Файл: Физикохимические.docx

Спектрофотометр имеет кварцевую оптику и поэтому пригоден для работы в ультра‐ фиолетовой и видимой области спектра. В областях спектра 220…350 нм ‐ применяют водо‐ родную лампу; в области 320…1100 нм ‐ лампу накаливания.

Призма 4 разлагает световой поток, и свет отражается задней серебреной плоскостью призмы. Установив призму 4 соответствующим образом, можно получить на диафрагме 5 монохроматические пучки света разных длин волн.

Монохроматический пучок пропускают сначала через растворитель (фон), на котором проводят спектрофотометрическое исследование, и при помощи электрической схемы ком‐ пенсируют начальный фототок. Исследуемым раствором и изменение фототока компенси‐ руют специальным измерительным потенциометром. Показания потенциометра характери‐ зуют поглощение исследуемого раствора.

Спектрофотометр ИКС 12

В качестве источника инфракрасных лучей используется силитовый стержень, накали‐ ваемый током 7‐8 A до 1300…1400 °С. Поток инфракрасных лучей попадает на отражающее зеркало 2 и сферическое зеркало 3, концентрирующее лучи в узкий пучок. Этот пучок инфра‐ красных лучей проходит через кювету 4, где часть лучей поглощается раствором. Затем лучи проходят через входную щель 5, ширину которой можно изменить и, отразившись от зерка‐ ла 6, попадают на разлагающую призму 7. Пройдя её, лучи отражаются от зеркала 8, проходя обратный путь через призму, отражаются от зеркала 6 и 9 и попадают на сферическое зерка‐ ло 10, которое концентрирует эти лучи на спае термоэлемента 11.
Возникающая в термоэлементе электродвижущая сила усиливается фотоэлектриче‐ ским усилителем и подаётся на записывающее устройство. Поворачивая зеркало 8, можно направлять на термоэлемент разные участки инфракрасного спектра.

На самописце получа‐ ют запись – спектрограмму.

ЭМИССИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА
1. Теоретические основы эмиссионной спектроскопии

Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на измерении длиныволныи интенсивности света, излучаемого атомами и ионами вещества в газообразном состоя‐ нии.

Испускание света атомами происходит за счёт изменение энергии атомов. Атомы мо‐ гут обладать только строго определёнными дискретными значениями внутренней энергии: E₀, Е₁, Е₂и т.д. Это означает также, что атомы не могут иметь энергию, промежуточную ме‐ жду E₁и Е₂и т.д. В невозбуждённом (нормальном) состоянии атомы обладают минималь‐ ной энергии E₀. При подведении энергии, (например при столкновении с быстролетящими электронами, энергия которых достаточна для возбуждения), атомы возбуждаются, т.е. пе‐ реходят на более высокий энергетический уровень: E₁, Е₂и т.д. Через очень короткое вре‐ мя (10^‐8 с) атом самопроизвольно возвращается в нормальное или какое‐то более низкое возбужденное состояние. Освобождающаяся при этом энергия E излучается в виде свето‐ вого кванта h
ΔЕ = h.

Частота излучения  определяется соотношением:

 = ^ΔЕ=

h

Е^* — Е

_h,

где E^*и E‐ энергия атома в возбуждённом и нормальном состояниях.

Схема энергетических состояний атома:

E₃

E₂

E₁

Энергия необходимая для перевода атома из основного состояния в возбуждённое состояние, называет‐ ся энергией возбуждения, а энергия, необходимая для ионизации ‐ энергией ионизации E_и.
Интенсивность спектральных линий I, в определённых условиях, определяется выра‐ жением:

I =  · c,

где  ‐ коэффициент пропорциональности; c‐ концентрация элемента в пробе.

Коэффициент α зависит от параметров разряда, условий поступления вещества в плаз‐ му и констант, характеризующих возбуждение и последующие переходы. Если условия раз‐ ряда не меняются при изменении концентрации, то коэффициент  остаётся постоянным и уравнение I= ·cвыполняется достаточно хорошо. Однако не все кванты, испускаемые воз‐ буждёнными частицами, достигает приемника света. Квант света может быть поглощён не‐ возбуждённым атомом (самопоглощение). Самопоглощение учитывается в уравнении Лома‐ кина:

I = a · c^b,

где а зависит от режима работы источника возбуждения, его стабильности, температуры и т.д.; b ‐ коэффициент самопоглощения, учитывающий поглощение квантов света невозбуж‐ дёнными атомами.

В логарифмической форме:

lgI = lga + b · lgc. (4.1.1)

Линейная зависимость lgIот lgcочень удобна для построения градуировочного гра‐ фика. Уравнение (4.1.1) является основой количественного спектрального анализа.

Методы ЭСА (эмиссионного спектрального анализа), используются во многих областях науки и техники и в различных отраслях народного хозяйства. Этим методом выполняется значительная часть анализов в метал‐ лургической промышленности. Существенную роль играет спектральный анализ природных и сточных вод, почвы, атмосферы и других объектов окружающей среды.

Преимущества эмиссионного спектрального анализа:

низкий предел обнаружения;
высокая точность;
быстрота выполнения анализов;
универсальность.

Средний предел обнаружения методами эмиссионной спектроскопии составляет

10^‐5…10^‐7%. Погрешность определения ± 1…2%.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 22

Основные узлы приборов для эмиссионного спектрального анализа

Прибор для проведения спектрального анализа имеет следующие основные узлы:

источниквозбуждения;
диспергирующийэлемент;
приёмник света.

Кроме основных узлов в любом спектральном приборе есть оптическая система, предназначенная для получения параллельного пучка света, его фокусировки, изменение хода лучей и т.д.
В источнике возбуждения вещество атомизируется и возбуждённые атомы или ионы испускают свет, который диспергирующим элементом разделяется в пространстве на от‐ дельные составляющие, а приёмник света их фиксирует.

Источник возбуждения (ИВ) переводит пробу (из конденсированной фазы) в парооб‐ разную фазу и возбуждает вещество в этой фазе. Наибольшее применение в качестве источ‐ ника возбуждения получили пламя, дуга и искра.

К источнику возбуждения часто относят и устройство для введения анализируемой пробы. Вид и конструкция, которой зависят от характера, агрегатного состояния и физиче‐ ских свойств пробы. Анализируемые металлические образцы в электрических источниках возбуждения обычно служат электродами разрядного промежутка. Растворы вводят в ис‐ точник возбуждения с помощью распылителя, порошкообразные пробы ‐ с помощью специ‐ альных устройств или при использовании угольных электродов, в которых высверливается канал для набивки порошкообразной пробы. Принимают также брикетирование анализи‐ руемого порошка с добавкой металлов, их оксидов и графита. Изготовленный брикет затем становится электродом.

Пламя (даёт достаточно яркий и стабильный спектр). Пламя обычной газовой го‐ релки имеет температуру примерно 900°С. Смесь Н₂ с воздухом даёт 2100 °С, Н₂ с О₂‐ 2800 °С.