Використання спектрального аналізу

На сьогодні визначені спектри всіх атомів і складені таблиці спектрів. Тому завдяки спектральному аналізу біли знайдені нові хімічні елементи (рубідій, цезій), визначають хімічний склад зірок, Сонця, тобто в астрофізиці.

Спектральний аналіз застосовують в: криміналістиці, атомній енергетиці, машинобудуванні, металургії, медицини, поліграфії.

Нині використовують такі апарати: спектрографи, спектрометри (квантометри). Проба встановлюється в прилад між електродами, і на неї подається високовольтна дуга, і атоми речовини збуджуються і, повертаючись в стабільний стан, світяться, даючи свій лінійчастий спектр. Порівнюючи спектр кожного атома із стандартними зразками (еталонами) з чітко визначеною концентрацією того чи іншого елемента, визначають кількість хімічних елементів у пробі. Інтенсивність ліній пропорційна кількості даного елемента в пробі.

20.09.2011

Емісійний спектральний аналіз

Базується на одержанні і вивченні спектрів, що випромінюються речовиною, тобто емісійних спектрів.

Емісія – спускання випромінювання.

По розташуванню і відносної інтенсивності окремих ліній в цих спектрах, проводять якісний спектральний аналіз. Порівнюючи інтенсивність обраних ліній в спектрі проби з інтенсивністю тих самих ліній в еталонах, визначають вміст елемента, тим самим виконуючи кількісний спектральний аналіз.

Якісний спектральний аналіз зводиться до розташування спектрів на приладах під назвою стилоскопи або на мікроскопі стилоскопа, фотографуючи спектри на фотопластини або фотоплівку.

Кількісний спектральний аналіз зводиться до аналізу інтенсивності (І) спектральних ліній в залежності від його концентрації (С) в пробі.

Застосовують рівнянні Б.Б. Ломакіна: І=а*С^в (емпіричне рівняння), де

а – ширина ліній в спектрі, що також об’єднує властивості ліній (іскрова, дугова, вузька, широка і т.п. лінії);

в – коеф. самопоглинання. Він показує величини відліку на спектрограмі в мм.

Задача

Для визначення довжини хвилі невідомої лінії λ_х були обрані на фотопластині дві лінії в спектрі заліза (Fe) з відомими величинами довжин хвиль λ₁=325,436 нм, λ₂=328, 026 нм.

На вимірюваній шкалі стилоскопу одержані відліки: в₁=9,12 мм, в₂=10,48 мм, в_х=10,13 мм.

Розв’язання

λ_{х =} λ₁ + (a₁ / ((a₁+ a₂)*( λ₂ - λ₁))

а₁ = в_х-в₁ = 10,13 – 9,12 =1,01 мм а₂ = в₂-в_х = 10,48 – 10,13 = 0,35 мм

λ_х = 325,436+(1,01/(1,01+0,35)*(328, 026-325,436)) = 325,722 нм

З

Розв’язання

а₁ = в_х-в₁ = 10,31-9,24 = 1,07 мм а₂ = в₂-в_х = 10,55-10,31 = 0,24 мм

λ_х = λ₁ + (a₁ / ((a₁+ a₂)*( λ₂ - λ₁)) = 319,777+ +((1,07+0,24)*(321,164-319,777)) = 320,366 нм

адача №12

Дано:

λ₁ = 319,777 нм λ₂ = 321,164 нм в₁ = 9,24 мм в₂ = 10,55 мм в_х = 10,31 мм _____________________

λ_х - ?

27.09.2011

ФОТОМЕТРИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ (продовження оптичних методів)

Загальні відомості

Фотометричний аналіз відноситься до абсорбційних методів (поглинання об’ємом), тобто заснований на вимірюванні поглинання світла речовиною. Цей метод включає спектрофотометрію, фототоколориметрію і візуальну фотометрію (просто колориметрія). Кожна речовина поглинає випромінювання з певними, характерними лише для неї, довжинами хвиль, тобто довжина хвилі випромінювання, яке поглинається, індивідуальне для кожної речовини. Тому саме на цьому базується якісний аналіз по світлопоглинанню.

Основою кількісного аналізу є закон Бугера-Ламберта Бера: А=(Ԑ*l)/С,

де А=-lg(I/I₀)= -lgT

І₀ – інтенсивність потоку світла, направленого на розчин, що поглинає це світло

І – інтенсивність, яка пройшла крізь цей розчин

С – концентрація речовини (моль/л)

Ԑ – молярний коефіцієнт світлопоглинання

Т – коефіцієнт пропускання

l - товщина світло поглинаючого шару

Для визначення концентрації речовини, що аналізується, найбільш часто використовують спеціальні методи, а саме:

метод малярного коефіцієнту світлопоглинання; метод градаювального графіку; метод додавань; метод диференційної фотометрії; метод фотометричного титрування.

Метод малярного коефіцієнту світлопоглинання – при роботі за цим методом оптичну густину декількох стандартних розчинів (А_ст). Для кожного розчину розраховують малярний коефіцієнт світлопоглинання Ԑ: Ԑ=А_ст/(І*С_ст), і його усереднюють для цих розчинів.

Далі вимірюють оптичну густину Ах і розраховують концентрацію цього розчину С_х, яка дорівнює С_х=А_х/(Ԑ*l).

Обмеженням цього методу є обов’язкова вимога виконання закону Бугера-Ламберта Бера.

Метод градаювального графіку. В цьому методі готують серію розведень стандартного розчину. Вимірюють поглинання цих розведень і будують графік в координатах А_ст-С_ст. Далі вимірюють поглинання стандартного розчину А_х і по цьому графіку знаходять його невідому концентрацію.

Метод додавань. Цей метод застосовують при аналізі розчинів складного складу, оскільки цей метод дозволяє автоматично враховувати вплив третіх компонентів. Сутність методу полягає в наступному: спочатку визначають оптичну густину А_х аналізованого розчину, який містить невідомий компонент невідомої концентрації С_х; потім до аналізованого розчину додають відому кількість компонента, який визначають і знову вимірюють оптичну густину А_х+ст.. Оптична густина А_х аналізованого розчину буде дорівнювати А_х=Ԑ*l/С_х. Таким чином концентрацію аналізованого розчину одержують: С_х=С_ст*А_х/(А_х+ст - А_х).

Метод диференційної фотометрії. Якщо у звичайній фотометрії порівнюються інтенсивність світла, яке пройшло через аналізований розчин невідомої концентрації з інтенсивністю світла, яке пройшло через розчинник, то в диференційній фотометрії другий промінь світла проходить не через розчинник, а через пофарбований розчин відомої концентрації, так званий розчин-порівняння. Фотометричним методом можна визначати такі компоненти як суміші двох або більше речовин. Ці визначення базуються на властивості адитивності оптичної густини: А_сум=А₁+А₂+…+А_n, де

А_сум – оптична густина суміші;

А₁+А₂+…+А_n – оптичні густини для різних компонентів сумішей.

Фотометричні методи аналізу застосовують для контролю різноманітних виробничих процесів. Ці методи можуть бути застосовані для аналізу великих і малих концентрацій, а також їх особливо цінною характеристикою є здатність визначення домішок в дуже малих кількостях (від 10^-5 – 10^-6%).

Методи абсорбційної спектроскопії використовують в хімічній, металургійній, фармацевтичній галузях, а також в медицині, с/г виробництві і поліграфії. Промисловість випускає прилади для абсорбційної спектроскопії: колориметри, фотометри, фотоелектроколориметри, спектрофотометри, в яких використовуються комбінації освітлювачів, монохроматорів і приймачів світла.