II.9.1. Классификация спектральных приборов

Спектральные приборы можно классифицировать с нескольких точек зрения. По способу регистрации можно выделить спектрографы, спектрометры и спектроскопы или стилоскопы, по используемым диспергирующим элементам - призменные и дифракционные. По рабочей области спектра можно назвать вакуумные и невакуумные, приборы с кварцевой оптикой и со стеклянной оптикой. По способу регистрации спектра спектрометры разделяются на сканирующие и спектрометры с фиксированными щелями. По возможному кругу решаемых задач можно выделить спектральные приборы для исследовательских и производственных целей, для однотипных или различных задач и, наконец, спектральные приборы для специальных задач.

Призменные приборы распространены много меньше, чем дифракционные. В призменных приборах обычно применяют кварцевую и реже (главным образом для получения спектра в области вакуумного ультрафиолета) флюоритовую оптику. Для работы с видимой частью спектра возможно применение стеклянной оптики.

Спектрометры, работающие на воздухе, пригодны для использования вплоть до 200 нм. Вакуумные приборы применимы в области длин волн до 160 нм, что наиболее подходит для определения неметаллов.

В сканирующих спектрометрах один из фотоэлектрических приемников света установлен в фиксированном положении и измеряет интенсивность линии элемента сравнения. Другой перемещается вдоль спектра и измеряет интенсивность спектральных линий, заданных аналитической программой. Приборы предусматривают возможность получения относительных (по отношению к элементу сравнения) интенсивностей спектральных линий. В приборах с фиксированными приемниками света каждая линия измеряется отдельной фотоэлектрической ячейкой, установленной в фиксированном положении или имеющем ограниченную подвижность для целей юстировки.

Приборы для исследовательских целей сконструированы так, чтобы можно было легко и почти без ограничений изменять программу. Спектрометры с фиксированной программой, предназначенные для производства, пригодны только для решения определенных аналитических задач.

В группу специальных приборов включают все устройства, основанные на особых принципах, например, на использовании телевизионной камеры и измерении с ее помощью интенсивности света для специфических задач химического анализа или спектральных исследований. Спектрометры с интерферометром пригодны для прямого измерения интенсивностей спектра с высоким разрешением. С помощью таких приборов можно, в частности, исследовать форму контура спектральных линий.

II.9.2. Подготовка образцов для спектрального анализа

Анализ начинается с подготовки пробы. Не касаясь этапа пробоотбора, цель которого - предоставить для анализа необходимое количество образца, отражающего состав исследуемого объекта, остановимся на методах подготовки образца именно к спектральному анализу в зависимости от его агрегатного состояния и физико-химических свойств.

Твердые токопроводящие образцы (металлы и сплавы) можно анализировать непосредственно (если позволяет их размер), используя их в качестве одного из электродов. Если образец очень большой, то отбирается его часть в виде небольших кусочков или стружки и помещается в канал угольного электрода. Минералы, шлаки, руды и другие непроводящие или плохо проводящие ток вещества размещают в канале угольного электрода. Предварительно такие образцы растирают и перемешивают в агатовых ступках для получения однородного мелкодисперсного порошка. Величина навески порошкообразных проб обычно составляет около 20 мг.

При анализе органических веществ их, как правило, предварительно минерализуют путем «сухого» или «мокрого» озоления. Зольный остаток истирают и перемешивают. При анализе растворов необходимый объем отмеряют с помощью микропипетки, наносят на торец или в лунку угольного электрода и высушивают. Спектр полученного «сухого остатка» пробы возбуждается в источнике света. В тех случаях, когда требуется обнаружить очень малые содержания примесей, раствор предварительно упаривают.

В соответствии со способом подготовки образца выбирают форму нижних угольных электродов. Это могут быть электроды либо с плоским торцом, либо с кратером различной глубины для сыпучих материалов. Верхний электрод - обычно угольный, конусообразный.

При использовании в качестве источника возбуждения пламени или индуктивно-связанной плазмы образец должен быть переведен в раствор. Общие принципы подготовки образцов при этом аналогичны используемым в атомно-абсорбционном анализе и рассмотрены в разделе III. 9.

Для правильного спектрального анализа важен выбор источника возбуждения спектра, типа спектрального прибора, условий проведения анализа (сила тока, экспозиция, навеска). При анализе металлов и сплавов обычно применяют искровые генераторы. Порошковые пробы возбуждают в дуговом разряде. Анализ растворов удобнее проводить с использованием пламени или ИСП. Окончательный выбор источника возбуждения спектра обусловлен физико-химическими свойствами определяемых элементов. Трудновозбуждаемые элементы предпочтительнее анализировать с использованием искры, легковозбуждаемые - пламени, труднолетучие - дуги постоянного тока, помещая образец на анод.

Выбор спектрального прибора зависит как от состава проб, так и от области, в которой находятся аналитические линии анализируемых элементов. Определение щелочных и щелочноземельных элементов удобнее всего производить путем распыления анализируемого раствора в пламя на пламенных фотометрах. Поскольку наиболее чувствительные линии большинства остальных металлов находятся в области 250 - 450 нм, для их определения используют кварцевые спектрографы средней дисперсии. При анализе сложных проб, основные компоненты которых дают многолинейчатый спектр (Zr, W, Mo, редкоземельные элементы), используют дифракционные приборы большой дисперсии. Если аналитические линии определяемых элементов расположены в видимой области спектра, возможно использование спектральных приборов со стеклянной оптикой.