Пламенная эмиссионная спектроскопия. Основные законы и формулы.

Основные законы и формулы

Эмиссионный спектральный анализ.

Эмиссионный спектральный анализ основан на получении и изучении спектров испускания (эмиссионных спектров). По положению и относительной интенсивности отдельных линий в этих спектрах проводят качественный спектральный анализ. Сравнивая интенсивность специально выбранных спектральных линий в спектре пробы с интенсивностью тех же линий в спектрах эталонов, определяют содержание элемента, выполняя, таким образом, количественный спектральный анализ.

Качественный спектральный анализ основан на индивидуальности эмиссионных спектров каждого элемента и сводится, как правило, к определению длин волн линий в спектре и установлению принадлежности этих линий тому или иному элементу. Расшифровка спектров осуществляется либо на стилоскопе (визуально), либо, чаще всего, на спектропроекторе или микроскопе после фотографирования спектров на фотопластинку.

Количественный спектральный анализ основан на том, что интенсивность спектральных линий элемента зависит от концентрации этого элемента в пробе. Зависимость интенсивности спектральной линии от концентрации имеет сложный характер. В некотором интервале концентраций при постоянстве условий возбуждения эта зависимость выражается эмпирическим уравнением Б.Б. Ломакина:

I = a c^b,

где I - интенсивность спектральной линии; а - постоянная, объединяющая свойства линии (искровая, дуговая линия, узкая, широкая), условия возбуждения (скорость испарения, скорость диффузии) и другие факторы; с - концентрация элемента в пробе; b - коэффициент самопоглощения.

Наиболее широко распространенными приборами в эмиссионном спектральном анализе являются кварцевые спектрографы ИСП различных модификаций. В приборах для визуального спектрального анализа - стилоскопы и стилометры. В фотоэлектрических методах используют квантометры различных модификаций

Появление специализированных пламенных эмиссионных спектрометров привело к обособлению методов фотометрии пламени и придало ему известную самостоятельность.

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

Количественные определения проводят методом калибровочного графика и методом добавок по формуле:

с_х = с_доб I_x / ( I_х+доб – I_х),

где с_х – концентрация определяемого элемента; I_x и I_х+доб – показания прибора при фотометрировании исследуемого раствора без добавок и с добавкой стандартного раствора определяемого элемента.

Методами эмиссионного спектрального анализа выполняется значительная часть анализов в металлургической промышленности. Анализируется исходное сырье и готовая продукция. Существенную роль этот метод играет для анализа природных и сточных вод, почвы, атмосферы и других объектов окружающей среды, а также в медицине, биологии.

Средний предел обнаружения методами эмиссионной спектроскопии составляет от 10^-3...10^-4% до 10^-5%. Погрешность определения характеризуется в среднем 1-2%.

1.2.3. Решение типовых задач по теме «Эмиссионный спектральный анализ и пламенная эмиссионная спектроскопия»

Задача. Определите содержание Са²⁺ в растворе (в мкг/см³), если при фотометрировании пламени этого раствора методом добавок получены следующие результаты при добавках стандарта х=10 мкг/см³.

Решение.

Строим калибровочный график пламенно - фотометрического определения Са²⁺ таким образом, чтобы раствор без добавки приравнивался к нулевой концентрации. Отрезок на оси абсцисс, отсекаемый прямой, дает С_х = 5 мкг/см³.

Ответ: Содержание Са²⁺ в растворе равняется 5 мкг/см³.