Методы спектрального анализа

Эмиссионные методы

Основу эмиссионного метода составляет фундаментальное уравнение, связывающее мощность излучения I_mn определенной частоты _mn c количеством излучающих (возбужденных) атомов N_m в единичном объеме источника возбуждения. В спектральном анализе эту мощность и пропорциональные ей величины аналитического сигнала принято называть интенсивностью линии.

Для линии нейтрального атома теоретическая интенсивность испускания выражается формулой:

I = h_mn  A_mn g_m  N  _m ,

где h_mn - энергия испускаемого кванта частотой _mn , соответствующая квантовому переходу с верхнего (возбужденного) уровня m на нижний уровень n по уравнению h_mn = E_mn; А_mn – вероятность спонтанного квантового перехода mn; g_m - статистический вес верхнего уровня, учитывающий число возможных (вырожденных) состояний атома с одинаковыми энергиями Е_m; N - общее число атомов в единичном объеме источника; _m - значение функции распределения верхнего уровня m при температуре возбуждения.

1. Многоэлементный полуколичественный анализ. Среди этих методов выделяются два - классический полуколичественный и приближенно-количественный. Классический метод основан на полном испарении 30–50 мг пробы из канала нижнего угольного электрода дуги постоянного или переменного тока, осуществляемом в 2–3 стадии. Для измерения содержания элемента используют нижние пределы визуального обнаружения нескольких линий на спектрограмме, снятой в жестко фиксированных условиях. Нижний предел обнаружения – 10^-4%. Недостаток метода – низкая воспроизводимость результатов.

Приближенно-количественный метод основан на вдувании 100–300 мг порошковой пробы в угольную дугу за 20–40 с. Содержания оценивают по постоянному графику зависимости числа ступеней аналитической линии от логарифма содержания элемента. Пределы обнаружения одновременного определения 30–35 микроэлементов горных пород, рыхлых отложений, а также породообразующих минералов составляют 10^-4 – 10^-2%.

2. Многоэлементный количественный анализ минералов. Основан на общем способе вдувания порошковой пробы в дугу переменного тока. Анализ ведут по двум аналитическим навескам, получаемым истиранием 30 мг минерала с 60 мг оптического кварца. Пределы обнаружения 10^-4 - 10^-3%.

3. Многоэлементный спектрохимический комбинированный метод основан на усовершенствовании метода вдувания порошков и делится на две группы:

а) химическая подготовка пробы к анализу ограничивается ее химическим преобразованием. Эти методы используются для анализа горных пород, зерен минералов, маломинерализованных вод;

б) химическая подготовка пробы к анализу наряду с химическим преобразованием пробы включает операции отделения главных компонентов и выделения групп определяемых компонентов.

4. Эмиссионная пламенная фотометрия применяется для определения щелочных элементов, Sr, Ca, Ba, K, Na и других в комбинации с химическим вскрытием и разложением пробы, обычно в смеси кислот. Характерные черты метода определяются сравнительно низкой температурой возбуждения в химическом пламени и его высокой стабильностью. Пределы обнаружения от 510^-5 для Li и Cs до 0.1% для Ва.