Глава 2. Атомно-абсорбционный анализ

Конечной целью атомно-абсорбционного анализа является определение количественного содержания заданного химического элемента в некотором химически сложном продукте или их совокупности (смеси).

Такое определение осуществляют по спектрам поглощения (абсорбции) электромагнитного излучения (света) атомами определяемого химического элемента, который предварительно выводится в объем измерительной ячейки(кюветы) за счет термического распада и испарения исходного вещества (атомизация) или его раствора в специальных растворителях.

В результате атомизации определяемый элемент переходит в газообразную форму (пары), распределяется по объему измерительной ячейки и поглощает излучение, проходящее через ячейку. Как видно из предыдущих разделов (см., например, формулы (25 – 27), степень поглощения излучения однозначно связана с концентрацией атомов определяемого элемента.

В зависимости от способов измерения поглощения излучения существуют различные методы реализации атомно-абсорбционного анализа.

2.1 Методы измерения поглощения

Методы измерения поглощения основываются на определении одной из следующих величин:

1) интегральный коэффициент поглощения резонансной линии;

2) полная энергия, поглощаемая резонансной линией из непрерывного спектра;

3) относительная величина поглощения света от источника с линейчатым спектром — «линейная» абсорбция.

Первый метод основан на измерении коэффициента поглощения для данной резонансной линии как функции частоты. С точки зрения классической электродинамики интегральный коэффициент поглощения определяется формулой (27).

Таким образом, независимо от условий эксперимента и причин, обусловливающих ту или иную форму контура линии поглощения, интегральный коэффициент поглощения непосредственно связан только с произведением n∙f. В том случае, когда одна из этих величин известна (например, сила осциллятора f), предоставляется возможность измерения другой величины (концентрации атомов элемента n).

Схема измерений заключается в следующем. В качестве источника света применяется лампа с известным спектральным распределением энергии излучения, обычно обладающая непрерывным спектром. Измеряя интенсивность прошедшего через поглощающий слой света, вычисляют и затем представляют графически коэффициент поглощения как функцию частоты.

После этого находят интеграл (27), соответствующий площади, заключенной между кривой и осью абсцисс.

Использование данного метода связано с большими техническими трудностями из-за того, что большинство резонансных линий при не очень высоких температурах и давлениях постороннего газа имеет малую ширину. Для того чтобы получить истинное распределение коэффициента поглощения по частотам, необходимо работать с приборами большой разрешающей способности.

Второй из указанных выше методов состоит в измерении полной энергии, поглощаемой резонансной линией из непрерывного спектра, отнесенной к интенсивности падающего излучения. Преимущество данного метода состоит в том, что величина полного поглощения в значительных пределах не зависит от разрешения спектрального прибора и легко может проводиться на обычных спектрографах.

При малых оптических плотностях метод полного поглощения оказывается равнозначным методу интегрального коэффициента поглощения, поскольку величина поглощенной энергии пропорциональна n∙f.

Для очень больших оптических плотностей центральная часть линии оказывается поглощенной полностью и дальнейшее поглощение при росте концентрации атомов в абсорбционном слое происходит за счет крыльев линии. Распределение коэффициента поглощения в крыльях имеет дисперсионный характер и поглощенная энергия оказывается пропорциональной .

В переходной области зависимость поглощенной энергии от n∙f не может быть выражена аналитически и определяется путем численного интегрирования. Кривые, связывающие энергию полного поглощения и концентрацию атомов, во всем интервале оптических плотностей носят название «кривых роста».

Последний из упомянутых выше методов измерения поглощения — метод «линейной» абсорбции — заключается в измерении относительной величины поглощения света от линейчатого источника, которая также связана с произведением n∙f.