4.3 Аппаратура в атомно-эмиссионном анализе

Принципиальная схема атомно-эмиссионного спектрометра приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Принципиальная схема атомно-эмиссионного

спектрометра

В отличие от рассмотренных ранее схем абсорбционных спектрометров, здесь, естественно, отсутствует внешний источник излучения. Другая особенность - возмож­ное использование вместо монохроматора полихроматора — устройства, обеспечивающ­его возможность одновременной регистрации множества спектральных линий и — как следствие — возможность проведения экспрессного многоэлементного анализа. В качестве монохроматоров и полихроматоров обычно применяются призмы или дифрак­ционные решетки. При использовании их как монохроматоров на выходе имеется щель, выделяющая узкую спектральную область; у полихроматоров такая щель отсутствует. При пламенной атомизации ввиду малого числа наблюдаемых в этих условиях эмис­сионных линий возможно и использование монохроматоров низкого разрешения — светофильтров.

В качестве детекторов в случае, если используются монохроматоры, применяют фотоэлектрические преобразователи тех же типов, что и в других оптических методах анализа (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фотодиоды). При использова­нии полихроматоров применяют набор таких детекторов, обычно фотодиодов ("диод­ная линейка"). Однако в этом случае используют и другие способы регистрации. Наиболее распространенный из них — фотографический (фотохимический), при кото­ром эмиссионный спектр фотографируют на фотопластинку. Интенсивность спектраль­ной линии в этом случае находят, измеряя почернение (оптическую плотность) изобра­жения линии на фотопластинке. Для массовых полуколичественных анализов применяют и приборы с визуальной индикацией (стилоскопы).[Гар95]

Рассмотрим принципиальную схему пламенного фотометра. Эмиссионный пламенный фотометр состоит из трёх основных узлов: распылителя и горелки, светофильтра или монохроматора и измерительного устройства; принципиальная схема прибора показана на рисунке 4.2.

Анализируемый раствор 1 превращают в аэрозоль при помощи распылителя 2 (работающего под действием сжатого воздуха или кислорода) и вводят в пламя 3 горючей смеси воздуха или кислорода с водородом (иногда с каким-нибудь углеводородом: ацетиленом, пропаном, бутаном). Точность и чувствительность пламенно-фотометрических определений в значительной степени зависят от степени распыления раствора и работы горелки. Светофильтр (или монохроматор) 4 выделяет из спектра определённую спектральную линию, используемую для измерения. Фотоэлемент 5 (или фотоумножитель), а также гальванометр 6 служат для измерения интенсивности спектральной линии.

1 – анализируемый раствор; 2 – распылитель;3 – пламя горелки; 4 – светофильтр (или монохроматор); 5 – фотоэлемент; 6 – гальвонометр

Рисунок 4.2. Схема эмиссионного пламенного фотометра.

Большое значение в этом методе имеет температура пламени. При сжигании смесей воздуха с пропаном или бутаном достигается температура 1700...1900 °С и возбуждаются только атомы щелочных металлов. Для определения щёлочноземельных металлов необходимо пламя смеси воздуха с ацетиленом, дающее температуру около 2300 °С. Универсальным считают пламя смеси кислорода с водородом (2500 °С) или с ацетиленом (3150 °С).

В лабораторной практике используют как пламенные фотометры со светофильтрами, так и спектрофотометры для пламенной фотометрии.

Пламенные фотометры со светофильтрами служат главным образом для определения в растворах калия, натрия, кальция и иногда лития, т.е. для анализа объектов простого состава. Работают они обычно на низкотемпературном пламени смесей горючих газов с воздухом; распылители их снабжены специальными камерами для удержания крупных капелек аэрозоля, не испаряющихся в пламени. В нашей стране выпускаются пламенные фотометры марок ФПФ-58, ФПЛ-1, ПФМ, ФЛАФО-4 .

Спектрофотометры для пламенной фотометрии более чувствительны и обеспечивают высокую монохроматизацию излучения. Они снабжены специальными горелками для сжигания смесей горючих газов с кислородом, причём газы смешиваются у выхода из сопла, анализируемый раствор впрыскивается непосредственно в пламя. Примером спектрофотометра для пламенной фотометрии может служить прибор ПАЖ-1.[Яку09]