Атомно-эмиссионный спектральный анализ - ABCD42.RU

Атомно-эмиссионный спектральный анализ

Атомно эмиссионный спектральный анализ

Атомно эмиссионный анализ

Атомно-эмиссионные спектрометры, которым посвящен настоящий сайт, реализуют в своей работе принципы атомно-эмиссионного спектрального анализа (АЭСА). Эти приборы являются наиболее распространенными аналитическими приборами и в мире, и в нашей стране. Они предназначены для анализа (чаще всего элементного анализа) состава самых различных веществ в различных агрегатных состояниях.

Часто, особенно за рубежом, эти спектрометры называют оптико-эмиссионными спектрометрами (optical-emission spectrometers или OE-spectrometers). Такое название применяется, чтобы подчеркнуть отличие от рентгено-флуоресцентных спектрометров ( X-ray fluorescence spectrometers или XRF Spectrometers). Принцип действия последних также основан на регистрации эмиссионного спектра, но другого диапазона длин волн — рентгеновского, а не оптического. Везде в дальнейшем при употреблении общего названия «АЭ- спектрометр» всегда имеется ввиду именно оптико-эмиссионный спектрометр.

Также такие приборы иногда называют просто эмиссионными спектрометрами. Кроме того, широко используют названия, в которых явным образом обозначают тип применяемого источника возбуждения спектров.

  • Например, искровой или дуговой спектрометр для атомно-эмиссионного спектрометра с искровым или дуговым источником возбуждения спектров, соответственно.
  • Или ИСП-спектрометр (ICP Spectrometer или ICP) — это атомно-эмиссионный спектрометр с источником возбуждения спектров в виде т.н. индуктивно-связанной плазмы.
  • Для спектрометров с лазерными источниками возбуждения спектров используют названия лазерный или лазерно-искровой спектрометр.

Сущность атомно-эмиссионного спектрального анализа

Иногда спрашивают, относятся ли атомно-эмиссионные спектрометры к приборам для неразрушающего контроля.

Под неразрушающим контролем подразумевается такая процедура контроля свойств и параметров объекта, при которой не нарушается пригодность объекта к дальнейшему использованию и эксплуатации.

С другой стороны, например, ИСП-спектрометры в классическом своем варианте применяются для спектрального анализа проб в жидкой фазе. Поэтому спектральный анализ на этих приборах твердых проб требует их предварительного химического растворения, т.е. разрушения. Но если применять для анализа твердых проб ИСП-спектрометры, оснащенные искровым или лазерным аблятором, то такой комбинированный АЭ- спектрометр уже можно снова отнести к приборам для неразрушающего контроля.

Методы и принципы

Атомно-эмиссионный спектральный анализ состава вещества, в свою очередь, основан на двух фундаментальных принципах:

  1. спектр, испускаемый предварительно возбужденными атомами и ионами данного химического элемента, строго индивидуален (т.е. характерен только для данного химического элемента);
    Рисунки иллюстрируют, насколько сильно отличаются друг от друга спектры различных элементов (в данном примере это алюминий, медь, вольфрам и железо).
    По оси ординат — интенсивность I в условных единицах. По оси абсцисс — длина волны λ в нанометрах, спектральный диапазон 172-441 нм. Спектры сняты на искровом спектрометре.
    Спектр алюминия.
    Образец — алюминиевый деформируемый марки АД31,
    содержание Al около 98%
    Спектр меди.
    Спектр снят со стандартного образца VSM14-4,
    содержание Cu около 99,95%
    содержанием W около 90%’ rel=»lightbox-aes»> Спектр вольфрамового сплава.
    Образец — сплав вольфрама
    с содержанием W около 90%
    Спектр железа.
    Спектр снят со стандартного образца углеродистой низколегированной стали УГ2и,
    содержание Fe около 99,5%
  2. интенсивность линий этого спектра зависит от концентрации этого элемента, определение которой и является целью анализа.
    На рисунке представлены спектры четырех стандартных образцов инструментальной стали с разной концентрацией молибдена, наложенные друг на друга для наглядности. Четко видно, что аналитическая линия молибдена имеет разную интенсивность (высоту) на всех спектрах. Причем, чем больше концентрация молибдена, тем выше интенсивность аналитической линии.
    Образцы: РГ15 (Mo-5,74%), РГ14 (Mo-2,23%), РГ18 (Mo-1,15%), РГ13 (Mo-0,254%).
    Линия Мо-368,410 нм, участок спектра шириной 0,6 нм.

Спектр представляет собой распределение мощности излучения по длинам волн и характеризуется зависимостью интенсивности от длины волны .

Для получения эмиссионного спектра атомам анализируемого вещества необходимо придать дополнительную энергию так, чтобы электроны перешли на более высокие орбиты, т.е. перевести атомы в «возбужденное» состояние. (Термин «возбужденное» состояние является устоявшимся в атомно эмиссионном спектральном анализе и далее будет применяться без кавычек).

С этой целью анализируемую пробу вводят в источник возбуждения спектров, где она подвергается абляции (т.е. «вырыванию» с поверхности микрочастиц), нагреву и испарению. Источник возбуждения спектров тем или иным способом формирует насыщенную энергией область пространства с достаточно высокой температурой.

Попавшие в эту высокотемпературную область пространства микрочастицы анализируемой пробы распадаются на атомы. Эти атомы пробы при столкновениях с другими частицами переходят в возбужденное и ионизированное состояния. В таком состоянии атомы и ионы могут находиться очень короткое время (10 -8 – 10 -7 с). Самопроизвольно возвращаясь в нормальное или промежуточное состояние, они испускают избыточную энергию в виде фотонов, совокупность которых и образует эмиссионный спектр.

Измеряя интенсивность линий спектра атомов (или ионов) того или иного химического элемента, определяют концентрацию этого химического элемента в анализируемой пробе. Читать дальше ›

Атомно-эмиссионная спектроскопия (атомно-эмиссионный спектральный анализ): основные звенья, схема, назначение

Атомно-эмиссионная спектроскопия (AES) — это метод химического анализа, в котором для определения количества элемента в образце используется интенсивность света, излучаемого пламенем, плазмой, дугой или искрой на определенной длине волны.

Длина волны атомной спектральной линии дает идентичность элемента, в то время как интенсивность излучаемого света пропорциональна количеству атомов элемента. В этом и суть атомно-эмиссионной спектроскопии. Она позволяет анализировать элементы и физические явления с безупречной точностью.

Спектральные методы анализа

Вам будет интересно: Сокрушаться – это проблема или привычка?

Образец материала (аналита) вводится в пламя в виде газа, распыленного раствора или с помощью небольшой петли из проволоки, обычно платины. Тепло от пламени испаряет растворитель и разрушает химические связи, создавая свободные атомы. Тепловая энергия также переводит последние в возбужденные электронные состояния, которые впоследствии излучают свет, когда они возвращаются к прежней форме.

Вам будет интересно: Раздел физики — электростатика

Каждый элемент излучает свет с характерной длиной волны, которая рассеивается с помощью решетки или призмы и обнаруживается в спектрометре. Прием, который чаще всего используется в этом методе, — это диссоциация.

Частым применением измерения выбросов с пламенем является регулирование щелочных металлов для фармацевтической аналитики. Для этого используется метод атомно-эмиссионного спектрального анализа.

Индуктивно-связанная плазма

Атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES), также называемая оптической эмиссионной спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой (ICP-OES), является аналитическим методом, используемым для обнаружения химических элементов.

Это тип эмиссионной спектроскопии, в котором используется индуктивно связанная плазма для получения возбужденных атомов и ионов, которые испускают электромагнитное излучение на длинах волн, характерных для конкретного элемента. Это метод пламени с температурой в диапазоне от 6000 до 10000 К. Интенсивность этого излучения указывает на концентрацию элемента в образце, используемом при применении спектроскопического метода анализа.

Основные звенья и схема

Вам будет интересно: Что значит «обречен»? И почему это происходит?

ICP-AES состоит из двух частей: ICP и оптического спектрометра. Факел ICP состоит из 3 концентрических кварцевых стеклянных трубок. Выходная или «рабочая» катушка радиочастотного (РЧ) генератора окружает часть этой кварцевой горелки. Газ аргон обычно используется для создания плазмы.

Когда горелка включена, внутри катушки создается сильное электромагнитное поле с помощью мощного радиочастотного сигнала, протекающего в ней. Этот РЧ-сигнал создается РЧ-генератором, который, по сути, является мощным радиопередатчиком, который управляет «рабочей катушкой» так же, как обычный радиопередатчик управляет передающей антенной.

Типичные инструменты работают на частоте 27 или 40 МГц. Газ аргон, протекающий через горелку, зажигается с помощью блока Тесла, который создает короткую разрядную дугу в потоке аргона, чтобы инициировать процесс ионизации. Как только плазма «зажжена», блок Тесла выключается.

Роль газа

Газ аргон ионизируется в сильном электромагнитном поле и течет по особому вращательно-симметричному образцу в направлении магнитного поля РЧ-катушки. В результате неупругих столкновений, создаваемых между нейтральными атомами аргона и заряженными частицами, генерируется стабильная высокотемпературная плазма около 7000 К.

Перистальтический насос доставляет водный или органический образец в аналитический распылитель, где он превращается в туман и вводится непосредственно в плазменное пламя. Образец немедленно сталкивается с электронами и заряженными ионами в плазме и сам распадается на последние. Различные молекулы делятся на свои соответствующие атомы, которые затем теряют электроны и многократно рекомбинируют в плазме, испуская излучение на характерных длинах волн участвующих элементов.

В некоторых конструкциях сдвиговый газ, обычно азот или сухой сжатый воздух, используется для «резки» плазмы в определенном месте. Одна или две передающие линзы затем используются для фокусировки излучаемого света на дифракционной решетке, где он разделяется на составляющие его длины волны в оптическом спектрометре.

Вам будет интересно: Что это — призма? Элементы фигуры и ее виды. Формулы площади поверхности и объема

В других конструкциях плазма падает непосредственно на оптический интерфейс, который состоит из отверстия, из которого выходит постоянный поток аргона, отклоняя ее и обеспечивая охлаждение. Это позволяет излучаемому свету из плазмы проникать в оптическую камеру.

В некоторых конструкциях используются оптические волокна для передачи части света в отдельные оптические камеры.

Оптическая камера

В ней, после разделения света на его различные длины волн (цвета), интенсивность измеряется с помощью фотоумножителя или трубок, физически расположенных для «просмотра» конкретной длины (длин волн) для каждой задействованной линии элементов.

В более современных устройствах разделенные цвета попадают на массив полупроводниковых фотоприемников таких, как устройства с зарядовой связью (ПЗС). В единицах, использующих эти матрицы детекторов, интенсивности всех длин волн (в пределах диапазона системы) можно измерять одновременно, что позволяет инструменту анализировать каждый элемент, к которому единица чувствительна в данный момент. Таким образом, образцы могут быть проанализированы очень быстро с помощью атомно-эмиссионной спектроскопии.

Дальнейшая работа

Затем, после всего вышеописанного, интенсивность каждой линии сравнивают с ранее измеренными известными концентрациями элементов, а затем их скопление вычисляют путем интерполяции вдоль калибровочных линий.

Кроме того, специальное программное обеспечение обычно исправляет помехи, вызванные наличием различных элементов в данной матрице выборок.

Примеры применения ICP-AES включают определение металлов в вине, мышьяка в пищевых продуктах и микроэлементов, связанных с белками.

ICP-OES широко используется при переработке полезных ископаемых для предоставления данных по сортам различных потоков, для построения весов.

В 2008 году этот метод был использован в Ливерпульском университете для демонстрации того, что амулет Чи Ро, найденный в Шептон Маллет и ранее считающийся одним из самых ранних свидетельств христианства в Англии, датируется только девятнадцатым веком.

Назначение

ICP-AES часто используется для анализа микроэлементов в почве и по этой причине его применяют в судебно-медицинской экспертизе для выяснения происхождения образцов почвы, обнаруженных на месте преступления или у жертв и т. д. Хотя почвенное свидетельство может не быть единственным в суде, оно, безусловно, усиливает другие доказательства.

Он также быстро становится аналитическим методом выбора для определения уровня питательных веществ в сельскохозяйственных почвах. Эта информация затем используется для расчета количества удобрений, необходимых для максимизации урожайности и качества.

ICP-AES также используется для анализа моторного масла. Результат показывает, как работает двигатель. Части, которые изнашиваются в нем, оставят следы в масле, которые могут быть обнаружены с помощью ICP-AES. Анализ ICP-AES может помочь определить, не работают ли детали.

Кроме того, он способен определить, какое количество присадок к масле остается, и, следовательно, указать, какой срок службы у него остается. Анализ масла часто используется управляющим автопарком или автолюбителями, которые заинтересованы в том, чтобы узнать, как можно больше о работе своего двигателя.

ICP-AES также используется при производстве моторных масел (и других смазочных средств) для контроля качества и соответствия производственным и отраслевым спецификациям.

Другой вид атомной спектроскопии

Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) представляет собой спектроаналитическую процедуру количественного определения химических элементов с использованием поглощения оптического излучения (света) свободными атомами в газообразном состоянии. Она основана на поглощении света свободными ионами металлов.

В аналитической химии метод используется для определения концентрации конкретного элемента (аналита) в анализируемой пробе. AAS может использоваться для определения более 70 различных элементов в растворе или непосредственно в твердых образцах посредством электротермического испарения, и применяется в фармакологических, биофизических и токсикологических исследованиях.

Атомно-абсорбционная спектроскопия впервые была использована в качестве аналитического метода в начале XIX века, а основополагающие принципы были установлены во второй его половине Робертом Вильгельмом Бунзеном и Густавом Робертом Кирхгофом, профессорами Университета Гейдельберга, Германия.

История

Современная форма AAS была в значительной степени разработана в 1950-х годах группой австралийских химиков. Их возглавлял сэр Алан Уолш из Научно-промышленной исследовательской организации Содружества (CSIRO), Отдел химической физики, в Мельбурне, Австралия.

Атомно-абсорбционная спектрометрия имеет множество применений в различных областях химии, таких как клинический анализ металлов в биологических жидкостях и тканях, таких как цельная кровь, плазма, моча, слюна, ткани мозга, печени, волос, мышечной ткани, спермы, в некоторых процессах фармацевтического производства: мельчайшие количества катализатора, остающегося в конечном лекарственном продукте, и анализ воды на содержание металлов.

Схема работы

Техника использует атомный спектр поглощения образца, чтобы оценить концентрацию определенных аналитов в нем. Он требует стандартов с известным содержанием составляющих, чтобы установить связь между измеренной абсорбцией и их концентрацией, и поэтому основывается на законе Бера-Ламберта. Основные принципы атомно-эмиссионной спектроскопии именно таковы, как было перечислено выше в статье.

Коротко говоря, электроны атомов в атомизаторе могут быть переведены на более высокие орбитали (возбужденное состояние) за короткий период времени (наносекунды), поглощая определенное количество энергии (излучение данной длины волны).

Этот параметр поглощения является специфическим для конкретного электронного перехода в конкретном элементе. Как правило, каждая длина волны соответствует только одному элементу, а ширина линии поглощения составляет всего несколько пикометров (пм), что придает технике элементную селективность. Схема атомно-эмиссионной спектроскопии очень похожа на эту.

Атомно-эмиссионная спектроскопия: самый популярный многоэлементный метод химического анализа

Атомно-эмиссионный спектроскопия: самый популярный многоэлементный метод химического анализа

Скачать:

Вложение Размер
izuchenie_elementov_himicheskogo_sostava_pishchevyh_produktov.doc 39.5 КБ

Предварительный просмотр:

3.1 Эмиссионный спектральный анализ

Эмиссионный спектральный анализ является физико-химическим методом анализа, а точнее оптическим методом.

Каждое вещество, отличающееся от других веществ своим составом и строением, обладает некоторыми индивидуальными, присущими только ему свойствами. ПР, спектры испускания, поглощения и отражения веществом излучений имеют характерный для каждого вещества вид. По растворимости и форме кристаллов также можно узнать данное вещество.

При использовании ф-х методов нас интересует концентрация анализируемого вещества, т. е. Его содержание в единице объема исследуемого раствора. Концентрацию веществ определяют пользуясь тем, что между ней и значением исходящих от вещества сигналов всегда существует зависимость. Независимо от метода анализа способы расчета содержания искомого компонента в продукте едины для всех физико-химических методов.

3.2 Атомно-эмиссионный спектроскопия: самый популярный многоэлементный метод анализа

Устройство спектрометра для измерения интенсивности излучения света, используемого возбужденными атомами — отдельный внешний источник излучения как токовой, отсутствует: сама проба ,ее возбужденные атомы, служат источником излучения. Атомизация и возбуждение атомов происходит в атомизаторе одновременно. Атомизатор представляет собой источник низкотемпературной или высокотемпературной плазмы.

Метод основан на изучении спектров излучения, получаемых при возбуждении проб в жестком источнике возбуждения. Для получения спектра эмиссии частицам анализируемого вещества необходимо придать дополнительную энергию. С этой целью пробу при спектральном анализе вводят в источник света, где она нагревается и испаряется, а попавшие в газовую фазу молекулы диссоциируют на атомы, которые при столкновениях с электронами переходят в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии атомы могут находится очень недолго (10-7 сек). Самопроизвольно возвращаясь в нормальное или промежуточное состояние, они испускают избыточную энергию в виде квантов света.

Интенсивность спектральной линии или мощность излучения при переходе атомов из одного энергетического состояния в другое определяется числом излучающих атомов Ni (числом атомов, находящихся в возбужденном состоянии i) и вероятностью Aik перехода атомов из состояния i в состояние k.

Оптимальная температура, при которой достигается максимальная интенсивность линии, зависит от потенциала ионизации атомов и энергии возбуждения данной спектральной линии. Кроме того, степень ионизации атомов, а следовательно, и интенсивность спектральной линии зависят также от химического состава и концентраций других элементов.

Интенсивность спектральной линии зависит от температуры источника света. Поэтому в атомно-эмиссионный спектральный анализе принято измерять интенсивность аналитической линии относительно интенсивности некоторой линии сравнения. Чаще всего это линия, принадлежащая основному компоненту пробы.

В практике атомно-эмиссионного спектрального анализа в качестве источников возбуждения спектров применяют электрические дуги постоянного и переменного тока, пламя, низко- и высоковольтную конденсированную искру, низковольтный импульсный разряд, микроволновой разряд и др.

Для регистрации спектра используют визуальные, фотографические и фотоэлектрические устройства. В простейших приборах — стилометрах и стилоскопах оценка интенсивности спектральных линий производится визуально через окуляр. В спектрографах в качестве приемника излучения используют фотопластинки. В квантометрах и фотоэлектрических стилометрах приемником излучения служит фотоэлимент.

Для количественного анализа необходимо выполнить еще одну операцию: измерить интенсивность спектральных полос, принадлежащих макроэлементам, и по предварительно построенным калибровочным графикам или по эталонам вычислить их концентрацию, т. е. установить количественный состав пробы. Для количественного анализа методом атомно-эмиссионной спектроскопии плазма как источник возбуждения предпочтительнее, чем дуговой или искровой разряд. Вследствие колебаний условий возбуждений при определении концентрации элемента следует для сравнения использовать линию еще какого-нибудь элемента, называемого внутренним стандартом.

Качественный анализ продуктов питания методом атомно-эмиссионной спектроскопии включает следующие операции: получение спектра, определение длин волн спектральных линий. По этим данным с помощью справочных таблиц устанавливают принадлежность спектральных линий к определенным макроэлементам, т. е. Определяют качественный состав пробы.

С использованием плазменных атомизаторов также возможен качественный анализ на металлы и те неметаллы, энергия возбуждения которых лежат в УФ-видимой области.

Все методы атомно-эмиссионной спектроскопии являются относительными и требуют градуировки с использованием подходящих стандартов.

Измерение интенсивности спектральных линий в эмиссионном спектральном анализе могут осуществляться визуальным, фотографическим и фотоэлектрическими способами.

В первом случае проводят визуальное сравнение интенсивностей спектральных линий определяемого макроэлемента и близлежащих линий из спектра основного компонента пробы.

Фотографические способы регистрации спектров применяют в атомно-эмиссионном спектральном анализе наиболее широко. Их преимуществом является документальность анализа, одновременность регистрации, низкие пределы обнаружения многих элементов и возможность многократной статистической обработки спектров

В случае фотографической регистрации градуировочные графики претерпевают сдвиг из-за колебаний свойств фотоэмульсии от одной пластинки к другой и недостаточно точного воспроизведения условий проявления.

Для получения данных с высокой скоростью и точностью широкое применение находят фотоэлектрические способы регистрации и фотометрии спектров. Сущность этих способов заключается в том, что световой поток нужной аналитической линии отделяют от остального спектра пробы с помощью монохроматора и преобразуют в электрический сигнал. Мерой интенсивности линии служит значение этого сигнала (сила тока или напряжение).

Современные спектрометры снабжены базами данных, содержащими до 50000 важнейших линий различных элементов. Путем последовательного сканирования всей области длин волн на таких приборах можно провести полный качественный анализ за достаточно небольшое время — 45 мин.

Атомно-эмиссионная спектроскопия находит применение везде, где требуется многоэлементный анализ: в медицине, при исследовании состава руд, минералов, вод, анализе качества продуктов питания и содержании в них макроэлементов.

3.3 Атомно-абсорбционный спектральный анализ

ААА — это метод определения концентрации по поглощению слоев параметров элемента монохроматического света, длина волны которого соответствует центру линии поглощения. Анализ проводят по наиболее чувствительным в поглощении спектральным линиям, которые соответствуют переходам из основного состояния в более высокое энергетическое состояние. В большинстве случаев эти линии являются также и наиболее чувствительными и в эмиссионном анализе. Если молекулы вещества поглощают свет полосами в широких интервалах волн, то поглощение парами атомов происходит в узких пределах, порядка тысячной доли нанометра.

В ААА анализируемое вещество под действием тепловой энергии разлагается на атомы. Этот процесс называется атомизацией, т. е. переведение вещества в парообразное состояние, при котором определяемые элементы находятся в виде свободных атомов, способных к поглощению света. Излучение и поглощение света связаны с процессами перехода атомов из одного стационарного состояния в другое. Возбуждаясь атомы переходят в стационарное состояние k с энергией Ek и затем, возвращаясь в исходное основное состояние i с энергией испускают свет определенной частоты.

Излучательные переходы осуществляются спонтанно без какого-либо внешнего воздействия.

Атомно-эмиссионная спектроскопия

Атомно-эмиссионная спектроскопия (спектрометрия), АЭС или атомно-эмиссионный спектральный анализ — совокупность методов элементного анализа, основанных на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой фазе (см. группу методов оптической спектроскопии). Обычно эмиссионные спектры регистрируют в наиболее удобной оптической области длин волн от

1000 нм. (Для регистрации спектров в области 1000 нм требуются специальные инфракрасные или микроволновые детекторы.)

АЭС — способ определения элементного состава вещества по оптическим линейчатым спектрам излучения атомов и ионов анализируемой пробы, возбуждаемым в источниках света. В качестве источников света для атомно-эмиссионного анализа используют пламя горелки или различные виды плазмы, включая плазму электрической искры или дуги, плазму лазерной искры, индуктивно-связанную плазму, тлеющий разряд и др.

АЭС — самый распространённый экспрессный высокочувствительный метод идентификации и количественного определения элементов примесей в газообразных, жидких и твердых веществах, в том числе и в высокочистых. Он широко применяется в различных областях науки и техники для контроля промышленного производства, поисках и переработке полезных ископаемых, в биологических, медицинских и экологических исследованиях и т.д. Важным достоинством АЭС по сравнению с другими оптическими спектральными, а также многими химическими и физико-химическими методами анализа, являются возможности бесконтактного, экспрессного, одновременного количественного определения большого числа элементов в широком интервале концентраций с приемлемой точностью при использовании малой массы пробы.

Процесс атомно-эмиссионного спектрального анализа состоит из следующих основных звеньев:

  1. Пробоподготовка (подготовка образца)
  2. Испарение анализируемой пробы (если она не газообразная);
  3. Диссоциация — атомизация её молекул;
  4. Возбуждение излучения атомов и ионов элементов пробы;
  5. Разложение возбужденного излучения в спектр;
  6. Регистрация спектра;
  7. Идентификация спектральных линий — с целью установления элементного состава пробы (качественный анализ);
  8. Измерение интенсивности аналитических линий элементов пробы, подлежащих количественному определению;
  9. Нахождение количественного содержания элементов с помощью установленных предварительно градуировочных зависимостей.

См. также

  • Аналитическая химия — классификация аналитических методов
  • Спектральный анализ
  • Спектроскопические методы
  • Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия
  • Спектроскопия

Ссылки

  • http://www.anchem.ru/ — Портал химиков-аналитиков
  • Перспективы аналитической атомной спектрометрии — тенденции развития пяти основных ветвей атомной спектрометрии: абсорбционной, эмиссионной, масс-спектрометрической, флуоресцентной и ионизационной (запросить у авторов по электронной почте: view email).
  • Химическая энциклопедия

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Большой проспект Петроградской стороны
  • Тесфайе Гебре Кидан

Смотреть что такое «Атомно-эмиссионная спектроскопия» в других словарях:

СПЕКТРОСКОПИЯ — (от лат. spectrum образ, представление и греч. skopeo смотрю), раздел физики, изучающий спектры электромагн. излучения. Спектры возникают при переходах между уровнями энергии в атомах, молекулах и образованных из них макроскопич. системах.… … Химическая энциклопедия

Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия — (ЛИЭС) один из методов атомно эмиссионного спектрального анализа, в котором используют спектры плазмы лазерного пробоя (лазерной искры) для анализа твёрдых образцов, жидкостей, газовых сред, взвешенной пыли и аэрозолей. В англоязычной… … Википедия

Ультрафиолетовая спектроскопия — Ультрафиолетовая (электронная) спектроскопия раздел оптической спектроскопии, который включает получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в ультрафиолетовой области. Энергия фотонов ультрафиолетового и… … Википедия

Количественный анализ (химия) — Количественный анализ совокупность методов аналитической химии для определения количества (содержания) элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. Содержание 1 Цели количественного анализа … Википедия

Количественный анализ — раздел аналитической химии, в задачу которого входит определение количества (содержания) элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. Содержание 1 Цели количественного анализа 2 Методы… … Википедия

Спектроскопические методы — Спектроскопические (спектрометрические) методы В оптических абсорбционных методах измеряют зависимость интенсивности излучения I, прошедшего через вещество или рассеянное веществом, от частоты v (или длины волны), то есть определяют функцию I(v) … Википедия

Микроэлементы — I Микроэлементы (синоним: следовые элементы, трейс элементы) химические элементы, присутствующие в тканях человека, животных и растений в так называемых следовых количествах (тысячные доли процента и ниже). Микроэлементы, содержание которых в… … Медицинская энциклопедия

Аналитическая химия — Содержание … Википедия

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА — основаны на измерении эффекта, вызванного взаимод. с в вом излучения потока квантов или частиц. Излучение играет примерно ту же роль, что играет реактив в химических методах анализа. Измеряемый физ. эффект представляет собой сигнал. В результате… … Химическая энциклопедия

Элементный анализ — … Википедия

Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА). Сущность метода.

(Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА) – это метод определения химического состава вещества по спектру излучения его атомов под влиянием источника возбуждения (дуга, искра, пламя, плазма).

Метод АЭСА основан на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов.

Для получения спектров испускания элементов, содержащихся в образце, анализируемый раствор вводят в пламя. Излучение пламени поступает в монохроматор, где оно разлагается на отдельные спектральные линии. Интенсивность выбранных линий регистрируется с помощью фотоэлемента или фотоумножителя, соединенного с измерительным прибором.

Качественный анализ проводится по положению линий в спектре, а интенсивность спектральной линии характеризует количество вещества.

Основные узлы приборов эмиссионной спектроскопии.

• устройство, регистрирующее спектр

В источнике возбуждения вещество атомизируется и возбужденные атомы или ионы испускают свет, который диспергирующим элементом разделяется в пространстве на отдельные составляющие, а приемник света их фиксирует.

Рентгеноспектральный анализ.

(Рентгеноспектральный анализ — это раздел аналитической химии, использующий рентгеновские спектры элементов для химического анализа веществ.

Рентгеноспектральный анализ по положению и интенсивности линий характеристического спектра позволяет установитькачественныйи количественный состав вещества и служит для экспрессного неразрушающего контроля состава вещества.

Схема рентгеновского спектрометра.

1 – Источник рентгеновского излучения (ренгеновская трубка или радиоактивный изотоп)

3 – рентгеновский монохроматор (кристалл-анализатор)

4 — детектор излучения

Макроструктурный анализ.

(Макроструктурный анализ – изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при небольшом увеличении, с помощью лупы.

Осуществляется после предварительной подготовки исследуемой поверхности (шлифование и травление специальными реактивами).

Ø вид излома (вязкий, хрупкий)

Ø величину, форму и расположение зерен и дендритов литого металла

Ø дефекты, нарушающие сплошность металла (усадочную пористость, газовые пузыри, раковины, трещины)

Ø химическую неоднородность металла, вызванную процессами кристаллизации или созданную термической и химико-термической обработкой

Ø волокна в деформированном металле.

Микроструктурный анализ.

(Микроструктурный анализ – изучение поверхности при помощи световых и электронных микроскопов.

Увеличение – 50…100 000 раз.

Образцы – микрошлифы с блестящей полированной поверхностью, так как структура рассматривается в отраженном свете.

Наблюдаются микротрещины и неметаллические включения.

Для выявления микроструктуры поверхность травят реактивами, зависящими от состава сплава.

Различные фазы протравливаются неодинаково и окрашиваются по разному.

Можно выявить форму, размеры и ориентировку зерен, отдельные фазы и структурные составляющие.

Термический анализ.

(Термическим анализом называют методы обнаружения и исследования фазовых и структурных превращений по их тепловым эффектам.

Основан на том, что при фазовых превращениях в металлах и сплавах происходит выделение или поглощение тепла.

При помощи термического анализа можно определить температуры фазовых превращений (критические точки), например, температуры кристаллизации, аллотропических превращений и др.

При испытании в процессе нагрева и охлаждения металла регистрируются температура и время.

Горизонтальные площадки или перегибы на кривых нагрев — охлаждение, наблюдаемые при определенных температурах, соответствуют критическим точкам превращений.

Для проведения термического анализа необходима печь,термопара и гальванометр).

Дилатометрический метод.

(Дилатометрический анализ используется для определения критических температур фазовых и структурных превращений, происходящих в металлах и сплавах в твердом состоянии.

Например, дилатометрическим анализом изучают процессы закалки и отпуска стали, графитизацию чугуна и процессы старения некоторых сплавов.

Дилатометрический анализ основан на изменении длины образца, вызванном объемными изменениями в металлах и сплавах при их нагреве и охлаждении.

Если в металлах или сплавах при изменении температуры не происходит фазовых превращений, то их длина (объем) изменяется плавно.

Если происходит фазовое превращение, то длина (или объем) растет (или убывает) скачкообразно.

При испытании регистрируется длина образца и температура.

В результате дилатометрического анализа получают кривую удлинение образца — температура.

Резкие перегибы на кривой соответствуют температурам, при которых происходят фазовые и структурные превращения.

В момент превращения (критические точки) в образце на дилатометрической кривой наблюдаются перегибы).

Металлографический анализ.

(Металлографический анализ —метод изучения микро- и макроструктуры металлов и сплавов с помощью визуального наблюдения при различном увеличении.

Любой металлографический анализ включает в себя 4 этапа:

Ø Собственно металлографический анализ

Ø Статистическая обработка результатов анализа.

Металлографический анализсостоит в изучении строения металла с помощью так называемых шлифов).

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 1569 ; Мы поможем в написании вашей работы!

II. Атомно-эмиссионный спектральный анализ

Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на идентификации длин волн спектральных линий, измерении их интенсивности и других характеристик света, излучаемого атомами и ионами вещества в газообразном состоянии, и используются для качественного и количественного элементного анализа.

II.1. Краткая история метода

Первым исследователем спектра считают Ньютона, применившего в 1666 году призму для разложения света. Ньютон наблюдал видимую область спектра, пропуская солнечный луч в темное помещение через круглое отверстие в ставне. Он впервые употребил понятие «спектр» для обозначения радужной полоски, получавшейся в результате разложения белого света.

В 1752 году 26-летний Томас Мелвил из Глазго наблюдал яркий желтый свет, испускаемый пламенем при сжигании смеси спирта и морской соли. Когда спирт не содержал соли, желтый свет исчезал. Считают, что если бы Мелвил не умер годом позже, спектрометрический анализ возник бы намного раньше.

Электрическую искру для химического анализа одним из первых применил Александро Вольта в 1776 году. Он открыл способ получения статического электрического заряда, достаточно сильного для получения искры, и был очарован разноцветными искрами, возникающими при разрядах в различных веществах. В итоге он был в состоянии идентифицировать определенные газы по цветам, эмитируемым при пропускании в них искры.

В 1802 году английский астроном Волластон, а позднее, в 1814 году, немецкий оптик Фраунгофер с помощью усовершенствованного спектроскопа с узкой входной щелью обнаружили темные линии поглощения в солнечном спектре. Впоследствии, учитывая большой вклад Фраунгофера в данные исследования, эти линии были названы фраунгоферовыми. С именем Фраунгофера связано практическое применение дифракционной решетки, изготовленной им в 1821 году для абсолютного измерения длин волн при изучении эмиссионных спектров.

В первой половине XIX века были проведены многочисленные исследования, целью которых было установление закономерностей появления линий в спектрах. Значительный вклад в эти работы внесли Брюстер, Гершель и Тальбот, исследовавшие спектры пламен. Работы этих авторов заложили основы спектрального анализа. Опираясь на полученные ими знания, Бунзен и Кирхгоф провели свои фундаментальные исследования, результатом которых стало создание аналитической спектроскопии.

В 1854 году они начали изучение спектров пламени, окрашенного парами солей металлов. В 1859 — 1860 годах, усовершенствовав технику, они впервые предложили использовать атомные спектры для определения химического состава вещества и опубликовали совместную работу “Химический анализ с помощью наблюдения спектра”. Эта статья является краеугольным камнем, на котором построено все здание спектрального анализа. Обобщая результаты исследований, авторы писали: «Мы вполне убедились в том, что соли одного металла дают одинаковый спектр; различия наблюдаются только в интенсивности отдельных линий. В спектре смеси солей нескольких металлов мы могли различить линии, принадлежащие каждому из них, и основали таким образом новый метод качественного анализа».

С использованием спектрального анализа было открыто около 30 химических элементов. Одним из наиболее ярких примеров спектроскопического определения неизвестных элементов является история открытия гелия. В 1868 году английский астроном Локьер обнаружил яркую желтую линию в спектре хромосферы Солнца и приписал ее неизвестному ранее элементу, названному им гелием. Позднее, в 1875 году, Рамзай выделил гелий из минерала клеевита и доказал тождественность излучаемой им линии с линией, наблюдаемой в солнечном спектре. Исследование спектральных характеристик космических объектов дало возможность определить химический состав и физическое состояние тел, удаленных от наблюдателя на огромные расстояния.

В начале ХХ века тонкие линии в спектре, испускаемом электрической дугой и искрой, стали движущей силой науки. Эти атомные линии использовались для определения дискретных уровней энергии атомов и были главным тестом для теорий, разрабатываемых квантовой механикой. Линии использовались также для качественного анализа. Действительно, появление спектральных линий, которые ранее не наблюдались, было доказательством, которое требовало большинство ученых для подтверждения открытия нового элемента.

К началу первой мировой войны спектральный анализ как очень чувствительный и весьма быстрый способ химического анализа применялся для решения многих задач, труднодоступных для других методов. Однако несмотря на то, что спектральный анализ был предложен в 1860 году, его долгое время использовали лишь для целей качественного анализа, а широкое применение его в аналитической практике для количественных определений началось только в 20-х годах XX века. Причина такого запаздывания заключалась в отсутствии теоретического обоснования явления испускания света возбужденными атомами. Кроме того, не была установлена зависимость между интенсивностью спектральных линий и концентрацией элемента в источнике света.

Понять происхождение эмиссионного спектра и его связь с особенностями строения атома стало возможным только после установления основных постулатов квантовой механики, сформулированных датским физиком Бором в 1913 году. С появлением теории атомных спектров спектральный анализ получил теоретическую базу и начал быстро развиваться. С 1923 года в Англии стали применять качественный спектральный анализ для сортировки металла. Развитию количественного спектрального анализа способствовали работы Герлаха, который в 1926 году предложил использовать интенсивность спектральных линий для оценки количественного содержания элемента в пробе. Им также был предложен широко используемый до сих пор метод внутреннего стандарта.

В России качественный спектральный анализ впервые широко применил в 1909 году академик Вернадский при геохимических исследованиях алюмосиликатов и других объектов на содержание рубидия, цезия, таллия и других элементов. В 1929 году Русанов организовал спектрально-аналитическую лабораторию во Всесоюзном институте минерального сырья в Москве, работа которой способствовала внедрению методов спектрального анализа в геологии и горной промышленности. В 1930 году Ломакин предложил эмпирическую зависимость интенсивности спектральной линии от концентрации элемента в образце, которая лежит в основе методов количественного спектрального анализа. Значительный вклад в развитие атомной спектроскопии внесли Зайдель, Ландсберг, Мандельштам, Прокофьев и многие другие наши соотечественники.

В первой четверти XX века было в основном закончено создание качественного спектрального анализа: изучены спектры большинства элементов, составлены таблицы этих спектров, установлены наиболее пригодные для анализа линии, разработана техника фотографирования и измерения спектров. К концу этого периода начались разработка методов количественного спектрального анализа и приложение этих методов к решению различных промышленных и научно-исследовательских задач. Разработка методов спектрального анализа шла по пути повышения точности, чувствительности и производительности.

В середине ХХ века количественный дуговой и искровой спектральный анализ являлся наилучшим инструментом аналитиков в исследованиях следовых концентраций широкого ряда элементов. Однако используемая техника приготовления проб для многих образцов была трудоемкой и требовала много времени. Относительно легко анализировались металлические образцы — из них просто делали электроды. Жидкие образцы должны были или высушиваться, или различными способами наноситься на электроды. Образцы непроводящих твердых тел смешивались с проводящей матрицей, обычно графитом, и впрессовывались в кратер графитового электрода. Помимо трудностей с приготовлением образцов качество получаемых аналитических результатов было не очень хорошим. Точность анализа 5 — 10% была типичной для очень хорошего и аккуратного аналитика.

В то время как эмиссионные методы с использованием дуги/искры завоевывали широкую популярность при анализе металлов, пламенная спектрометрия (фотометрия пламени) широко использовалась для определения щелочных и других легко возбуждаемых элементов. Начало эры современной фотометрии пламени в конце 20-х годов ХХ века связывают с именем шведского агронома Лундегарха. В его аппарате для элементного анализа использовались пневматический распылитель и пламя предварительно смешанных воздуха и ацетилена. В то время как испускаемые пламенами спектры были намного проще спектров дуги/искры, главным ограничением этой методики являлась недостаточная для появления эмиссии атомного спектра большинства элементов температура пламени. Метод фотометрии пламени очень широко используется в клинических лабораториях для определения содержания натрия и калия в крови и других биологических материалах.

В 60 — 70-х годах ХХ века пламенный и дуговой/искровой оптический эмиссионный спектральный анализ в значительной степени потерял популярность. Для проведения многих анализов, выполняемых ранее с использованием атомной эмиссии, все чаще использовалась атомная абсорбция, что было обусловлено более высокой точностью и производительностью анализа, простотой анализа жидких проб, более высокой чувствительностью (в электротермическом варианте) и меньшими влияниями основы пробы на результаты анализа.

Возрождение популярности атомно-эмиссионного спектрального анализа связано с применением высокочастотной индуктивно-связанной плазмы (ИСП) в качестве источника излучения. Первое применение ИСП в аналитических целях было осуществлено в 1962 году Гринфилдом в Англии и Фасселом в США. Как и в большинстве новых методов, первые аналитические результаты с применением ИСП-источников не были впечатляющими. Методика была лучше пламенной атомной абсорбции только для небольшого числа тугоплавких элементов. Однако дальнейшее совершенствование методики, связанное с определением и устранением источников помех, оптимизации потоков газов, конструкции горелок и настройкой параметров плазмы, позволило к 1973 году снизить пределы обнаружения и матричные влияния, значительно расширить динамические диапазоны измерений. В результате на сегодняшний день ИСП-плазма по своим аналитическим возможностям превосходит все использовавшиеся ранее источники для оптической эмиссии.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: