Главная » Реферат » Атомно абсорбционная спектроскопия реферат

Курсовая работа: «Атомно-абсорбционная спектроскопия». Атомно абсорбционная спектроскопия реферат


Реферат - «Атомно-абсорбционная спектроскопия» - Остальные рефераты

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/I2)=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/I2)=I=I0e-aС, тогда оптическая плотность равна D = lg(I0/I)=0,43 aC и 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 D раствора. 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.

www.ronl.ru

Реферат Химия 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.

works.tarefer.ru

Курсовая работа - «Атомно-абсорбционная спектроскопия»

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/I2)=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/I2)=I=I0e-aС, тогда оптическая плотность равна D = lg(I0/I)=0,43 aC и 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 D раствора. 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.

www.ronl.ru

Дипломная работа - «Атомно-абсорбционная спектроскопия»

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/I2)=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/I2)=I=I0e-aС, тогда оптическая плотность равна D = lg(I0/I)=0,43 aC и 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 D раствора. 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.

www.ronl.ru

Реферат: «Атомно-абсорбционная спектроскопия»

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 плотностьюD— 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),

гдее, 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),

гдеD— 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 диска2 сотверстием3потоки 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/I2)=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/I2)=I=I0e-aС, тогда оптическая плотность равнаD=lg(I0/I)=0,43aCи 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 плотностьDраствора. 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—Сили 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 единицпнм/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.

superbotanik.net

Реферат: «Атомно-абсорбционная спектроскопия»

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/I2)=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/I2)=I=I0e-aС, тогда оптическая плотность равна D = lg(I0/I)=0,43 aC и 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 D раствора. 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 в >• 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.

www.yurii.ru

Атомно-абсорбционная спектрометрия

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ   им. А.Н.ТУПОЛЕВА         

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ  

 «АТОМНО-АБСОРБЦИОННАЯ  СПЕКТРОМЕТРИЯ»                         

                          Проверил

                     Выполнил           

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 

1.Теоретические основы атомно-абсорбционного анализа

     1.1. Общая характеристика метода

     1.2. Схема атомно-абсорбционного спектрометра

     1.3.Источники излучения

     1.4. Атомизаторы

2.  Помехи  и способы их устранения при  проведении атомно-абсорбционного  анализа

     2. 1 Влияния в пламени

     2. 2 Методы устранения мешающих влияний в пламенном атомно-абсорбционном анализе

     2. 3 Влияния в графитовой печи

     2. 4 Способы устранения мешающих  влияний

3. Метрологические характеристики метода

4. Область применения атомно-абсорбционной спектрометрии

Заключение

Список использованной литературы         

Введение

Метод атомно-абсорбционной  спектрометрии является универсальным  количественным методом для определения  небольших количеств элементов (порядка 10-4 или 10-5%) в большинстве природных (почвах, удобрениях, растениях, пищевых продуктах, нефти, смазочных маслах, питьевых, природных и сточных водах, морской воде, воздухе, и т. д.) и технических (металлы, сплавы, продукты гидрометаллургической переработки руд и т. д.) объектах. Данным методом можно определить почти 80 элементов в их числе Al, Mg, Сu, Pb, Fe, Ag, Ni, Hg, Cd, Cr, Mn.

Метод обладает высокой чувствительностью (для  большинства элементов составляют 10-6 - 10-4 в пламенном и 10-9 - 10-7 % масс) и селективностью, широким диапазоном определяемых концентраций (диапазон значений обычно составляет от нескольких сотых до 0,6 - 1,2 единиц оптической плотности), и воспроизводимостью.

Целью данной работы является 

1.Теоретические  основы атомно-абсорбционного  анализа

     1.1. Общая характеристика  метода

         Метод атомно-абсорбционной спектрометрии широко используется при анализе минерального вещества для определения различных элементов.

         Принцип действия метода основан  на том, что атомы каждого  химического элемента имеют строго  определённые резонансные частоты,  в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что в спектроскопе на спектрах видны линии (тёмные или светлые) в определённых местах, характерных для каждого вещества. Интенсивность линий зависит от количества вещества и его состояния. В количественном спектральном анализе определяют содержание исследуемого вещества по относительной или абсолютной интенсивностям линий или полос в спектрах.

         Атомные спектры (поглощения или  испускания) получают переведением  вещества в парообразное состояние путём нагревания пробы до 1000—10000 °C. В качестве источников возбуждения атомов при эмиссионном анализе токопроводящих материалов применяют искру, дугу переменного тока; при этом пробу помещают в кратер одного из угольных электродов. Для анализа растворов широко используют пламя или плазму различных газов.

Достоинства метода:

простота,

высокая селективность,

малое влияние  состава пробы на результаты анализа.

Ограничения метода – невозможность одновременного определения нескольких элементов при использовании линейчатых источников излучения и, как правило, необходимость переведения проб в раствор.   

     1.2. Схема атомно-абсорбционного  спектрометра

     Приборы для атомно-абсорбционного анализа - атомно-абсорбционные спектрометры -  прецизионные высокоавтоматизированные устройства, обеспечивающие воспроизводимость условий измерений, автоматическое введение проб и регистрацию результатов измерения.

Принцип действия атомно-абсорбционного спектрометра основан  на измерении величины поглощения луча света, проходящего через атомный пар исследуемой пробы. Для превращения исследуемого вещества в атомный пар используется атомизатор. В качестве источника света используется различные узкополосные источники света. Для достижения наилучшего результата необходимо соблюдать правила, сформулированные Уолшем:

длина волны, соответствующая  максимальному поглощению атомных  паров, должна быть равна длине волны  максимальной интенсивности излучения  источника

полуширина линии  поглощения атомных паров должна быть по крайне мере в два раза больше полуширины линии испускания источника

После прохождения  через атомные пары исследуемой  пробы луч света поступает  на монохроматор, а затем на приёмник, который и регистрирует интенсивность  излучения.

Существует два  вида атомно-абсорбционные спектрометров: пламенный и электротермичекий, (основное различие между ними заключается в структуре атомизатора).

Схема спектрометра, использующего пламенный атомизатор, представлена на рис. 1.  

     

     Рис.1. Принципиальная схема пламенного атомно-абсорбционного спектрометра: 1-источник излучения; 2-пламя; 3-монохроматор; 4-фотоумножитель; 5-регистрирующий или показывающий прибор.

Спектрометр с  электротермичеким атомизатором представлен  на рис. 2. 

Рис.2. Принципиальная схема  электротермичекого атомно-абсорбционного спектрометра:

1-источник  излучения, 2-оптическая система линз электротермического атомизатора, 3- графитовая трубчатая печь, 4- электромагнит ,5- монохроматор , 6- фотоэлектрический преобразователь с подключенным к нему персональным компьютером.

Проба вносится в атомизатор, где распадается  до свободных атомов. Возбуждение  атомов осуществляется потоком света  УФ-видимой области, исходящего из лампы  с полым катодом. Отсечение постороннего излучения и детектирование производятся при помощи - монохроматора и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), соединенного с устройством отображения информации [5]. 

     1.3.Источники  излучения

Чтобы измерить степень поглощения света анализируемым  образцом, необходимо сравнить интенсивности  света, падающего на образец и прошедшего через образец.

Спектры молекул  имеют достаточно широкие полосы поглощения. В молекулярной спектроскопии  используют источники излучения, дающие непрерывный спектр. Из него с помощью  монохроматора выделяют спектральную полосу, лежащую в требуемом диапазоне.

В атомно-абсорбционной  спектрометрии применение источников непрерывного спектра невозможно. Причина  состоит в том, что атомные  линии поглощения очень узкие, их ширина составляет 10-3 - 10-2 нм. При облучении атомов недостаточно монохроматичным источником света большая часть светового потока пройдет через образец без поглощения.

Поэтому в атомно-абсорбционной  спектрометрии необходимо использовать источники света, дающие линейчатый спектр. При этом ширина линий в  спектре испускаемого света должна быть, по крайней мере, сравнима с шириной линий атомного спектра.

Ширина атомных  спектральных линий зависит от многих факторов. Естественное уширение, дополнительное уширение вызвано эффектом Допплера. Ширина линий зависит также от давления в атомизаторе и интенсивностей электрического и магнитного полей [5].

Естественное  уширение

А. Уолш указал, что естественная ширина спектральной линии имеет порядок 10-5 нм. Она зависит от степени расширения уровней, определяемой временем пребывания электрона на верхнем энергетическом уровне. Естественным уширением можно пренебречь, так как оно незначительно.

Допплеровское уширение

Эффект Допплера заключается в изменении частоты  излучения при движении излучателя и приемника излучения друг относительно друга. В акустике этот эффект можно наблюдать в повседневной жизни: когда мимо вас на большой скорости проносится автомобиль, издающий громкий звуковой сигнал, высота звука непрерывно изменяется. В атомно-абсорбционной спектроскопии излучающими объектами являются атомы, совершающие беспорядочное тепловое движение в атомизаторе в разных направлениях относительно неподвижного приемника излучения. Их скорости движения подчиняются закону распределения Максвелла-Больцмана. Средняя скорость движения атомов пропорциональна корню квадратному из температуры. Атомы, движущиеся в направлении распространения излучения, поглощают при более низких частотах, а движущиеся навстречу излучению - при более высоких. В результате возникает симметричное уширение спектральной линии, называемое допплеровским. Его величина приблизительно в 100 раз больше, чем естественного. Уравнение (1) описывает зависимость допплеровского уширения от температуры (Т), длины волны излучения (λ) и массы атома (М):

ФОРМУЛА

где k- постоянная Больцмана, c - скорость света.

Лоренцевское  уширение

Еще одной причиной уширения линий являются столкновения атомов в атомизаторе с другими  атомами или ионами. Их вероятность  повышается с ростом давления. Вследствие взаимодействия электронных состояний  сталкивающихся частиц наблюдается расщепление их энергетических уровней и, следовательно, уширение спектральных линий. Этот тип уширения называется лоренцевским. Величина лоренцевского уширения также на два-три порядка выше, чем естественного. В пространстве лампы с полым катодом излучающие атомы находятся под давлением ниже атмосферного. Поэтому линии спектра испускания лампы более узкие, чем линии спектра поглощения атомов в атомизаторе [5].

Лампа с полым  катодом — специальный вид ламп, используемый в атомно-абсорбционной спектроскопии как источник излучения с линейчатым спектром и для настройки частоты у лазерных источников.

Лампы с полым  катодом обычно представляют собой  стеклянный или кварцевый баллон, заполненный инертным газом под  низким давлением, внутри которого находятся два электрода — катод и анод. Катод имеет вогнутую форму и изготавливается из чистого металла. При подаче напряжения на электроды возникает тлеющий разряд с формированием положительно заряженных ионов газа-буфера. Эти ионы бомбардируют поверхность катода, выбивая из него атомы металла в газовую фазу. За счет столкновений с другими атомами они переходят в возбужденное состояние. При релаксации происходит процесс излучения света с длиной волны, характерной для соответствующего перехода электронов атома металла.

     

     1-источник  излучения; 2-пламя; 3-монохроматизатор; 4-приемник света; 5-двухлинзовая оптическая система.  

Рис. 3. Схема  строения лампы с полым катодом

Таким образом, спектр излучения лампы с полым  катодом — это атомный спектр материала катода, включающий также линии, испускаемые возбужденными атомами газа-наполнителя. Из такого спектра с помощью обычного дифракционного монохроматора выделяется одна наиболее интенсивная линия, которая и используется для атомно-абсорбционного определения элемента.

Недостаток ламп с полым катодом — возможность  определения только одного элемента. Существуют многоэлементные лампы, где катод выполнен из сплава нескольких элементов, однако они обладают более  плохими эксплуатационными характеристиками, по сравнению с обычными одноэлементными лампами.

stud24.ru

Смотрите также