабильность пламен обеспечивает хорошую воспроизводимость результатов, получаемых этим методом. При использовании непрерывного распыления растворов относительное стандартное отклонение, характеризующее воспроизводимость, находится не уровне 0,01 для содержаний, превышающих на два порядка и более предел обнаружения. 2.2 Электрическая дуга Электрическая дуга постоянного тока (рис. 2.2) — более высокотемпературный источник, чем пламя. Анализируемый образец в измельченном виде помещают в углубление (канал) в нижнем электроде, который, как правило, включают анодом в цепь дуги. Рисунок 2.2 Дуга постоянного тока как источник возбуждения спектров: а ) схема питания дуги постоянного тока; б )вольт-амперная характеристика дугового разряда постоянного тока; в ) схема переноса атомов из канала угольного электрода: 1 -доля атомов, участвующих в образовании аналитического сигнала (1а — вынос в свободном состоянии, 1б — вынос в связанном состоянии в конденсированной фазе); 2 — выход вещества помимо зоны возбуждения; 3а , 3б — диффузия в стенки и дно соответственно; 4а , 4б — переход вещества в зону возбуждения в виде атомов или соединений из стенок и дна электрода. Температура плазмы дуги зависит от материала электродов и ионизационного потенциала газа в межэлектродном промежутке. Наиболее высокая температура плазмы (~7000 К) достигается в случае применения угольных электродов. Для дуги между медными электродами она составляет ≈5000 К. Введение солей щелочных элементов (например, калия) снижает температуру плазмы дуги до 4000 К. Под действием дуги торец анода разогревается примерно до 3500 К (для угольных электродов), благодаря чему обеспечивается испарение твердых проб, помещенных в кратер анода. Однако температура электрода в направлении от торца очень быстро падает и уже на расстоянии 10 мм составляет всего ≈1000 К. Придавая электроду специальную форму, можно уменьшать отвод тепла и тем самым увеличивать до некоторой степени температуру электрода. 2.3 Искра Увеличение емкости шунтирующего конденсатора приводит к тому, что запасенная в нем энергия будет играть заметную роль в общем балансе разряда. Такой тип разряда получил название низковольтной искры. В зависимости от параметров контура низковольтной искры можно получать различные режимы разряда: колебательный (CR 2 /4L <1), критический (CR 2 /4L >1), апериодический (CR 2 /4L ≈1). Напряжение на конденсаторах разрядного контура обычно варьируют в интервале 450–1000 В. Изменяя емкость конденсаторов, сопротивление реостатов в силовой цепи и индуктивность вторичной обмотки трансформатора, можно регулировать соотношение между силой тока разряда конденсаторов и силой тока, проходящей через силовую цепь, и тем самым плавно менять температуру разряда в нужном направлении (от мягкого дугового режима до чисто искрового). Современные электронные средства позволяют стабилизировать энергию единичных импульсов с точностью не хуже 0,1%. При спектральном анализе металлов и сплавов наиболее часто в качестве источника света используют высоковольтную конденсированную искру Повышающий трансформатор заряжает конденсатор С до напряжения 10–15 кВ. Значение напряжения определяется сопротивлением вспомогательного промежутка В,которое в свою очередь выбирают всегда большим сопротивления рабочего промежутка А . В момент пробоя вспомогательного промежутка одновременно происходит также и пробой рабочего промежутка, конденсатор С разряжается, а затем заряжается. В зависимости от параметров схемы и скорости деионизации промежутка следующий пробой может произойти или в этом же, или в другом полупериоде. Простота и надежность этой схемы обеспечили ее успешную эксплуатацию. Рисунок 2. 3 Схема управляемой конденсированной высоковольтной искры: Т — повышающий трансформатор на 15000 В; С — конденсатор; L — переменная индуктивность; r — блокирующее сопротивление; А — рабочий промежуток; В — постоянный вспомогательный промежуток; R — регулируемое сопротивление В момент пробоя в узком искровом канале происходит возбуждение, а также высвечивание атомов и молекул азота и кислорода воздуха; это бесполезное и даже мешающее излучение (фон). Однако его длительность невелика (10–8 с). В следующий момент ток (до 50 А), проходящий через канал, разогревает малую площадку (0,2 мм) электрода. Плотность тока достигает 104 А/см2 , и материал электрода выбрасывается в разрядный промежуток в виде факела раскаленных паров, причем, как правило, не вдоль искрового канала, а под некоторым случайным углом к нему. Каждый новый пробой воздействует на разные участки поверхности образца, и после обыскривания в течение всего выбранного времени экспозиции на образце возникает пятно обыскривания диаметром до 3–5 мм, но незначительной глубины (при работе с угольным противоэлектродом — всего 20–40 мкм). Общее количество испаряющейся за время экспозиции твердой пробы весьма невелико: например, для сталей оно обычно составляет около 3 мг. Факел выброшенных паров имеет температуру порядка 10000 К, т.е. достаточную не только для возбуждения спектров металлов, но также неметаллов и ионов. Температура непосредственно в начале искры достигает 30000-40000 К. 2.5 Индуктивная связанная плазма. Благодаря появлению нового способа возбуждения спектров с помощью источника высокочастотной индуктивно-связанной плазмы (ИСП), работающей при атмосферном давлении, произошел резкий скачок в развитии физики, техники и практики атомно-эмиссионного спектрального анализа. Данный источник представляет собой разновидность безэлектродного высокочастотного разряда, поддерживаемого в специальной горелке, состоящей из концентрически расположенных трех (реже — двух) кварцевых трубок. В зазор между внешней и промежуточной трубками подается внешний (охлаждающий) поток газа (аргон или молекулярный газ), по средней трубке — промежуточный поток (только аргон), по центральной трубке осуществляется транспорт аэрозоля анализируемого раствора в плазму. Открытый конец горелки окружен охлаждаемой водой индукционной катушкой, соединенной с ВЧ-генератором. Для получения плазмы используют ВЧ-генераторы с потребляемой мощностью 1,5–5 кВт и рабочей частотой в диапазоне от 27 до 50 МГц. Рисунок 2.5 Схема горелки для высокочастотного индукционного разряда: 1 — аналитическая зона; 2 — зона первичного излучения; 3 — зона разряда (скин-слой); 4 — центральный канал (зона предварительного нагрева); 5 —индуктор; 6 — защитная трубка, предотвращающая пробой на индуктор (устанавливается только на коротких горелках); 7, 8, 9 — внешняя, промежуточная, центральная трубки соответственно Для возбуждения разряда необходима предварительная ионизация газа, поскольку напряжение на индукторе значительно меньше напряжения пробоя рабочего газа. С этой целью чаще всего используют высоковольтную искру (катушку Тесла). В ионизированном газе возникает разряд, питаемый магнитным полем. Ток высокой частоты, протекающий через катушку-соленоид, создает переменное магнитное поле. Под его воздействием внутри катушки индуцируется вихревое электрическое поле. Вихревой электрический ток нагревает и ионизирует поступающие снизу порции газа за счет джоулевого тепла. Токопроводящая плазма аналогична короткозамкнутой вторичной обмотке трансформатора, магнитное поле которой сжимает кольцевой ток в тор (скин-эффект). Поток аргона, подаваемый в зазор между промежуточной и внешней трубками, с одной стороны, служит плазмообразующим газом, а с другой — отжимает раскаленную плазму от стенок горелки, предохраняя их от перегрева и разрушения. Аэрозоль анализируемой пробы распространяется вдоль центрального канала разряда, практически не задевая электропроводящего скин-слоя и не влияя на его характеристики; в этом заключается одна из главных особенностей ИСП-разряда, отличающая его, например, от дуговых плазмотронов. Обычно в плазму вводят аэрозоль, образованный раствором пробы в водном или органическом растворителе. Наряду с этим применяется введение проб в виде конденсатов, образующихся при испарении пробы в электротермическом атомизаторе, дуге, искре, плазме лазерного факела, а также в виде тонкодисперсных порошков, взвешенных в потоке газа или жидкости. Для ввода жидких проб используются различные конструкции пневматических распылителей (концентрический распылитель Мейнхарда, уголковые распылители, распылитель Бабингтона, сетчатый распылитель Гильдебранда и др.), а также ультразвуковых распылителей. 3. ДИСПЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Диспергирующий элемент разлагает излучение возбужденных атомов в спектр.Определяет аналитические возможности и разрешающую спосбность прибора (способность давать раздельное изображение двух спектральных линий с близкими длинами волн).В качестве диспергирующего элемента используют:призмы,дифракционные решетк,интерференциальное устройства в пламенной фотометрии-светофильтры. Одним из недостатков фурье-спектрометрии является потребность в очень точных, а поэтому дорогостоящих деталях интерферометров например, наклон подвижного зеркала в процессе сканирования не должен изменяться больще чем на половину длины волны. Для преобразования интерферограммы необходима также ЭВМ, и трудности с обслуживанием в случае неисправности могут создавать препятствия в работе для спектроскопистов. Спектральный интервал, хотя и достаточный, ограничен обычной областью (400 — 3800 см ), и из-за понижения эффективности светоделителя работа прибора ухудшается (т. е. увеличиваются щумы) вблизи пределов этого интервала. Различные спектральные области требуют различных светоделителей. Интерференционный спектрофотометр всегда сканирует полный спектр, и на каждую длину волны затрачивается одинаковое время в дифракционном спектрофотометре использование замедлителя скорости позволяет сканировать быстрее или пропускать те области спектра, которые не представляют интереса или где поглощение отсутствует. Ложный электрический сигнал или пропущенная точка может оказать заметное влияние на спектр, что проявляется в виде искажения контуров полос или потери разрешения. Если отсутствует необходимая оптическая или электрическая фильтрация [46], то при интегральном преобразовании (свертке) может возникнуть ложное спектральное поглощение (в английской терминологии aliasing или folding ). В монографии Гриффитса имеется хорошее обсуждение ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье . 3.1 Призма Призмы для спектральных приборов изготавливают из стекла - для работы в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра или кварца – для ультрафиолетовой части спектра. Рисунок 3.1 Призма при спектральном анализе 3.2 Дифракционная решетка Дифракционная решетка состоит из прозрачных участков (щелей), разделенных непрозрачными промежутками.На решетку направляется параллельный пучок исследуемого света, который разлагается в спектр.Разрешающая способность более высока. Рисунок 3.2 работа дифракционный решетки 4.ПРИЕМНИК СВЕТА Приемники света характеризуются спектральной чувствительностью: способностью воспринимать излучение различной длины волны и интегральной чувствительностью, которая измеряется действием неразложенного в спектр излучения. Глаз человека чувствителен к свету в области спектра примерно от 400 до 760 нм. Чувствительность глаза максимальна к желто-зеленому свету (550 нм) и убывает от него в обе стороны - и к красной и к фиолетовой. Возможности глаза как измерительного прибора ограничены также и тем, что он очень приближенно оценивает разность или отношение интенсивностей световых потоков. С достаточной точностью он устанавливает лишь равенство или неравенство интенсивностей световых потоков одного цвета. На этом свойстве основаны все приемы визуальных методов. 4.1 Фотопластинка. Светочувствительный слой фотопластинки -это мелкие кристаллы галогенидов серебра, равномерно распределенные в тонком желатиновом слое. При освещении фотопластинки в светочувствительном слое образуется скрытое изображение, как результат фотолиза галогенида серебра под действием кванта света. На освещенных местах фотопластинки появляются кристаллы металлического серебра. Скрытое изображение проявляют путем обработки фотопластинки специальным проявителем, который завершает процессвосстановления серебра на освещенных участках и позволяет получить видимое изображение. Полученное изображение закрепляют (фиксируют) с помощью раствора тиосульфата натрия, закрепителя или фиксажа), который растворяет кристаллы галогенида серебра, не подвергшиеся действию света. После такой обработки на фотопластинке остается изображение спектра в виде спектральных линии. Рисунок 4.1Фотопласинка 1-эмульсия 2-подложка Важным свойством фотопластинки является ее чувствительность. Чувствительность определяют как величину, обратную количеству освещения (экспозиции), необходимого для получения почернения, на 0,2 превышающего почернение вуали при освещении белым светом. Для спектрального анализа более интересной характеристикой является спектральная чувствительность, которую обычно представляют графически как S = f(k). К основным достоинствам фотопластинок как приемников излучения в спектральном анализе относят их способность интегрировать интенсивность света, высокую чувствительность, достаточно широкий спектральный интервал, документальность анализа, а также возможность длительное время сохранять информацию, заложенную в спектре. По сфотографированным спектрам, даже спустя длительное время после их получения, можно, в частности, проверить содержание различных элементов в пробе, включая и те, которые ранее не определялись. Одним из основных недостатков фотопластинок является неравномерность их эмульсии, представляющая дополнительный источник погрешности анализа, а также длительность и трудоемкость операций по химической обработке фотоматериалов. Фотоэлементы. Фотоэлементами называют устройства, преобразующие световую энергию в электрическую. Действие фотоэлементов основано на использовании фотоэффекта. Различают внешний и внутренний фотоэффекты. При внешнем фотоэффекте поглощение света приводит к отрыву электрона с облучаемой поверхности. Внутренний фотоэффект характеризуется увеличением электрической проводимости вещества под действием света. Если внутрений фотоэффект проявляется вблизи граничного слоя между двумя полупроводниками или полупроводником и металлом, возникает фотоЭДС. Это явление иногда выделяют в особый вид фотоэффекта и называют фотогальваническим эффектом или эффектом запорного (запирающего) слоя. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом (рис. 3) состоит из фотокатода 1 и анода 2, помещенных в стеклянную колбу 3. Если колба эвакуирована, фотоэлемент называют вакуумным. При действии света на катод из него вырываются электроны, которые, попадая на анод, замыкают цепь: гальванометр показывает наличие тока. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом чувствительны в широкой области спектра, имеют линейную световую характеристику и практически безынерционны. Чувствительность их невысока, однако большое внутреннее сопротивление позволяет включать эти фотоэлементы в усилительные схемы. Среди недостатков у элементов этого типа необходимо отметить наличие темнового тока, хрупкость конструкции. Рисунок 4.1 - Фотоэлемент с внешним эффектом 1 - катод; 2 - эмиттер; 3 – анод 4.2 Фотоэлектронный умножитель Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) представляет собой, электровакуумный прибор, в котором поток электронов, эмитируемый фотокатодом под действием оптического излучения, усиливается в умножительной системе результате процесса вторичной электронной эмиссии. Наиболее распространены фотоэлектронные умножители, в которых усиление потока электронов осуществляется при помощи нескольких специальных электродов изогнутой формы - «динодов», обладающих коэффициентом вторичной эмиссии больше 1. Для фокусировки и ускорения электронов на анод и диноды подаётся высокое напряжение (600-3000 В). Иногда также применяется магнитная фокусировка, либо фокусировка в скрещенных электрическом и магнитном полях. Различают несколько традиционных систем динодов – жалюзийная, линейно-сфокусированная, круговая, венецианское окно. Выбор системы динодов влияет на габаритные размеры фотоумножителя, коэффициент усиления, временные параметры, линейность, чувствительность к магнитным полям, стоимость. К примеру, ФЭУ с линейно-сфокусированной системой динодов имеют отличную линейность и высокий коэффициент усиления, благодаря чему находят широкое применение в спектрометрии. ФЭУ с жалюзийной системой динодов обладают значительно худшей линейностью и более медленными временными характеристиками, но благодаря своей относительно низкой стоимости успешно применяются в сцинтилляционных детекторах, работающих в счетном режиме. Фотокатоды ФЭУ выполняют из полупроводников на основе соединений элементов I или III группы периодической системы Менделеева с элементами V группы. Различают следующие типы фотокатодов – бищелочной фотокатод (bialkali, K-Cs-Sb) для работы в синей и зеленой области спектра с низким темновым током; бищелочной фотокатод легированный рубидием (rubidium bialkali, Rb-Cs-Sb), имеющий повышенную чувствительность в синей и зеленой областях спектра, но с удвоенным темновым током по сравнению с бищелочным фотокатодом; мультищелочной фотокатод (multialkali S20, Na-K-Cs-Sb) с расширенной чувствительностью от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области спектра, но требующий охлаждения для снижения темнового тока; высокотемпературный бищелочной фотокатод (high temperature bialkali, Na-K-Sb) рекомендуемый для работы при температурах более 60 0С; солнечно-слепой фотокатод (solar blind, KBr, CsI, RbTe, CsTe) только для работы в ультрафиолетовой области спектра. Полупрозрачные фотокатоды обычно наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона ФЭУ. Для изготовления дискретных динодов используют следующие материалы: Cs3Sb, наносимый в виде слоя на металлическую подложку; сплавы CuBe, CuAlMg; эпитаксиальные слои GaP на Mo, обработанные O2 и др. Каналы непрерывных динодов изготавливают из стекла с высоким содержанием свинца. 5.ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОВЕДЕНИЯ АТОМНО-ЭМИССИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА В основе спектрального анализа лежит изучение строения света, который излучается или поглощается анализируемым веществом. Рассмотрим схему эмиссионного спектрального анализа (рис. 1). Для того чтобы вещество излучало свет, необходимо передать ему дополнительную энергию. Атомы и молекулы анализируемого вещества переходят тогда в возбужденное состояние. Возвращаясь в обычное состояние, они отдают избыточную энергию в виде света. Характер света, излучаемого твердыми телами или жидкостями, обычно очень мало зависит от химического состава и поэтому его нельзя использовать для анализа. Совсем другой характер имеет излучение газов. Оно определяется составом анализируемой пробы. В связи с этим при эмиссионном анализе перед возбуждением вещества его необходимо испарить. Рисунок 5. Принципиальная схема эмиссионного спектрального анализа: 1 — источник света; 2 — осветительный конденсор; 3 — кювета для анализируемой пробы; 4 — спектральный аппарат; 5 — регистрация спектра; 6 — определение длины волны спектральных линий или полос; 7 — качественный анализ пробы с помощью таблиц и атласов; 8 — определение интенсивности линий или полос; 9 — количественный анализ пробы по градуировочному графику Испарение и возбуждение осуществляют в источниках света, в которые вводится анализируемая проба. В качестве источников света используют высокотемпературное пламя или различные типы электрического разряда в газах: дугу, искру и др. Для получения электрического разряда с нужными характеристиками служат генераторы. Высокая температура (тысячи и десятки тысяч градусов) в источниках света приводит к распаду молекул большинства веществ на атомы. Поэтому эмиссионные методы служат, как правило, для атомного анализа и только очень редко для молекулярного. Излучение источника света складывается из излучения атомов всех элементов, присутствующих в пробе. Для анализа необходимо выделить излучение каждого элемента. Это осуществляют с помощью оптических приборов — спектральных аппаратов, в которых световые лучи с разными длинами волн отделяются в пространстве друг от друга. Излучение источника света, разложенное по длинам волн, называется спектром. Основными частями спектрального прибора являются: входная щель S , освещаемая исследуемым излучением; объектив коллиматора О 1 , в фокальной плоскости которого расположена входная щель S ; диспергирующее устройство D , работающее в параллельных пучках лучей; фокусирующий объектив О 2 , создающий в своей фокальной поверхности Р монохроматические изображения входной щели, совокупность которых и образует спектр. В качестве диспергирующего элемента используют, как правило, либо призмы, либо дифракционные решетки. Рисунок 5. 1 Принципиальная оптическая схема спектрального прибора (λ 1 < λ2 <λ 3 ) Спектральные аппараты устроены таким образом, что световые колебания каждой длины волны, попадающие в прибор, образуют одну линию. Сколько различных волн присутствовало в излучении источника света, столько линий получается в спектральном аппарате. Атомные спектры элементов состоят из отдельных линий, так как в излучении атомов имеются только некоторые определенные волны . В излучении раскаленных твердых или жидких тел присутствует свет любой длины волны. Отдельные линии в спектральном аппарате сливаются друг с другом. Такое излучение имеет сплошной спектр. В отличие от линейчатого спектра атомов, молекулярные спектры испускания веществ, которые не распались при высокой температуре, являются полосатыми . Каждая полоса образована большим числом близко расположенных линий. Рисунок 5.2.Типы спектров а — линейчатый; б — полосатый; видны отдельные линии, составляющие полосу; в —сплошной. Наиболее темным местам в спектре соответствует наибольшая интенсивность света (негативное изображение) Свет, разложенный в спектральном аппарате в спектр, можно рассматривать визуально или зарегистрировать с помощью фотографии или фотоэлектрических приборов. Конструкция спектрального аппарата зависит от метода регистрации спектра. Для визуального наблюдения спектров служат спектроскопы — стилоскопы и стилометры. Фотографирование спектров осуществляют с помощью спектрографов. Спектральные аппараты — монохроматоры — позволяют выделять свет одной длины волны, после чего он может быть зарегистрирован с помощью фотоэлемента или другого электрического приемника света. При качественном анализе необходимо определить, к излучению какого элемента относится та или иная линия в спектре анализируемой пробы. Для этого нужно найти длину волны линии по ее положению в спектре, а затем с помощью таблиц определить ее принадлежность тому или иному элементу. Для рассмотрения увеличенного изображения спектра на фотографической пластинке и определения длины волны служат измерительные микроскопы, спектропроекторы и другие вспомогательные приборы. 6.ЗАКЛЮЧЕНИЕ АЭС — способ определения элементного состава вещества по оптическим линейчатым спектрам излучения атомов и ионов анализируемой пробы, возбуждаемым в источниках света. В качестве источников света для атомно-эмиссионного анализа используют пламя горелки или различные виды плазмы, включая плазму электрической искры или дуги, плазму лазерной искры, индуктивно-связанную плазму, тлеющий разряд и др. АЭС — самый распространённый экспрессный высокочувствительный метод идентификации и количественного определения элементов примесей в газообразных, жидких и твердых веществах, в том числе и в высокочистых. Он широко применяется в различных областях науки и техники для контроля промышленного производства, поисках и переработке полезных ископаемых, в биологических, медицинских и экологических исследованиях и т.д. Важным достоинством АЭС по сравнению с другими оптическими спектральными, а также многими химическими и физико-химическими методами анализа, являются возможности бесконтактного, экспрессного, одновременного количественного определения большого числа элементов в широком интервале концентраций с приемлемой точностью при использовании малой массы пробы. 7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Акустооптические процессоры спектрального типа. - М.: Радиотехника, 2012. - 192 c. 2. Аносов, Д.В. О спектральной кратности в эргодической теории / Д.В. Аносов. - М.: [не указано], 2003. - 402 c. 3. Белопольский, А.А. Исследование спектрально-двойной Полярной звезды / А.А. Белопольский. - М.: ЁЁ Медиа, 2014. - 941 c. 4. Варгаузин, В. А. Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи / В.А. Варгаузин, И.А. Цикин. - М.: БХВ-Петербург, 2013. - 352 c. 5. Власенко, В. А. Методы синтеза быстрых алгоритмов свертки и спектрального анализа сигналов / В.А. Власенко, Ю.М. Лаппа, Л.П. Ярославский. - Москва: Наука, 1990. - 184 c. 6. Воробьева, А.В. Основы спектральной компьютерной квалиметрии жидких сред / А.В. Воробьева. - М.: Юриспруденция, 2007. - 865 c. 7. Грибов, Л. А. Безэталонный молекулярный спектральный анализ. Теоретические основы / Л.А. Грибов, В. И Баранов, Эляшберг. - М.: Едиториал УРСС, 2002. - 320 c. 8. Данфорд, Н. Линейные операторы (том 2) Спектральная теория / Н. Данфорд, Дж.Т. Шварц. - М.: [не указано], 1988. - 145 c. 9. Данфорд, Н. Линейные операторы (том 3) Спектральные операторы / Н. Данфорд, Дж.Т. Шварц. - М.: [не указано], 1991. - 419 c. 10. Дедус, Ф.Ф. Обобщенный спектрально-аналитический метод обработки информационных массивов: моногр. / Ф.Ф. Дедус, С.А. Махортых, М.Н. Устинин, и др.. - М.: Машиностроение, 1999. - 357 c. 11. Качественные свойства решений дифференциальных уравнений и смежные вопросы спектрального анализа. - М.: Юнити-Дана, 2012. - 648 c. 12. Ковригин, Владимир Афанасьевич Методы спектрального оценивания случайных процессов. Учебное пособие. Гриф УМО вузов России: моногр. / Ковригин Владимир Афанасьевич. - М.: Горячая линия - Телеком, 2011. - 932 c. 13. Комплексное спектрально-скоростное прогнозирование типов геологического разреза и фильтрационно-емкостных свойств коллекторов: моногр. / Е.А. Копилевич и др. - М.: Институт компьютерных исследований, Регулярная и хаотическая динамика, 2010. - 248 c. 14. Лазерный спектральный анализ молекул-биомаркеров для биомедицинской диагностики. - М.: Наука, 2005. - 288 c. 15. Лазерный спектральный анализ молекул-биомаркеров для биомедицинской диагностики. - Москва: ИЛ, 2005. - 288 c. жүктеу/скачать 273,56 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||