Емісійний спектральний аналіз

Загальні відомості

Проходження світла випромінювання у видимій та УФ областях зумовлене переходом електронів в зовнішніх оболонках атома. Такі переходи оцінюються за наявності достатньої кількості енергії. Довжини хвиль більшої частини випромінювання знаходяться у межах 100-1000 нм (довжини хвиль також можуть вимірюватись в акстремумах: 1нм=10 Акст).

В емісійних спектрометрах необхідна енергія для переходів електронів виникає внаслідок електричного збудження атомів за допомогою іскри або дуги. В результаті таких іскрових (дугових) розрядів аналізований матеріал випаровується, відбувається збудження атомів і здійснюється світлове випромінювання, яке й характеризує ці атоми. Надалі випромінювання розкладається призмою або дифракційними гратками на окремі спектральні лінії. Кожна спектральна лінія являє собою зображення щілини спектрометра. Ці лінії об’єднуються в спектральні серії. Реєстрація серій здійснюється фотометодом або за допомогою фотодатчиків. Співвідношення між інтенсивністю спектрів і відповідними концентраціями елементів в пробі знаходять порівнянням із калібрувальними графіками, отриманими від збудження стандартних зразків з відомим хімічним складом.

11.10.2011

Продовження емісійного аналізу

Для кожного елемента характерним є стільки різних спектрів, скільки електронів має атом. При цьому дуговим спектром називають спектр випромінювання нейтрального, тобто неіонізованого, атома.

Першим іскровим спектром називається спектр один раз іонізованого атома, другим іскровим – двічі іонізованим атомом. Ці спектри позначаються відповідно римськими цифрами: І, ІІ, які ставляться після символу хімічного елемента (н-д, Fe І 292, 901 нм).

Важливими параметрами, які характеризують атомні спектри, є потенціал збудженні і потенціал іонізації атома.

Потенціал збудження атома – це енергія в електрон-вольтах (еВ), яка необхідна для переведення атома з основного стану на вищий енергетичний рівень, тобто це енергія, необхідна для генерації спектрального рівня.

Потенціал іонізації атома – це енергія, яка необхідна для відриву електрона від нейтрального атома. Надавши атому енергію, що перевищує потенціал іонізації, отримаємо спектр іонізованого атома того чи іншого рівня.

Спектрографи для емісійного спектрального аналізу

Для емісійного спектрального аналізу застосовують як правило 2 типи спектрографів: призмові спектрографи і спектрографи з дифракційними гратками.

Призмові спектрографи

Бувають 2 основних класів: із середньою дисперсією; із високою дисперсією.

Для спектрографів із середньою дисперсією характерний спектральний діапазон 200-1000 нм. Їх дисперсія дає змогу аналізувати лише елементи з відносно простими спектрами. Область використання: кольорові метали і їх сплави.

Спектрографи з високою дисперсією призначені для реєстрації складних спектрів (спектри легованих сталей, чавунів, сплави на основі нікелю, хрому, кобальту, рідкоземельних металів). Діапазон роботи складає 200-800 нм.

В обох випадках в приладах використовується кварцева призма (див.мал).

1. - камера збудження для збудження проби

2. - конденсаторна лінза

3. - щілина

4. - коліматорна лінза

5. - кварцева призма для перекриття різних під діапазонів

6. - касета

Спектрографи з дифракційними гратками

Дифракція – огинання перешкод; дифракційна гратка – набір на пластині виконаних пошкоджень.

У спектрографах з дифракційними гратками для аналізу використовують гратки з густиною штриховки до 1000 ліній на мм. Наносять штрихи на гратки на алюмінієвому склі під назвою пірекс. Профіль штриха визначається тим, в якому порядку дифракційного спектра необхідно отримати максимальну яскравість.

Спектрографи з дифракційними гратками мають ряд переваг над призматичними:

• постійна дисперсія у всьому діапазоні;

• зменшення часу експозиції під час фотографування.

(див.мал.)

1 – промінь від джерела

2 – щілина

3 – дзеркало

4 – дифракційна гратка

5 – касета

Джерела збудження спектрів

Дуги

Дуги постійного струму - це одне з найпростіших і найросповсюдженіших джерел у спектральному аналізі. Внаслідок високої чутливості, проте низької відтворюваності результатів (максимальна точність не перевищує 8%), їх використовують переважно для якісного та напівкількісного аналізів.

Дуга являє собою поляризоване джерело, в якому основна частина струму, що підтримує розряд дуги, переноситься електронами, які випускаються катодом. Їх швидкість достатньо висока щоб підтримувати анод у розжареному стані з температурою 4000-8000 К і спричинювати випаровування матеріалу. Утворена пара або хмара атомів складається переважно з нейтральних атомів елементів, які входять до складу анода та катода. Основна частина процесів збудження дугового спектру зумовлена зіткненням цих атомів з електроном.

Іскри

Якщо дугові джерела збудження застосовують у випадках, коли необхідна експресність і чутливість, то у випадках, коли потрібна висока точність, як джерело збудження використовують одну з форм імпульсного розряду конденсатора, а саме конденсатор заряджається до достатньо високої напруги, здатної забезпечити іскровий пробій між електродного проміжку, після чого відбувається розряд конденсатора. Пробій спричинює виникнення низьковольтної дуги, яка і забезпечує випромінювання.

Використання іскор дає змогу визначати елементи з вмістом до 0,05%.