2.5. Атомно-эмиссионная спектроскопия

Атомно-эмиссионная спектроскопия основана на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов. Свет, излучаемый раскаленными газами или парами, проходя через призму спектрографа, преломляется и разлагается на компоненты. Поэтому экспериментатор наблюдает ряд отдельных цветных линий, составляющих вместе линейчатый спектр. Линейчатый спектр каждого элемента характеризуется постоянными спектральными линиями, соответствующими лучам с определенной длиной волны и частотой колебаний. По наличию этих линий можно судить о присутствии того или иного элемента в анализируемом веществе. Для наблюдения и регистрация спектров испускания пробу необходимо перевести в атомарное состояние.

Если условия атомизации пробы и возбуждения атомов постоянны и не осложнены посторонними физико-химическими и оптическими явлениями, то интенсивность линии I_e в атомном спектре испускания прямо пропорциональна содержанию вещества в образце (с):

I_e = a∙с

При наличии оптических или физико-химических помех эта зависимость может нарушаться. Важнейшей оптической помехой в атомно-эмиссионной спектроскопии является самопоглощение – частичное поглощение фотонов, испускаемых возбужденными атомами пробы, невозбужденными атомами того же элемента. Если самопоглощение есть, то зависимость I_e от с удовлетворительно описывается уравнением Ломакина-Шайбе.

I_e = a∙с^b,

где а и b – константы для данных условий.

Основными физико-химическими помехами в атомно-эмиссионной спектроскопии являются образование труднодиссоциирующих соединений с участием определяемого элемента, а также ионизация его атомов. Для устранения таких помех обычно используют введение в пробу специальных добавок (спектроскопических буферов), подавляющих нежелательные процессы, и оптимизацию температурного режима атомизатора.

Виды атомизаторов

Различают пламенные, электротермические и плазменные атомизаторы (индуктивно-связанная плазма).

Пламенный атомизатор выполнен в виде горелки, в которую подают компоненты горючей смеси – горючий газ (метан, пропан, ацетилен, водород) и окислитель (воздух, оксид азота (I) или кислород). Рабочая температура пламенного атомизатора зависит от природы горючей смеси и составляет от 1000^о до 3000^оС. Используют эти атомизаторы в основном для щелочных и щелочно-земельных металлов.

Электротермические атомизаторы - это генераторы дугового или искрового разряда, позволяющие работать в области температур 3000-7000^оС и 10 000 – 12 000^оС соответственно. Исследуемый образец помещают между угольными электродами, через которые пропускают электрический разряд.

Индуктивно-связанная плазма – самый современный и обладающий по ряду показателей наилучшими аналитическими возможностями и метрологическими характеристиками. Атомизатор с ИСП представляет собой плазменную горелку особой конструкции в которую подается аргон. Температура аргоновой плазмы изменяется по высоте горелки и составляет 6000 – 10 000^оС. Метод универсален, так как при таких температурах возбуждается большинство элементов, обладает высокой чувствительностью (10^–8 – 10^–2 масс.) и воспроизводимостью, широким диапазоном определяемых концентраций. Основной недостаток – высокая стоимость оборудования и расходуемых материалов (аргона высокой чистоты)