1.2.4. Оптические диспергирующие системы.

В атомно-абсорбционной спектрометрии роль монохроматора заключается в отсечении лишних линий испускания лампы с полым катодом, молекулярных полос и постороннего внешнего излучения. Использование светофильтров в атомно-абсорбционной спектрометрии невозможно, так как у них слишком широкие спектральные полосы пропускания.

Большинство оптических диспергирующих систем, используемых в атомно-абсорбционной спектрометрии, предназначено для одноэлементного определения. Для выбора линий в них используют монохроматор на основе вращающейся плоской решетки. Плоская дифракционная решетка состоит из периодических штрихов или линий на плоской поверхности. Эти штрихи или линии налагают периодическое изменение на амплитуду и фазу падающей волны. Каждый штрих действует как узкое зеркало, переизлучающее свет. Когда параллельный луч падает на плоскую решетку (рис. 1.2.9) под углом , то для вычисления угла дифрагированного луча  при данной монохроматической длине волны  используют уравнение решетки:

sin  - sin  = kn

где k – положительное или отрицательное целое число, называемое порядком, n – плотность штрихов.

Рис. 1.2.9. Принцип действия плоской дифракционной решетки: расстояние между двумя последовательными штрихами АВ = а; это расстояние связано с плотностью штрихов n соотношением n = 1/а; нормаль (перпендикуляр) к поверхности штриха образует угол  с нормалью к поверхности решетки; на штрихи решетки под углом  к ее нормали падает параллельный луч (показан зеленым цветом); свет отражается от поверхности штриха так, что угол между направлением отраженного луча и нормалью к поверхности решетки равен .

Многочисленные отраженные лучи (показаны зеленым цветом) интерферируют и создают явление дифракции. Все лучи будут усилены, когда разность хода приведет к конструктивной интерференции, т.е. когда разность хода равна целому числу длин волны .

Обычно используют дифракционные решетки, содержащие 1200-1800 штрихов на миллиметр. Полезный спектральный диапазон составляет 180-860 нм. Обратная линейная дисперсия составляет от 0,1 до 2 нм/мм.

Оптические системы атомно-абсорбционного спектрометра могут быть как однолучевыми (рис. 1.2.10 а), так и двулучевыми (рис. 1.2.10 б). В двулу

Рис. 1.2.10. Однолучевая (а) и двулучевая (б) оптические системы: 1 – источник первичного излучения; 2 - атомизатор; 3 – диспергирующая система; 4 – полупрозрачное зеркало; 5 – вращающийся диск.

чевых системах луч от источника первичного излучения разделяют. Одна часть луча проходит через атомизатор, а вторая часть поступает непосредственно на вход диспергирующией системы. Перед входом в диспергирующую систему оба луча вновь объединяются. Двухлучевое устройство предназаначено для компенсации любого дрейфа, возникающего в первичном источнике излучения. Однако двух лучевая система не компенсирует изменение формы линии, испускаемой источником первичного излучения, и дрейф в атомизаторе. Отношение сигнал/шум в двулучевой системе больше, чем в однолучевой.

1.2.5. Приемник и регистрация аналитического сигнала.

В монохроматорах применяют фотоэлектронные умножители, а в полихроматорах – новые твердотельные детекторы, которые состоят из набора фотодиодов. В пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии получается постоянный в течение нескольких секунд сигнал. В атомно-абсорбционной спектрометрии с графитовой печью получается нестационарный сигнал в форме пика (рис. 1.2.11).

Рис. 1.2.11. Изменение атомно-абсорбционного сигнала в ходе атомизации пробы в графитовой печи.

Современные атомно-абсорбционные спектрометры позволяют проводить измерение абсорбции в режимах высоты или площади пика. В некоторых случаях выбор режима может быть однозначным, в других необходимо провести экспериментальные измерения, чтобы решить, какой метод лучше подходит для данного анализа.

Измерение площади пика расширяет диапазон линейности градуировки. Например, градуировочный график для меди по площади пика линеен во всем диапазоне объемов образца, приведенных на рис. 1.2.12. График же по высоте пика для того же диапазона имеет кривизну.

Рис. 1.2.12. Градуировочный график для меди.

3. Возможности метода атомно-абсорбционной спектрометрии.

   1. Определяемые элементы и пределы их обнаружения.

Методом атомно-абсорбционной спектрометрии можно определять около 70 элементов, главным образом, металлов. Этот метод используют для массового, быстрого, селективного и достаточно точного определения металлов. Чаще всего этим методом определяют малые содержания: при пламенной атомизации – порядка 10^-6 – 10^-9 г на миллилитр, при электротермической атомизации – 10^-9 – 10^-12 г на миллилитр (см. табл. 1.3). При электротермической атомизации можно определять очень малые массы – вплоть до нескольких фемтограммов (1 фемтограмм = 10^-15 г), так как объем пробы очень мал. Он колеблется в пределах от 10 до 200 мкл.

Табл. 1.3. Сравнение пределов обнаружения элементов (нг/мл) методом атомно-абсорбционной спектрометрии при пламенном и электротермическом способах атомизации

№ п\п	Название элемента	Символ элемента		Предел обнаружения при пламенной атомизации		Предел обнаружения при электротермической атомизации
1	Алюминий		Al		20	0,01
2	Барий		Ba		8	0,04
3	Бериллий		Be		1	0,003
4	Бор		B		700	15
5	Ванадий		V		20	0,1
6	Висмут		Bi		0.02	0,1
7	Вольфрам		W		500
8	Гадолиний		Gd		1000	8
9	Галлий		Ga		50	0,01
10	Гафний		Hf		2000
11	Германий		Ge		50	0,1
12	Гольмий		Ho		40	0,7
13	Диспрозий		Dy		50
14	Европий		Eu		20	0,5
15	Железо		Fe		3	0,01
16	Золото		Au		6	0,01
17	Индий		In		20	0,02
18	Иридий		Ir		500	0,5
19	Иттербий		Yb		5	0,1
20	Иттрий		Y		50	10
21	Кадмий		Cd		0,5	0,0002
22	Калий		K		1	0,004
23	Кальций		Ca		0,5	0,01
24	Кобальт		Co		2	0,008
25	Кремний		Si		20	0,005
26	Лантан		La		2000	0,5
27	Литий		Li		0,3	0,01
28	Лютеций		Lu		700
29	Магний		Mg		0,1	0,0002
30	Марганец		Mn		0,8	0,0005
31	Медь		Cu		1	0,005
32	Молибден		Mo		10	0,02
33	Мышьяк		As		0,02	0,08
34	Натрий		Na		0,2	0,004
35	Неодим		Nd		600
36	Никель		Ni		2	0,05
37	Ниобий		Nb		1000
38	Олово		Sn		10	0,03
39	Осмий		Os		80	2
40	Палладий		Pd		10	0,05
41	Платина		Pt		40	0,2
42	Празеодим		Pr		2000
43	Рений		Re		200	10
44	Родий		Rh		2	0,1
45	Ртуть		Hg		0,001	0,2
46	Рубидий		Rb		0,3
47	Рутений		Ru		70
48	Самарий		Sm		500
49	Свинец		Pb		10	0,007
50	Селен		Se		0,02	0,05
51	Сера		S		20	10
52	Серебро		Ag		0,9	0,001
53	Скандий		Sc		20	6
54	Стронций		Sr		2	0,01
55	Сурьма		Sb		0,1	0,08
56	Таллий		Tl		9	0,01
57	Тантал		Ta		9
58	Теллур		Te		0,002	0,03
59	Тербий		Tb		600
60	Титан		Ti		10	0,3
61	Тулий		Tm		10
62	Уран		U			30
63	Фосфор		P			0,3
64	Хром		Cr		2	0,004
65	Цезий		Cs		8	0,04
66	Цинк		Zn		0,8	0,0006
67	Цирконий		Zr		350
68	Эрбий		Er		40	0,3

Главный недостаток метода атомно-абсорбционной спектрометрии состоит в том, что это одноэлементный метод. Для каждого элемента нужна своя лампа с полым катодом. Для сокращения затрат времени на анализ несколько ламп устанавливают на вращающийся барабан.