Электрическая дуга и искровой разряд
Используется электрическая дуга между угольными или металлическими электродами. На практике чаще используются угольные электроды. Температура в межэлектродном пространстве от 50000 (медные электроды) до 70000 (угольные электроды). Анализ проводится следующим образом
На рис. 2.1 представлена зависимость (логарифмическая) интенсивности излучения от концентрации измеряемого элемента. Как правило, спектры излучения фиксируются на фотопластинках и интенсивность излучения определяется по почернению пластинки.
Проба в виде порошка помещается в торцовое углубление нижнего электрода (анод). Торец анода нагревается до 3500 градусов, проба испаряется и в межэлектродном пространстве ионизируется (атомы возбуждаются). В угольной дуге постоянного тока возбуждаются спектры почти всех элементов, за исключением некоторых газов и неметаллов. Форма угольных электродов представлена на рис. 2.2. В углубление нижнего электрода в виде порошка засыпается исследуемая проба. Порошковая проба может вдуваться воздухом в пламя дуги, в пламя дуги может вводится проба и в виде раствора.
Искровой и импульсные электрические разряды в качестве источников возбуждения используются для исследования металлов и сплавов - более высокая температура в области разряда, чем при электрической дуге.
Оптические квантовые генераторы (ОКГ)
В качестве источника испарения используются лазеры. В основном они используются для локального спектрального анализа. Лазерный пучок фокусируется на исследуемое зерно в породе с помощью микроскопа. В момент вспышки ОКГ происходит испарение вещества и пары попадают в промежуток между электродами, к которым приложено напряжение импульсного генератора, возникает яркий электрический разряд, свечение которого направляется в спектрограф.
Пламя
В качестве источников возбуждения используется пламя. Пламя горелки (пропановой, водородной, ацетиленовой) используется при анализе по фотометрии пламени - рассмотрим в лекции по фотометрии пламени. В последние годы широко используется в качестве источника возбуждения индуцированно-связанная плазма, которая позволяет получать высокие температуры в области пламени, что позволяет ионизировать и возбуждать широкий круг элементов.
Спектральные аппараты
Разложение излучения источников света в спектр производится с помощью спектральных аппаратов, главными элементами которых являются преломляющая призма, дифракционная решетка или интерференционное устройство. Ими определяются основные параметры приборов (дисперсия, разрешающая способность) и их классификация.
Призменные приборы
Действие призмы основано на зависимости показателя преломления от длины волны - дисперсия материала. Призмы изготовляются из разных материалов - кварц, стекло, фтористый литий, хлористый натрий и др. для работы в различных областях спектра
Кварцевые спектрографы средней дисперсии - ИСП-22, ИСП-28, ИСП-30. В видимой области спектра - стеклянные спектрографы ИСП-51. Оптическая схема спектрограмма с призмой представлена на рис. 2.3.
Дифракционные решетки
Для спектрального анализа используются главным образом отражательные дифракционные решетки (рис. 2.4), представляющие собой металлическое зеркало с большим коэффициентом отражения, на котором резцом нанесены штрихи определенного профиля (600-1200 шт/мм). На каждом из штрихов происходит дифракция отраженных световых пучков и лучи, диафрагмированные на соседних штрихах, интерферируют и дают ряд максимумом в направлениях, для которых разность хода составляет целое число длин волн (спектрографы ДФС-13, ДФС-8, ДФС-10 М - квантометр).
Регистрация спектров
Визуальный способ
Измерение интенсивности спектральных линий может осуществляться визуальным, фотографическим и фотоэлектрическим способами. Визуальную регистрацию используют при качественном и полуколичественном анализе преимущественно при исследовании металлов и сплавов. Преимущества этого метода - простота и экспрессность, недостатки - высокая погрешность.
Фотографический способ
Фотографический способ регистрации спектров применяется наиболее широко. Достоинства способа - простота аппаратуры, документальность, одновременность регистрации нескольких спектров, низкие пределы обнаружения многих элементов, информативность (определение до 70 элементов в одной пробе).
Спектр регистрируется на специальных фотопластинках. Степень почернения линии спектра на фотопластинке пропорциональна содержанию элемента.
Фотоэлектрический способ
Световой поток нужной аналитической линии отделяется от остального спектра с помощью монохроматора и преобразуется в электрический сигнал. Величина электрического сигнала пропорциональна содержанию элемента. В качестве регистраторов используются фотоэлементы или фотоумножители (ФЭУ).
Способы обработки спектра