Способы атомизации веществ. Дуга

Электронная дуга представляет собой разряд при силе тока порядка 5-7 Ампер и небольшом напряжении 50-80 Вольт.

Этот разряд возникает между электродами, выполненными из анализируемого материала, либо между анализируемым образцом и электродом. Температура электронной дуги при этом составляет 5000-6000°С. В такой дуге удается получить спектры почти всех химических элементов.

Но электронная дуга имеет недостатки:

1) громоздкая аппаратура

2) в некоторых случаях слишком высокая яркость спектра

3) сравнительно невысокая воспроизводимость условий возбуждения

Эти недостатки ограничивают применение дугового возбуждения в качественном и количественном анализе.

Искру получают в специальных искровых генераторах. Искра образуется так же, как и дуга, между двумя электродами, кот изготовлены из анализируемого вещества. На электроды подается напряжение пробоя. В пространстве между электродами возникает электронная искра, при которой из небольших участков поверхности электродов взрывообразно вырываются частички металлов в виде струй горячего пара.

Температура искры достигает 2000-10 000°С.

Происходит возбуждение всех элементов при искровой атомизации.

Основным достоинством искры является высокая стабильность условий разряда, следовательно и условий возбуждения, что особенно важно для проведения количественного анализа.

Лампа с полым катодом

Лампа с полым катодом представляет собой 2хэлектродную разборную лампу, которая наполнена инертным газом, аргоном или неоном, при этом давление в лампе составляет 0,1-20 мм рт. ст., т.е. инертные газы находятся в состоянии разрежения.

Эта лампа подключается к источнику стабилизированного напряжения, а также к вакуумной установке. Изобразим схематично такую лампу:

1 – цоколь лампы

2 – катод в виде стакана

3 – анод в виде трубки

4 – колба

5 – окно из стекла

6 – штуцер для вакуумирования

7 – перегородка

Принцип работы:

Пробу анализируемого вещества вносят в стаканчик катода, затем колбу и цоколь соединяют вместе. Между катодом и анодом возникает тлеющий разряд с участием частиц, поступающих с катода, и частиц инертного газа, которым заполнена колба. Положительные ионы инертного газа бомбардируют катод и анализируемую пробу, атомизируют их и возбуждают.

Полученное излучение от возбужденных атомов поступает через окно 5 на анализатор. Спектр излучения содержит линии материала катода, линии пробы и линии инертного газа.

Для замены пробы лампу разбирают, заполняют стакан катода новой пробой, снова собирают лампу, заполняют ее инертным газом и вакуумируют. Для того, чтобы лампа не нагревалась, во время работы ее охлаждают холодной водой.

Индуктивно-связанная плазма (ИСП)

Плазма – частично или полностью ионизированный газ, который образуется в результате термической ионизации атомов и молекул при высоких температурах под действием электромагнитных полей большой напряженности при облучении газа под токами заряженных частиц.

Суммарная концентрация электронов и отрицательных ионов равна концентрации положительных ионов, вследствие чего его результирующий пространственный заряд равен нулю.

Для получения ИСП используют высокочастотный генератор с рабочей частотой 27-56 МГц и с потребляемой мощностью 1-1,5 КВт с использованием специальной горелки, которая называется трехтрубчатый плазматрон.

Основные достоинства спектроскопии с ИСП:

1) возможность определения в аргоновой плазме практически всех элементов

2) возможность определять как основные элементы, так и следовые количества элементов примесей с помощью единых градуировочных графиков

3) возможность проведения многоэлементного анализа одновременно (20-40 элементов)

4) для анализа используют малые объемы пробы

5) низкие пределы обнаружения

6) хорошая атомизация метода и воспроизводимость результатов.

Недостатки:

1) полученные спектры имеют большое количество линий, которые принадлежат атомам, а также одно- и двухзарядным ионам

2) для анализа можно использовать растворы.

Анализаторы (монохроматоры)

Это устройства, предназначенные для разделения светового пучка на составляющие монохроматические компоненты.

Основными элементами анализаторов являются призмы и дифракционные решетки. В самых простых приборах применяется узкая полоса пропускания.

Основной задачей спектрального прибора является выделение характеристических спектральных линий, принадлежащих отдельным элементам, и которые входят в состав анализируемого вещества.

Устройство и принцип работы анализаторов

Дисперсионные спектральные приборы (анализаторы) состоят из трех основных частей:

1) входного коллиматора

2) диспергирующего элемента

3) выходного коллиматора с фиксирующим объективом

Принципиальная оптическая схема анализатора:

1 – источник света

2 – входная щель

3 – коллиматорный объектив

4 – призма

5 – фокусирующий объектив

6 – фокальная плоскость

Принцип работы:

Свет от источника 1 проходит через входную щель 2, в виде расходящегося пучка попадает на коллиматорный объектив 3. Пройдя объектив, лучи становятся параллельными. Эти параллельные лучи, пройдя через призму 4 распадаются на множество параллельных пучков света различной длины волны.

Как известно, показатель преломления призмы с увеличением λ уменьшается, поэтому призма отклоняет короткие волны больше, чем длинные, т.е. можно сказать, что призма диспергирует лучи света.

Фокусирующий объектив 5 собирает лучи каждой длины волны в соответствующих местах своей фокальной плоскости 6, на которой получается ряд изображений освещенного участка входной щели 2 в виде узких прямоугольников, параллельных друг другу. Эти узкие полоски и являются спектральными линиями.

В качестве диспергирующего элемента кроме призм используют дифракционные решетки, которые представляют собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (каналов, щелей, выступов), нанесенных на плоскую либо вогнутую поверхность.