Атомно-абсорбционная спектрометрия

1. Атомно-абсорбционная спектрометрия

Атомноабсорбционная
спектрометрия

2.

Под спектральным анализом
понимают совокупность приемов, с
помощью которых в результате
измерения спектров исследуемого
образца количественно определяют
содержание в нем интересующих
элементов.
2

3. Методы атомного спектрального анализа

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 атомноабсорбционного анализа.
Спустя 10 лет Дж. Д. Вайнфорднер с соавторами
описали аналитический метод, основанный на
наблюдении спектров флуоресценции атомов
определяемых элементов, - это метод атомнофлуоресцентного анализа.
3

4. Механизмы возбуждения атомов

4

5.

Атомно-абсорбционный анализ –
метод аналитической химии, основанный
на селективном поглощении
электромагнитного излучения
определенной длины волны свободными
от всех молекулярных связей
нейтральными атомами определяемого
элемента.
5

6.

Согласно квантовой теории - поглощение света и его испускание атомами,
ионами, молекулами связано с взаимодействием дискретных порций
световой энергии (квантов, фотонов) и электронов указанных частиц.
При сравнительно низких температурах (1700 – 2900 0С) атомы элементов
находятся в так называемом основном (невозбужденном) состоянии. В этом
случае их внешние (валентные ) электроны расположены на уровнях с
минимально возможной энергией Е0.
Если атомам извне сообщается дополнительная энергия путем термического
или электрического возбуждения, то эта энергия перераспределяется между
всеми атомами в результате их столкновений. При получении атомами
дополнительной энергии их внешние электроны переходят на более высокие
(возбужденные) энергетические уровни с энергией Ei.
.
Ei
E1
hu1
.
E0
В атомной абсорбции используется переход из
основного состояния в первое возбужденное
(т.е. резонансные переходы).
Поскольку, система электронных уровней для каждого
сорта атомов строго индивидуальна, следовательно
каждый сорт атомов может поглощать свет только с
определенной длиной волны (частотой).
Из этого следует уникально высокая селективность
метода
атомной абсорбции.
6

7.

излучение
поглощение
Для успешного измерения атомного
поглощения необходимо выполнение
следующих условий, сформулированных
А.Уолшем:
1. Центры контуров линий излучения и
поглощения должны совпадать.
2. Ширина линии излучения должна быть
много уже контура поглощения.
Резонансные переходы всех элементов периодической
системы Д.И. Менделеева лежат в диапазоне 90 - 870 нм,
приборы имеют спектральный диапазон 185 – 900 нм.
7

8. Принципиальная блок-схема атомно-абсорбционного спектрометра

Принципиальная блок-схема атомноабсорбционного спектрометра
СИС
Ат
СП
ЭС
СИС – селективный источник света изучаемого элемента;
Ат – атомизатор для перевода данного элемента из реальной пробы в
атомарную форму;
СП – спектральный прибор для выделения аналитической линии этого
элемента;
ЭС – электронная система регистрации для детектирования, усиления и
обработки аналитического сигнала.
8

9. Схема прибора

9

10.

источники резонансного излучения
для атомно-абсорбционного анализа
Лампа с полым катодом
Безэлектродные лампы
высокочастотного разряда
окно
Ar, Ne
1
2
He
+
Высокочастотный
ток
Легколетучие соединения
As, Te, Se, Pb, Bi, Na и др.
10

11. Современный источник излучения

Новая технология - источник непрерывного света:
ксеноновая лампа, дающая непрерывный спектр
излучения, делает возможным определение до 67
элементов без замены на лампу требуемой длины
волны.
11

12. Атомизаторы

1. Пламенный – использует горение химического топлива (жидкости
или газа) для создания высоких температур
2. Электротермический – использует выделение тепла при
прохождении электрического тока через проводник
3. Комбинированный – пламенный и электротермический
4. Плазменные атомизаторы (низкотемпературная плазма)
5. Прочие (радиационные, взрывчатые и др.)
12

13.

H
4
3
2
1
T
1 - Зона предварительного прогрева газов
2 - Зона горения
3 - Зона диффузного распространения пламени
4 - Зона догорания
Температура и скорость горения газов
Пропан + бутан + воздух (1800 0К)< C2H2 + воздух (2700 0К) < С2Н2+N2O (3200 0К)
13

14.

Полуоткрытые атомизаторы – чаще
всего графитовые трубочки, через которые
проходит световой луч.
графитовая
трубка
платформа
Львова
свет
Температура
Открытые атомизаторы – электрически
или пламенно нагреваемые испарители, над
которыми проходит пучок света
Очистка
Атомизация
Пиролиз
Сушка
Время
14

15.

Нижние пределы определения из растворов (мкг/дм3, ppb)
Элемент
Пламя
Ag
Al
As
Au
B
Ba
Be
Bi
Ca
Cd
Co
Cr
Cs
Cu
Fe
Ga
Ge
In
Ir
K
Li
Mg
Mn
Mo
1.5
45
190
9
1000
15
1.5
30
1.5
0.8
9
3
15
1.5
5
75
300
30
900
3
0.8
0.15
1.5
46
Примечание: 1 ppb = 1´ 10-7%
Графитова
я печь
0.02
0.1
0.16
0.15
20
0.35
0.008
0.25
0.01
0.008
0.15
0.03
0.1
0.1
10
3
0.008
0.06
0.004
0.035
0.08
Элемент
Пламя
Na
Ni
Os
Pb
Pd
Pt
Rb
Rh
Ru
Sb
Sc
Se
Sn
Sr
Te
Ti
Tl
V
W
Zn
0.3
6
120
15
30
60
3
6
100
45
30
100
150
3
30
75
15
60
1500
1.5
Графитовая
печь
0.02
0.3
0.08
0.8
2
0.03
1
0.15
0.2
0.2
0.025
0.4
0.35
0.15
0.1
0.1
15

16. Основные этапы аналитического процесса

1. Проводят представительный пробоотбор
2. От твердой пробы отбирают определенную навеску, растворяют ее в
подходящих растворителях с целью разрушения структуры вещества и
полного (100 %) перевода определяемого элемента в раствор.
3. От жидкой пробы отбирают аликвоту и подготавливают рабочий раствор.
4. Используя стандартные образцы готовят серию градуировочных растворов,
охватывающий необходимый диапазон концентраций
5. Подготавливают к работе атомно-абсорбционный спектрометр для
регистрации сигнала в оптимальных условиях абсорбции изучаемого
элемента.
6. Вводят анализируемый раствор в атомизатор, создающий поглощающий слой
атомного пара и производят измерение аналитического сигнала:
• Раствор вводят в атомизатор, в котором растворитель испаряется, сухой
остаток разлагается и превращается в атомный пар.
• Через слой атомного пара пропускают свет от селективного источника
света, излучающего узкую характеристическую резонансную линию
определяемого элемента
16

17.

A
Из светового потока, прошедшего через поглощающий слой, выделяют
участок спектра, соответствующий резонансной линии поглощения.
Оценивают аналитический сигнал – абсорбцию.
7. Используя градуировочные растворы,
получают градуировочную зависимость.
8. Определяют концентрацию изучаемого
элемента в пробе.
9. Оценивают правильность результатов
анализа путем сопоставления результатов
анализа стандартных образцов состава с
данными их аттестации
Градуировочный график
A
Aат 3
A2
Aх
A1
c1 cх c2 cат c3
c
17

18.

Преимущества метода
1. Простота
2. Высокая селективность
3. Малое влияние состава пробы на результаты
анализа.
Ограничения метода
1. Невозможность одновременного определения
нескольких элементов при использовании
линейчатых источников излучения
2. Необходимость переведения проб в раствор
18

19.

19

20.

Список рекомендуемой литературы:
1. Пупышев А.А. Практический курс атомноабсорбционного анализа: Курс лекций. Екатеринбург:
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 442 с.
2. Львов Б. В. Атомно-абсорбционный спектральный
анализ, М, 1966;
3. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная
спектроскопия, пер. с англ., М., 1976;
4. Харламов И.П., Еремина Г. В. Атомно-абсорбционный
анализ в черной металлургии, М., 1982;
5. Николаев Г. И., Немец А. М. Атомно-абсорбционная
спектроскопия в исследовании испарения металлов, М.,
1982;
6. Хавезов И., Цалев Д. Атомно-абсорбционный анализ,
пер. с болг., Л., 1983. Б. В. Львов. Л. К. Ползик.
20