- •Кафедра энергетики и электроники атомно-абсорбционная спектрометрия
- •От составителей
- •Введение
- •Цель работы
- •Глава 1. Основы спектрального анализА
- •1.1 Характеристики излучения
- •1.2 Оптические характеристики вещества
- •1.3 Поглощение и излучение спектральных линий
- •1.4 Вероятности переходов
- •1.5 Уширение спектральных линий.
- •1.6 Коэффициент поглощения и испускания в спектральной линии
- •1. 7 Спектральные приборы
- •Глава 2. Атомно-абсорбционный анализ
- •2.1 Методы измерения поглощения
- •2.2 Схема атомного-абсорбционного метода Уолша
- •2.3 Оборудование атомно-абсорбционного анализа
- •Глава 3. Атомно – абсорбционный спектрометр мга – 915
- •3.1 Принцип действия и физические основы спектрометра
- •3.2 Функциональная схема спектрометра
- •3.3 Конструкция спектрометра
- •3.4 Порядок работы со спектрометром
- •3.4.1 Расположение органов управления и их назначение
- •Установка спектрометра «мга-915» на рабочем месте
- •3.4.3 Установка и смена графитовой кюветы
- •3.4.4 Установка спектральных источников излучения
- •3.4.5 Включение и настройка спектрометра
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Контрольные вопросы
3.2 Функциональная схема спектрометра
Спектрометр «МГА-915» (рис. 13) состоит из источников резонансного излучения 1 (лампы с полым катодом или ВЧ-лампы), помещенных в барабан револьверной системы, используемой для автоматической смены источников спектрального излучения; объектива 2, поворотного зеркала 3, поляризатора 4, оптоакустического модулятора 5, наклонной кварцевой пластинки 6, фазовой пластинки 7, объективов 8 и 10, магнита 9, графитовой кюветы 11, поляризационного компенсатора 12, входной щели монохроматора 13, зеркальной сферической дифракционной решетки 14, выходной щели монохроматора 15, фотоэлектронного умножителя 16, усилителей и аналого-цифровых преобразователей 17. Спектрометр управляется компьютером 18.
В спектрометре «МГА-915» используется следующее пространственное расположение оптических элементов (Рис.13):
● излучение распространяется вдоль оси, которая перпендикулярна направлению силовых линий магнитного поля магнита 9;
● длинная ось оптоакустического модулятора 5 параллельна направлению силовых линий магнитного поля магнита 9;
● оси поляризатора 4 и фазовой пластинки λ/4 (7) повернуты в плоскости, перпендикулярной оптической оси, на угол 45°;
● пластинка 6 повернута в плоскости, перпендикулярной оптической оси, на угол 45° и наклонена к оптической оси на угол около 60°.
Р езонансное излучение от источника проходит через поляризационную оптическую систему, графитовую кювету, представляющую собой трубчатую печь, покрытую слоем пиролитического графита (длина печи - 28 мм, внутренний диаметр - 6 мм, внешний - 8 мм). Кювета расположена в воздушном зазоре между полюсниками магнита, причем линии магнитной индукции последнего перпендикулярны оптической оси.
Излучение, прошедшее через графитовую кювету, с помощью объектива фокусируется на входной щели монохроматора, который выделяет спектральный интервал, содержащий используемую резонансную линию определяемого элемента.
В монохроматоре спектрометра используется сферическая дифракционная решетка 1800 штрихов/мм с фокусным расстоянием 65 мм.
Применение приведенной выше оптической системы позволяет на частоте оптоакустического модулятора 50 кГц сформировать излучение с двумя ортогональными поляризациями, одна из которых поглощается определяемыми атомами, а для второй атомное поглощение практически отсутствует. В то же время неселективное поглощение для обеих поляризаций одинаково.
Следовательно, на частоте 50 кГц возникает сигнал S1, пропорциональный в некотором диапазоне количеству введенных в атомизатор атомов и интенсивности резонансного излучения. Для устранения зависимости величины сигнала S1 от интенсивности излучения в оптическую схему спектрометра введена наклонная пластинка 6, позволяющая сформировать на второй гармонике оптоакустического модулятора 5 (100 кГц) сигнал S2, пропорциональный интенсивности резонансного излучения. Аналитический интегральный абсорбционный сигнал S определяется следующим образом:
, (31)
где b - нормировочная константа, определяемая при атомизации образца с таким содержанием определяемого металла, чтобы измеренное значение находилось между серединой и верхней частью градуировочной зависимости:
b = S1(to)/ΔS2(to). (32)
Здесь ΔS2(t) = S2(0) – S2(t0) - величина изменения сигнала на частоте второй гармоники в момент t0, соответствующий попаданию величины относительного изменения S2 в диапазон:
ΔS2(to)/S2(to) = 0,1−0,2. (33)
В выражении (31) е = e0 exp(-α(t)) - величина неселективного излучения, детектируемого ФЭУ. При выводе выражения (31) предполагалось, что коэффициент неселективного поглощения α приблизительно одинаков для резонансного и рассеянного излучения.
В качестве аналитического сигнала регистрируется величина интегрального сигнала (31). Форма соответствующего импульса атомизации отображается на дисплее компьютера. Там же отображается сигнал неселективного поглощения, величина S, а также вычисление с помощью предварительно установленной градуировочной зависимости абсолютные (в пг) и относительные (в мкг/дм3) содержания определяемого элемента.
Переход от измерения концентрации одного элемента к другому производится по команде с компьютера. В револьвере может находится одновременно шесть источников спектрального излучения. Монохроматор перестраивается на соответствующую данному элементу длину волны, определенную на основе предварительно зарегистрированного спектра. Параметры атомизации автоматически устанавливаются с помощью компьютера в соответствии с данными, находящимися в пакете для данного элемента.
Температура атомизатора во время атомизации поддерживается постоянной в соответствии с температурой заданной в программе. Для управления температурой используется сигнал от фотодиода, который регистрирует излучение внешней стенки графитовой печи.