- •Введение
- •Классификация методов анализа
- •Метрология анализа
- •Химические (классические) методы количественного анализа
- •Семинар 2. Физико-химические методы анализа. Атомная спектроскопия. Масс-спектрометрия. Ямр и эпр.
- •2.1. Обзор спектроскопических методов
- •2.2. Атомная спектроскопия
- •2.2.1. Атомно-эмиссионный спектральный анализ
- •Эмиссионная фотометрия пламени -
- •2.2.2. Атомно-абсорбционный спектральный анализ
- •2.3. Масс-спектрометрия
- •2.4. Радиоспектроскопия
- •2.4.1. Ядерный магнитный резонанс (ямр)
- •2.4.2. Электронный парамагнитный резонанс (эпр)
- •Семинар 3. Молекулярная спектроскопия.
- •3.1. Уф и видимая спектрофотометрия
- •3.2. Колебательная спектроскопия (ик и кр).
- •3.3. Люминесцентная спектроскопия
- •Семинар 4. Коллоидная химия.
- •4.1. Предмет коллоидной химии
- •4.2.Классификация дисперсных систем.
- •4.3. Роль поверхностных сил в дисперсных системах.
- •4.3.1. Смачивание
- •4.3.2. Капиллярная конденсация
- •4.4. Свойства коллоидных растворов
- •4.4.1. Оптические свойства
- •4.4.2. Электрические свойства
- •4.4.4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •4.5. Устойчивость коллоидных растворов
- •4.6. Коллоиды почвы.
- •4.7. Методы получения и очистки дисперсных систем
- •4.8. Пористые тела
- •4.9.Гели
- •4.9. Эмульсии
- •4.10. Пены
- •5. Методы очистки и разделения
- •5.1. Экстракция.
- •5.2. Ионный обмен
- •5.3. Сорбция
- •5.4. Осаждение и соосаждение
- •6. Электрохимические методы анализа
- •6.1. Кулонометрия
- •6.2. Потенциометрия
- •6.3. Вольтамперометрия (полярография).
- •6.4. Кондуктометрия
- •7. Хроматография
- •7.1. Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •7.2. Классификация на основе элементарного акта.
- •7.3. Классификация по способу проведения процесса
- •7.4. Аппаратурное оформление хроматографических процессов
- •8. Обзор методов анализа окружающей среды.
- •8.1. Атмосфера
- •8.2. Природные и сточные воды.
- •8.3. Почвы
2.2. Атомная спектроскопия
Методы атомной спектроскопии позволяют определить элементный состав исследуемой пробы (набор присутствующих атомов) по спектрам поглощения или испускания света возбужденными атомами в оптическом и рентгеновском диапазоне. Атомные спектры наблюдаются в виде ярких цветных линий и возникают в результате переходов электронов с одного энергетического уровня на другие (рис.2.1); число уровней в отдельных атомах невелико и поэтому эти спектры дискретные, то-есть состоят из узких отдельных линий. Простейший атомный спектр наблюдается у атома водорода, он имеет наборы линий, называемые сериями: серия Лаймана в УФ-диапазоне, серия Бальмера в видимом диапазоне, серии Пашена, Брэкета, Пфунда и Хэмфри в ИК-диапазоне. Частоты линий спектра водорода можно рассчитать по разностям энергий соответствующих энергетических уровней. У других элементов может быть большее число спектральных линий, но они также узкие; каждый элемент характеризуется собственным набором линий.
Если анализируемая проба содержит ряд элементов, частоты всех линий можно измерить и сравнить с помощью ЭВМ со спектрами отдельных элементов, приводимых в справочниках. Таким образом осуществляется качественный анализ, а количественный основан на измерении интенсивности линий, которая прпопорциональна количеству находящегося в пробе элемента.
Поскольку энергетические уровни валентных электронов свободных атомов и атомов, входящих в состав молекул, заметно различаются, для получения атомных спектров необходима предварительная атомизация (деструкция) пробы, то-есть перевод ее в газообразное атомарное состояние.
2.2.1. Атомно-эмиссионный спектральный анализ
Пробу исследуемого вещества нагревают плазмой, электрической дугой или разрядом, в результате чего молекулы диссоциируют на атомы, которые частично переходят в возбужденное состояние, время жизни которого порядка 10-7-10-8 с, затем самопроизвольно возвращаются в нормальное состояние, испуская кванты света, дающие дискретный спектр испускания (эмиссии). Измерение частот испускаемых линий в спектре испускания и сравнение со спектрами отдельных элементов справочников позволяет определить, какие элементы содержатся в исследуемом образце. Количественный анализ основан на измерении интенсивностей отдельных линий спектра, так как интенсивность излучения растет с увеличением концентрации элемента. Необходима предварительная калибровка. Метод очень чувствителен.
Основные части атомного спектрографа изображены на блок-схеме
|
Источник возбуждения |
Дисперсионный элемент |
Рецептор |
Источником возбуждения может быть электрическая искра, дуга, аргоновая плазма или пламя. Температура электрической дуги 3000-7000О С, искры - 6000-12000ОС, плазмы - 6000-10000ОС. Температура пламени ниже - от 1500 до 3000ОС, поэтому в пламени атомизируются соединения не всех, а только некоторых элементов (щелочных, и др.). Дисперсионный элемент, разлагающий излучение в спектр - призма или дифракционная решетка. В качестве рецептора используется фотопластинка или фотоэлемент.
Этим методом можно определить более 80 элементов; чувствительность изменяется от 0,01% ( Hg, U) до 10-5% (Na, B, Bi).