Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА_Атомно-еміс.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
09.11.2019
Размер:
135.17 Кб
Скачать

Лабораторна робота

Тема. Емісійний спектральний аналіз. Вивчення дугового спектру заліза.

Мета. Ознайомитися із принципом емісійного спектрального аналізу, вивчити дуговий спектр заліза. Побудувати дисперсійну криву стилоскопа.

Прилади: стилоскоп, атлас спектральних ліній, виливка сталі, залізні й мідні електроди.

Принцип методу

Якщо аналізованій системі надати достатню енергію, то електрони атомів переходять у збуджений стан і приблизно через 10-8 с спонтанно вертаються на нижні орбіталі з емісією надлишкової енергії у вигляді дискретних і характеристичних для кожного виду атомів електромагнітних коливань у видимій, ультрафіолетовій або рентгенівській областях спектру. При цьому спектри носять лінійчастий характер.

Характеристичність лінійчастих спектрів лежить в основі якісного емісійного спектрального аналізу, а функціональна залежність між концентрацією елемента в пробі й інтенсивністю його спектральних ліній покладена в основу кількісного аналізу.

При відомій концентрації збуджених атомів (Ni) елементів у плазмі розряду, що перебувають на збудженому рівні і, інтенсивність спектральної лінії, відповідної до переходу і – 0, описується рівнянням:

Ii0 = Ni·Ai0·hνi0,

де Ii0 – інтенсивність спектральної лінії;

Ni – концентрація збуджених атомів;

Ai0 – ймовірність спонтанного переходу з рівня і на рівень 0 (коефіцієнт Ейнштейна);

h – постійна Планка;

νi0 – частота випромінювання, см-1

Для досить широкого інтервалу концентрацій елемента С залежність інтенсивності спектральної лінії від С може бути описана вираженням:

I=aCb,

де a – коефіцієнт, що залежить від властивостей джерела випромінювання й проби;

b – коефіцієнт, що характеризує самопоглинання.

Техніка безпеки

1. Ознайомитися з інструкцією про запобіжні заходи при роботі в лабораторії спектрального аналізу.

2. Прочитати опис даної роботи, ознайомитися зі схемою стилоскопа й формою запису в журналі.

3. При установці потрібної області спектру й індексу елемента обертати барабан обережно, не проходячи риску 0,0.

4. Під час спостереження спектра і поблизу приладу повинні перебувати тільки ті студенти, які виконують дану роботу.

5. По закінченню роботи необхідно виключити прилад і упорядкувати робоче місце.

6. УВАГА! Відкривати кришку штатива й міняти зразки на столику стилоскопа можна тільки при вимкненому приладі. Усі перемикання режимів робити після натискання кнопки «СТОП» на передній панелі. Режим роботи генератора повторно-короткочасний: після 3-х хвилин безперервної роботи необхідно, натисканням кнопки "СТОП" виключити прилад не менш ніж на одну хвилину. Перед роботою необхідний режим установлюється викладачем і лаборантом. Студенти оперують тільки кнопками "ПУСК" і "СТОП".

Вивчення дугового спектру заліза

Стаціонарний стилоскоп "Спектр" призначений для швидкого візуального якісного й напівкількісного спектрального аналізу чорних і кольорових сплавів у видимій області спектра. Стилоскоп застосовується для експресних аналізів, до точності яких не пред'являється високих вимог.

Є можливість аналізу тонкого дроту, стрічки, зразків малої маси з легкоплавких сплавів (на основі олова, свинцю і т.д.), визначення малих вмістів марганцю, хрому, нікелю, кобальту, титану, вольфраму, молібдену, елементів, які трудно збуджуються,: вуглецю й кремнію від 0,10 %, сірки від 0,02 % і інших елементів у сталях і сплавах.

Прилад може бути використаний на складах при контролі матеріалу, в експрес-лабораторіях ливарних цехів, у НДІ.

Аналіз за допомогою стилоскопа полягає в наступному: між аналізованим зразком і електродом запалюється електрична дуга або іскра. Випромінювання направляється трьохлінзовим освітлювачем на щілину приладу. Спостерігач розглядає в окуляр спектр аналізованого сплаву.

Оптична схема. Стилоскоп побудований за автоколімаційною схемою з горизонтальним розташуванням елементів. Світло від дуги за допомогою лінзової системи, відбивної призми 8 проектує на об'єктиви 9, 10 зі збільшенням 4, 5. Отриманий паралельний пучок світла попадає на диспергуючі призми 11 і 12. Великий катет призми 12 із заломлюючим кутом 31° посріблений, тому промені відбиваються від нього, проходять у зворотному напрямку через призми на об'єктив і попадають на прямокутну призму 13, дзеркало 14, яке направляє їх в окуляр. Середня лінза 4 освітлювальної системи зроблена змінною, вона вводиться на оптичну вісь переміщенням рукоятки на кожусі приладу. При одному положенні рукоятки щілина висвітлюється рівномірно, при іншому – освітлювальна система дає зображення джерела світла в площині щілини стилоскопа, що необхідно для спостереження слабких спектральних ліній, зокрема ліній неметалічних домішок. Оптична схема приладу наведена на мал. 1.

Рис. 1. Оптична схема стаціонарного стилоскопа:

1-7, 9, 10 - лінзи; 8 - відбивна призма; 11, 12 - диспергуючі призми; 13 - прямокутна призма; 14 - дзеркало; 15 - фотометричний клин; I - джерело світла; П - вісь обертання призми

Спектр заліза має велику кількість ліній. Вони добре вивчені і є своєрідною шкалою при визначенні положення невідомих ліній елементів у спектрі досліджуваного сплаву.

За допомогою шаблону встановлюють відстань від електрода до зразка - 1,5 мм. На столик поміщають аналізований зразок, поверхня якого повинна бути очищена від слідів окалини й усякого роду пороків. Поверхня зразка повинна бути розташована на рівні поверхні стола так, щоб вона перекривала отвір у столі. У міру обгорання електрод необхідно зачищати напилком або зрізати на токарському верстаті. У якості другого електрода використовують мідний дисковий електрод.

Для одержання режиму дуги необхідно перемикач 11 поставити в положення, відповідне до обраного значення підпалу фази (90°), перемикач 12 поставити в положення I, відповідне до підпалюючого імпульсу; перемикач 10 - у положення 0, перемикач 8 - у положення II, перемикач 7 - у положення "ВЫКЛ", перемикач 9 – у положення, відповідне до обраного значення індуктивності (40 мкГц). Так можна змінювати від 1 до 10 А за допомогою рукоятки приставки. Звичайно достатня сила струму 2-4 А. При цьому необхідно стежити за показанням амперметра (мал. 2).

Дивлячись в окуляр приладу, маховичком 4 приводять на середину поля зору необхідну область спектра (таблиця).

Установкою окуляра домагаються максимальної різкості спектральних ліній, після чого приступають до виявлення домішок і оцінці вмісту елементів в аналізованому зразку. Кожному хімічному елементу відповідають певні лінії спектра випромінювання. Отже, присутність у спектрі ліній даного елемента вказує на наявність його в аналізованому зразку. По яскравості спектральних ліній можна робити висновок про кількість речовини в аналізованому зразку.

При розгляді спектру заліза неважко помітити кілька характерних груп ліній. У фіолетовій області спектра від 425,0 до 433,7 нм можна спостерігати

Рис. 2. Передня панель стилоскопа "Спектр": 1 - знімна кришка; 2крукоятка фокусування спектра; 3 - окуляр; 4 - барабан (регулювання довжини хвилі); 5 - діафрагма; 6 - рукоятки регулювання положення електрода; 7 - перемикач режиму джерела порушення; 8 – перемикач комбінованого розряду; 9 - перемикач, що змінює величину індуктивності; 10 - перемикач, що змінює величину ємності; 11 - перемикач фази підпалу; 12 - перемикач кількості імпульсів; 13 - сигнальна лампа.

близько десяти досить яскравих ліній, більшість із яких розташовано на рівних відстанях друг від друга. Наприклад, три лінії: 425,0, 426,0 і 427,2 нм. Порівняно недалеко перебувають 3 яскраві лінії: 438,4; 440,4; 441,5 нм.

Звертає на себе увагу блакитна область від 450,0 до 460,0 нм, де втримуються три яскраві лінії 542,5; 452,8; 453,1 нм. Ці лінії чітко виділяються на порівняно блідих лініях в цій ділянці спектра.

Між блакитною і зеленою областями спектра добре помітні три яскраві подвійні лінії: 487,0; 489,0; 492,0 нм. У жовтій області спектра добре запам'ятовуються 2 групи із трьох ліній: 549,7; 550,1 і 550,7 нм; 557,0; 557,3 і 557,6 нм. У проміжку між цими групами яскравих ліній не втримується.

Перераховані вище лінії порівняно легко розшукуються в спектрі, завдяки своєму характерному розташуванню, і є віхами, по яких знаходять більш складні скупчення ліній. Уміння орієнтуватися в спектрі заліза дуже важливо при виконанні аналізу.

За результатами роботи будують дисперсійну криву стилоскопа, відкладають на осі ординат довжини хвиль спектральних ліній у нанометрах, а по осі абсцис - відповідні до цих ліній розподілу барабана. За допомогою дисперсійної кривої можна приблизно визначати довжини хвиль невідомих спектральних ліній і по них ідентифікувати елементи в досліджуваному зразку.

Спектральні лінії елементів-домішок

Елемент

Довжина хвилі, нм

Поділка шкали

Вміст, %

Область спектра

Mn

482,3

95

0,15-1

блакитна

531,7

120

3-14

жовта

Cr

520,5

110

0,05-0,02

зелена

425,4

60

0,1

фіолетова

435,1

67

3-20

фіолетова

471,4

88

0,2-5

блакитна

505,1

106

2-18

зелена

Co

486,8

96

2-5

блакитна

499,1

104

0,05-1,5

зелена

V

437,9

70

0,15-0,5

фіолетова

439,0

70

0,15-0,5

фіолетова

439,5

70

0,15-0,5

фіолетова

487,5

97

0,8-2,5

зелено-блакитна

505,3

106

1-18

зелена

505,5

106

1-18

зелена

551,4

120

5-18

жовта

465,1

87

1-5

блакитна

484,4

96

1-5

блакитна

Mo

553,3

121

0,15-2

жовта

634,7

140

0,1-0,9

червона

C

657,8

142

0,1-1

червона

545,4

118

0,02-0,06

жовта

Література

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Физико-химические методы анализа. - М.: Высш. шк., 1989. - Ч.2. - 384 с.

2. Методы обнаружения и разделения элементов (Практическое руководство) / Под ред. И.П. Алимарина. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 208 с.

3. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство / Под ред. В.Б. Алесковского. - Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1988. - С. 93-108. 4. Практикум по физико-химическим методам анализа / Под ред. О.М. Петрухина. - М.: Химия, 1987. - С. 7-25.

5. Таблицы спектральных линий / А.Н. Зайдель, В.К. Прокофьев, С.М. Райский и др. -.М.: Наука, 1977. - 798 с.

6. Русанов А.К., Ильясова Н.В. Атлас пламенных, дуговых и цикловых спектров элементов. - М.: Госгеоиздат, 1958. - 150 с.

5