Каталог :: Химия

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.