23.эмиссионная фотометрия пламени. Атомно - эмиссионный спектральный анализ, атомно - абсорбционный спектральный анализ.

 Фотометрия пламени

Появление специализированных пламенных эмиссионных спектрометров привело в какой-то степени к обособлению метода фотометрии пламени и приданию ему известной самостоятельности, хотя, конечно, фотометрия пламени осталась одним из методов эмиссионного спектрального анализа.

Как и любой другой прибор эмиссионной спектроскопии, фотометр для фотометрии пламени имеет источник возбуждения (пламенная горелка), диспергирующий элемент (обычно светофильтр) и приемник света - обычно фотоэлемент. В спектрофотометрах для пламени вместо светофильтров применяют призмы и дифракционные решетки. Анализируемый раствор в пламя горелки вводится в виде аэрозоля. При этом растворитель испаряется, а соли металлов диссоциируют на атомы, которые при определенной температуре возбуждаются. Возбужденные атомы, переходя в нормальное состояние, излучают свет характерной частоты, который выделяется с помощью светофильтров, и его интенсивность измеряется фотоэлементом.

Количественные определения проводят методом градуировочного графика или методом добавок. Методы фотометрии пламени характеризуются низким пределом обнаружения (до 0,001 мкг/мл для щелочных металлов и 0,1 мкг для других) при погрешности 1-3 %. Этим методом могут быть определены Li,Na,K,Rb,Cs,Sr,Ba,Ca,In,Agи другие элементы. Одним из достоинств метода фотометрии пламени является также высокая производительность.

Спектры, получаемые в пламени, более просты, чем дуговые или искровые, так как температура пламени ниже, чем в электрических источниках возбуждения. Это облегчает анализ, но вместе с этим сужает возможности метода в отношении числа определяемых элементов.

Лабораторная работа №8

Определение щелочных и щелочноземельных металлов

методом пламенной фотометрии

На рис. 2 представлена принципиальная схема пламенного фотометра. Воздух при давлении 0,8 атм поступает в распылитель (8), который засасывает раствор из стаканчика (9) и распыляет его в камере (7). Крупные капельки раствора, осевшие на стенках, стекают через водяной затвор (10) в сосуд. Водяной затвор необходим для того, чтобы предотвратить утечку воздуха и газа через распылительную камеру.

Воздух, обогащенный мелкими капельками раствора - аэрозоля, содержащего анализируемое вещество, попадает в смеситель (6) и смешивается с потоком газа. Из смесителя смесь газа, воздуха и исследуемого вещества подается в пламя (1), факел которого расположен перед светофильтром (2). Светофильтр пропускает на фотоэлемент только лучи, расположенные в узком участке спектра, в котором находится характерная для данного элемента частота излучения и соответствующая ей спектральная линия. Диафрагмой (3) в случае необходимости можно ограничить интенсивность светового потока и подобрать, таким образом, необходимую чувствительность прибора. Световой поток падает на фотоэлемент (4), а ток фотоэлемента отклоняет стрелку гальванометра (5). Чем больше вещества внесено в пламя, тем интенсивнее спектр испускания, тем больше отклонение стрелки гальванометра.

Рис. 2. Принципиальная схема пламенного фотометра

1 - пламя, 2 - светофильтр, 3 - диафрагма, 4 - фотоэлемент, 5 - гальванометр, 6 - смеситель, 7 - распылительная камера, 8 - распылитель, 9 - стаканчик с исследуемым веществом, 10 - водяной затвор

Прибор имеет три фотометрических головки с фотоэлементами и светофильтрами, приспособленными для определения K+,Na+,Ca2+. Одновременное присутствие всех трех или других посторонних ионов не мешает определению каждого, так как характеристические линииK+,Na+,Ca2+ достаточно удалены друг от друга (табл. 2) и хорошо разделяются светофильтрами.

Таблица 2

Характеристические линии и тип фотоэлемента

Выполнение работы

Для каждого иона готовят смеси из 4-6 стандартных растворов. Исходные растворы с содержанием С(KCl)=0,013 моль/л; С(NaCl)= 0,022 моль/л, С(CaCl2)=0,125 моль/л отбирают в необходимых количествах из бюретки в мерные колбочки на 50 мл и доводят до метки дистиллированной водой. После чего тщательно перемешивают. После приготовления этих растворов берут колбочку с анализируемой (неизвестной концентрации) жидкостью на 50 мл, раствор в которой разбавляют дистиллированной водой, доводя до метки.

Затем включают соответствующую фотометрическую головку и снимают показания гальванометра для всех концентраций приготовленных растворов, содержащих анализируемый ион. Пропуская через прибор дистиллированную воду, устанавливают по воде стрелку гальванометра на нуль, пользуясь ручкой установки нуля. Затем берут стандартный раствор с наибольшей концентрацией, наливают его в стаканчик и определяют отклонение гальванометра. Повторяют измерения для других концентраций того же иона и анализируемой смеси. После каждого определения прибор промывают дистиллированной водой до тех пор, пока стрелка гальванометра не вернется на нуль. При снятии показаний давление воздуха в системе, расход газа и режим работы распылителя должны оставаться неизменными, поскольку, как показано выше, интенсивность испускаемого света зависит как от концентрации анализируемого вещества в пламени, так и от температуры пламени. В свою очередь эти величины зависят от подачи газа и воздуха в прибор.

Результаты заносят в таблицу, строят калибровочную кривую для определения концентрации анализируемого иона в смеси. После этого анализируют другие ионы смеси, переключая соответствующим образом фотометрические головки. Если в задании указана смесь трех ионов, строят три калибровочные кривые и по ним определяют содержание всех трех ионов.

Расчет концентрации производится по формуле:

Ск= СбVб/Vк,

где Ск, Сб- молярные концентрации (моль/л) в колбе и бюретке, соответственно;Vб- объем раствора, отобранного из бюретки;Vк- объем колбы (50 мл).

 АТОМНО-ЭМИССИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Основные части атомного спектрографа изображены на блок-схеме

Пробу исследуемого вещества нагревают плазмой, электрической дугой или разрядом, что приводит к диссоциации на атомы, которые частично переходят в возбужденное состояние, время жизни которого порядка 10-7-10-8с, затем самопроизвольно возвращаются в нормальное состояние, испуская кванты света, дающие дискретный спектр испускания (эмиссии). Количественный анализ основан на пропорциональной зависимости между интенсивностью излучения и концентрацией элемента. Необходима предварительная калибровка.

Источником возбуждения может быть электрическая искра, дуга, аргоновая плазма или пламя. Температура электрической дуги 3000-7000ОС, искры - 6000-12000ОС, плазмы - 6000-10000ОС. Температура пламени ниже - от 1500 до 3000ОС, поэтому в пламени атомизируются соединения лишь некоторых элементов. Дисперсионный элемент, разлагающий излучение в спектр - призма или дифракционная решетка. В качестве рецептора используется фотопластинка или фотоэлемент.

Этим методом можно определить более 80 элементов. Метод очень чувствителен; чувствительность изменяется от 0,01% ( Hg, U) до 10-5% (Na, B, Bi).

2.2.2. Эмиссионная фотометрия пламени -

Это простейщая разновидность атомной эмиссионной спектроскопии; исследуемое вещество вводится в виде аэрозоля в пламя газовой горелки. (Пример - желтый цвет пламени от NaCl). В пламени возбуждаются атомы лишь тех элементов, которые имеют низкую энергию возбуждения: щелочные, щелочноземельные, а также Ga, In, Tl, Ag, Eu, Pb, Cu, Cr, Mn, Al и др. Метод очень чувствителен и позволяет обнаружить 10-7% по массе.

2.2.3. АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Основан на измерении коэффициента поглощения. Атомы поглощают излучаемые кванты на тех же частотах, на которых испускают. Используется источник излучения с линейчатым спектром - лампа с полым катодом, на который нанесен определяемый элемент. Поэтому спектр излучения источника содержит его линии. Исследуемое вещество обычно в виде раствора вводится в пламя горелки, где при температуре 2000 - 30000С происходит диссоциация молекул на атомы. Коэффициент поглощения газообразными атомами подчиняется экспоненциальному закону убывания интенсивности в зависимости от толщины поглощающего слоя и концентрации вещества. Определение концентрации производят с помощью калибровочных графиков, то-есть измеряют коэффициент поглощения для нескольких эталонных растворов с различными концентрациями определяемого элемента и строят график зависимости коэффициента поглощения от концентрации.

Чувствительность атомной абсорбционной спектроскопии превышает чувствительность эмиссионной. Она применяется для анализа многих элементов в различных объектах (стали, сплавы, руды, природные воды, почвы, биологические пробы).

24.роль и место фхма в аналитической химии.   ЗАЯ, Я НЕ СМОГЛА НАЙТИ, ПРОСТИ.