Возможно ли сочетание двух способов атомизации в одном приборе аас

Возможно ли сочетание двух способов атомизации в одном приборе аас

Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) – метод количественного анализа, основанный на свойствах атомов поглощать свет с определенной длиной волны (резонансное поглощение). В зависимости от способа получения поглощающего слоя атомов выделяют 4 основных типов техники атомизации:

  • пламенная атомизация – испарение и атомизация происходят в пламени (пропан/воздух, ацетилен/воздух, ацетилен/закись азота). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мг/л;
  • электротермическая атомизация (ЭТА) – испарение и атомизация пробы происходит в графитовой трубке (графитовой печи), нагреваемой электрическим током до температур 1500 – 3000 °С (в зависимости от свойств определяемого элемента). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мкг/л;
  • гидридная техника – в кварцевой ячейке или графитовой печи, нагреваемой электрическим током, происходит разложение газообразных гидридов, образованных в специальном реакторе: MeH xT —> Me + x/2 H2. Данная техника может использоваться для элементов, образующих термически неустойчивые газообразные гидриды (As, Sb, Se, Sn, Te, Pb). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мкг/л;
  • метод «холодного пара» — основан на свойстве ртути существовать при нормальных условиях в газовой фазе в виде свободных атомов. Определяемые концентрации ртути в растворах 0,01 – 100 мкг/л.

Методом ААС могут определяться около 60 элементов (в основном металлы и ряд переходных элементов).

Наивысшую чувствительность в ААС имеют приборы с электротермической атомизацией, в которых, в отличие от приборов с пламенной атомизацией, атомизированная проба остается в замкнутом объеме кюветы, а не уносится газовым потоком, тем самым, большее количество атомов пробы поглощают излучение лампы и чувствительность определения возрастает на 2-3 порядка.

Селективность метода обеспечивается двумя основными факторами:

  • свойством атомов поглощать свет только с определенной длиной волны (резонансное поглощение) – исключение влияние на аналитический сигнал других атомов, присутствующих в атомизаторе;
  • использование корректора неселективного поглощения – учет вклада в измеряемый сигнал, связанного с поглощением света молекулами и твердыми частицами.

В настоящее время в большинстве коммерческих приборов используют дейтериевый (с источником непрерывного спектра) или Зеемановский корректоры неселективного поглощения. Наилучшую селективность (в ААС необходимо выделить поглощение света атомами определяемого элемента на фоне поглощения посторонними молекулами и частицами) обеспечивает применение эффекта Зеемана.

Эффект Зеемана – расщепление атомной спектральной линии во внешнем магнитном поле на несколько компонентов. В простейшем случае расщепление происходит на три компоненты: одну π, совпадающую с максимумом длины волны исходной линии и 2-х +σ и -σ, симметрично смещенных. Расщепление тем больше, чем выше напряженность магнитного поля. При этом π и σ компоненты имеют различную поляризацию. Благодаря этому можно проводить раздельное измерение поглощения π и σ компонент. При измерении в присутствии π компоненты происходит измерение суммарного поглощения – атомного и неселективного, а в ее отсутствие – только неселективного.

В анализаторах «МГА-915МД» и «РА-915М» вместо модуляции магнитного поля использована модуляция поляризации падающего излучения, что позволило резко повысить частоту коммутации аналитического и опорного излучения, снизить массу и энергопотребление.

Возможно ли сочетание двух способов атомизации в одном приборе аас

Атомно — абсорбционная спектроскопия . Тесты с ответами (2011 год)

1. УМЕНЬШИТЬ СТЕПЕНЬ ИОНИЗАЦИИ АТОМОВ В ПЛАМЕНИ МОЖНО

1) увеличив концентрацию электронов введением в пламя легкоионизируемого компонента

2) повысив температуру пламени

3) увеличив высоту пламени

4) уменьшив концентрацию электронов введением в пламя трудноионизируемого компонента

2. В МЕТОДЕ ААС В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЮТ ТЕ, КОТОРЫЕ ДАЮТ ___ СПЕКТР

3. _______ ЛИНЕЙЧАТЫЙ СПЕКТР ДАЮТ ВОЗМОЖНОСТЬ ПОЛУЧИТЬ

1) лампа дейтериевая и лампа накаливания

2) лампа с полым катодом и высокочастотная безэлектродная лампа

3) лампа накаливания и лампа с полым катодом

4) солнечный свет и высокочастотная безэлектродная лампа

4. В СЕРИЙНЫХ АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫХ СПЕКТРОМЕТРАХ ИСТОЧНИКОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ

1) лампы с полым катодом и высокочастотные безэлектродные лампы

2) дуга и вольфрамовые лампы

3) искра и ксеноновые лампы

4) лазеры и источники сплошного спектра

5. НАИБОЛЕЕ СТАБИЛЬНЫМ И ЭКОНОМИЧНЫМ СПОСОБОМ АТОМИЗАЦИИ ЯВЛЯЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

6. УМЕНЬШЕНИЕ ПРЕДЕЛА ОБНАРУЖЕНИЯ (ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ) ДОСТИГАЕТСЯ ПРИ

3) использовании графитовой кюветы

7. ПОД СЕЛЕКТИВНЫМ ПОГЛОЩЕНИЕМ ПОНИМАЮТ

1) поглощение, обусловленное молекулами вещества в пламени

2) поглощение, обусловленное твердыми частицами определяемого компонента в пламени

3) поглощение излучения в результате рассеяния света частицами в пламени

4) поглощение, обусловленное атомами определяемого элемента

5) поглощение, обусловленное присутствием мешающих комплонентов

8. В МЕТОДЕ ААС ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИСПОЛЬЗУЮТСЯ СПЕКТРЫ

9. ОСНОВНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ АТОМНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ПРИ ДАННОЙ ДЛИНЕ ВОЛНЫ ЯВЛЯЕТСЯ

1) заселенность верхнего уровня, соответствующего наблюдаемой линии

4) дисперсия и разрешающая способность прибора

10. ПРЕИМУЩЕСТВО МЕТОДА АТОМНО-АБСОРБЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПЕРЕД ЭМИССИОННОЙ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТО

1) отсутствует взаимное влияние элементов

2) обладает более высокой селективностью

3) характеризуется более высокой точностью

4) позволяет определить элементы с более низкими пределами обнаружения

5) позволяет определять элементы в более широком интервале концентраций

11. ПРИМЕРНО _______ ПРОЦЕНТОВ АТОМОВ ОПРЕДЕЛЯЕМОГО ЭЛЕМЕНТА ФОРМИРУЮТ АНАЛИТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ В ААС ПЛАМЕНИ
1) 1
2) 30
3) 50
4) 99

12. ПРИ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ, РАВНОЙ _______, ПОГРЕШНОСТЬ АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНИМАЛЬНА
1) 1,00
2) 0,80
3) 0,43
4) 0,20

13. КОЭФФИЦИЕНТ ПОГЛОЩЕНИЯ ЗАВИСИТ ОТ

1) числа частиц, частоты падающего излучения и толщины поглощающего слоя

2) интенсивности падающего излучения и его частоты, концентрации

3) частоты, толщины поглощающего слоя и коэффициента Эйнштейна

4) частоты падающего излучения, коэффициента Эйнштейна и числа частиц на уровне

4.2.3 Атомно-абсорбционная спектроскопия

Возможно ли сочетание двух способов атомизации в одном приборе аас

Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) – метод количественного анализа, основанный на свойствах атомов поглощать свет с определенной длиной волны (резонансное поглощение). В зависимости от способа получения поглощающего слоя атомов выделяют 4 основных типов техники атомизации:

  • пламенная атомизация – испарение и атомизация происходят в пламени (пропан/воздух, ацетилен/воздух, ацетилен/закись азота). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мг/л;
  • электротермическая атомизация (ЭТА) – испарение и атомизация пробы происходит в графитовой трубке (графитовой печи), нагреваемой электрическим током до температур 1500 – 3000 °С (в зависимости от свойств определяемого элемента). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мкг/л;
  • гидридная техника – в кварцевой ячейке или графитовой печи, нагреваемой электрическим током, происходит разложение газообразных гидридов, образованных в специальном реакторе: MeH xT —> Me + x/2 H2. Данная техника может использоваться для элементов, образующих термически неустойчивые газообразные гидриды (As, Sb, Se, Sn, Te, Pb). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мкг/л;
  • метод «холодного пара» — основан на свойстве ртути существовать при нормальных условиях в газовой фазе в виде свободных атомов. Определяемые концентрации ртути в растворах 0,01 – 100 мкг/л.

Методом ААС могут определяться около 60 элементов (в основном металлы и ряд переходных элементов).

Наивысшую чувствительность в ААС имеют приборы с электротермической атомизацией, в которых, в отличие от приборов с пламенной атомизацией, атомизированная проба остается в замкнутом объеме кюветы, а не уносится газовым потоком, тем самым, большее количество атомов пробы поглощают излучение лампы и чувствительность определения возрастает на 2-3 порядка.

Селективность метода обеспечивается двумя основными факторами:

  • свойством атомов поглощать свет только с определенной длиной волны (резонансное поглощение) – исключение влияние на аналитический сигнал других атомов, присутствующих в атомизаторе;
  • использование корректора неселективного поглощения – учет вклада в измеряемый сигнал, связанного с поглощением света молекулами и твердыми частицами.

В настоящее время в большинстве коммерческих приборов используют дейтериевый (с источником непрерывного спектра) или Зеемановский корректоры неселективного поглощения. Наилучшую селективность (в ААС необходимо выделить поглощение света атомами определяемого элемента на фоне поглощения посторонними молекулами и частицами) обеспечивает применение эффекта Зеемана.

Эффект Зеемана – расщепление атомной спектральной линии во внешнем магнитном поле на несколько компонентов. В простейшем случае расщепление происходит на три компоненты: одну π, совпадающую с максимумом длины волны исходной линии и 2-х +σ и -σ, симметрично смещенных. Расщепление тем больше, чем выше напряженность магнитного поля. При этом π и σ компоненты имеют различную поляризацию. Благодаря этому можно проводить раздельное измерение поглощения π и σ компонент. При измерении в присутствии π компоненты происходит измерение суммарного поглощения – атомного и неселективного, а в ее отсутствие – только неселективного.

В анализаторах «МГА-915МД» и «РА-915М» вместо модуляции магнитного поля использована модуляция поляризации падающего излучения, что позволило резко повысить частоту коммутации аналитического и опорного излучения, снизить массу и энергопотребление.

Возможно ли сочетание двух способов атомизации в одном приборе аас

Атомно — абсорбционная спектроскопия . Тесты с ответами (2011 год)

1. УМЕНЬШИТЬ СТЕПЕНЬ ИОНИЗАЦИИ АТОМОВ В ПЛАМЕНИ МОЖНО

1) увеличив концентрацию электронов введением в пламя легкоионизируемого компонента

2) повысив температуру пламени

3) увеличив высоту пламени

4) уменьшив концентрацию электронов введением в пламя трудноионизируемого компонента

2. В МЕТОДЕ ААС В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЮТ ТЕ, КОТОРЫЕ ДАЮТ ___ СПЕКТР

3. _______ ЛИНЕЙЧАТЫЙ СПЕКТР ДАЮТ ВОЗМОЖНОСТЬ ПОЛУЧИТЬ

1) лампа дейтериевая и лампа накаливания

2) лампа с полым катодом и высокочастотная безэлектродная лампа

3) лампа накаливания и лампа с полым катодом

4) солнечный свет и высокочастотная безэлектродная лампа

4. В СЕРИЙНЫХ АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫХ СПЕКТРОМЕТРАХ ИСТОЧНИКОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ

1) лампы с полым катодом и высокочастотные безэлектродные лампы

2) дуга и вольфрамовые лампы

3) искра и ксеноновые лампы

4) лазеры и источники сплошного спектра

5. НАИБОЛЕЕ СТАБИЛЬНЫМ И ЭКОНОМИЧНЫМ СПОСОБОМ АТОМИЗАЦИИ ЯВЛЯЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

6. УМЕНЬШЕНИЕ ПРЕДЕЛА ОБНАРУЖЕНИЯ (ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ) ДОСТИГАЕТСЯ ПРИ

3) использовании графитовой кюветы

7. ПОД СЕЛЕКТИВНЫМ ПОГЛОЩЕНИЕМ ПОНИМАЮТ

1) поглощение, обусловленное молекулами вещества в пламени

2) поглощение, обусловленное твердыми частицами определяемого компонента в пламени

3) поглощение излучения в результате рассеяния света частицами в пламени

4) поглощение, обусловленное атомами определяемого элемента

5) поглощение, обусловленное присутствием мешающих комплонентов

8. В МЕТОДЕ ААС ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИСПОЛЬЗУЮТСЯ СПЕКТРЫ

9. ОСНОВНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ АТОМНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ПРИ ДАННОЙ ДЛИНЕ ВОЛНЫ ЯВЛЯЕТСЯ

1) заселенность верхнего уровня, соответствующего наблюдаемой линии

4) дисперсия и разрешающая способность прибора

10. ПРЕИМУЩЕСТВО МЕТОДА АТОМНО-АБСОРБЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПЕРЕД ЭМИССИОННОЙ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТО

1) отсутствует взаимное влияние элементов

2) обладает более высокой селективностью

3) характеризуется более высокой точностью

4) позволяет определить элементы с более низкими пределами обнаружения

5) позволяет определять элементы в более широком интервале концентраций

11. ПРИМЕРНО _______ ПРОЦЕНТОВ АТОМОВ ОПРЕДЕЛЯЕМОГО ЭЛЕМЕНТА ФОРМИРУЮТ АНАЛИТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ В ААС ПЛАМЕНИ
1) 1
2) 30
3) 50
4) 99

12. ПРИ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ, РАВНОЙ _______, ПОГРЕШНОСТЬ АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНИМАЛЬНА
1) 1,00
2) 0,80
3) 0,43
4) 0,20

13. КОЭФФИЦИЕНТ ПОГЛОЩЕНИЯ ЗАВИСИТ ОТ

1) числа частиц, частоты падающего излучения и толщины поглощающего слоя

2) интенсивности падающего излучения и его частоты, концентрации

3) частоты, толщины поглощающего слоя и коэффициента Эйнштейна

4) частоты падающего излучения, коэффициента Эйнштейна и числа частиц на уровне

4.2.3 Атомно-абсорбционная спектроскопия

Метод атомно-адсорбционной спектрометрии (ААС)

Классификация атомно-спектроскопических методов

Методы анализа, основанные на изменениях энергетического состояния атомоввеществ, входят в группу атомно-спектроскопических методов, различающихся по способу получения и регистрации сигнала:

• Оптические методы основаны на использовании энергетических переходов внешних (валентных) электронов. Общим для них является необходимость предварительной атомизации (разложение на атомы) вещества. К ним относят атомно-эмиссионную, атомно-флуоресцентную и атомно-абсорбционную спектроскопию.

• Рентгеновские методы основаны на энергетических переходах внутренних электронов атомов. В зависимости от способа получения и регистрации сигнала различают рентгеноэмиссионную, рентгеноабсорбционную и рентгенофлуоресцентную спектроскопию. Разновидности этих методов – оже-спектроскопию, рентгеновский электронно-зондовый анализ, электронную спектроскопию – используют восновном для исследования строения веществ. Рентгеновские методы не требуют атомизации вещества и позволяют исследовать твёрдые пробы без предварительной подготовки.

• Ядерные методы основаны на возбуждении ядер атомов.

По происхождению аналитического сигнала выделяют несколько молекулярно-спектроскопических методов: абсорбционную молекулярную, инфракрасную, люминесцентную, магнитную резонансную, фотоакустическую, рентгеновскую спектроскопию. Спектральные сигналы наблюдают и регистрируют (записывают, фотографируют, измеряют и т.д.) с помощью спектральных приборов или персональных компьютеров с программой обработки данных.

Метод атомно-адсорбционной спектрометрии (ААС)

Абсорбционный спектральный анализ основан на изу­чении спектров поглощения анализируемых веществ. Если происходит поглощение излучения атомами, то абсорбция называется атомной, а если молекулами, то — молекулярной. Метод ААС основан на явлении резонансного поглощения излучения видимого или УФ диапазона свобод­ными невозбужденными атомами. Главное условие резонансного поглощения — длина волны, соответствующая максимуму поглощения атомных паров опре­деляемого элемента, должна быть равна длине волны максимума интенсивности излучения источника. Для практической реали­зации этого условия применяют специальные источники излуче­ния — лампы с полым катодом, изготовленным из материала, содержащего атомы определяемого элемента.

Устройство атомно-абсорбционного спектрофото­метра

В устройство ААС входят лампа с полым катодом, атомизатор-горелка, монохроматор, фотоэлектрический детектор, усилитель переменного тока с детек­тирующей схемой и регистрирующий измерительный прибор или ПК с программным обеспечением (рис. 1).

Возможно ли сочетание двух способов атомизации в одном приборе аас

Рис.1. Функциональная схема спектрометра атомно-абсорбционного «КВАНТ-2А»

1.Первоначально озоленную пробу пищевого продукта, в которой определяе­мые элементы обычно находятся в виде соединений, переводят в элементное состояние — атомный пар, состоящий из свобод­ных невозбужденных атомов. Проба впрыскиваетсяв пламя с помощью пульверизатора в виде аэрозоля. Процесс, называемый атомизацией, осуществляют путем нагрева пробы до температуры 2000—3000°С (верхний предел ограничен ионизацией атомов).

2.При прохождении через пламя излучения на длине волны, соответствующей анализируемому элементу, происходит селективное поглощение света атомами этого элемента, а также рассеяние и неселективное поглощение (фоновое ослабление).

3.Прошедшее через пламя излучение попадает в блок монохроматора, где из него выделяется узкий спектральный интервал, соответствующий линии поглощения анализируемого элемента.

4.Далее это излучение попадает в блок фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующий его в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности излучения. 5.Сигнал преобразуется в цифровой код и направляется в ПК. Абсолютные значения концентрации вычисляются компьютерной программой по калибровочным кривым, которые получают, проводя измерения аналитического сигнала на растворах солей анализируемого элемента известной концентрации, приготавливаемых из стандартных образцов состава (СО или ГСО).

Можно считать, что пламя играет ту же роль, что кювета в других формах абсорбционной спектрофотометрии. Условия в пламени, необходимые для атомизации различных элементов, неодинаковы. Поэтому важно, чтобы скорость подвода газа регулировалась и измерялась. Используются смеси горючего газа и газа-окислителя, такие как воздух — пропан, воздух — водород, воздух — ацетилен, кислород — ацетилен и закись азота — ацетилен. Для каждой комбинации сконструированы соответствующие горелки и подобраны предпочтительные системы горючих смесей для каждого элемента, а также оптимальное соотношение топлива и окислителя. Максимальная концентрация атомов в различных пламенах сосредоточивается в разных местах, поэтому для получения мак­симального значения поглощения обычно необходимо регулировать положение горелки по отношению к просвечивающему излучению. Чувствительность метода зависит также от линейного размера пламени в направлении оптической оси прибора.

В основном исследуются УФ и видимая области спектра, причем интенсивность источника обычно низка. Соответственно, наиболее подходящими детекторами являются фотоумножители, соединенные через усилитель с регистрирующими устройствами.

При соблюдении условий резонансного поглощения и неизменной толщине по­глощающего слоя оптическая плотность поглощающей среды (величина атомной адсорбции) линейно зависит от концентрации атомов определяемого элемента в соответствии с законом Бугера — Ламберта — Бера. Это позволяет путем измерения атомной адсорбции определять концентрацию элементов в ана­лизируемой пробе, используя предварительно полученную зави­симость (или градуировочный график) величины атомной адсорбции от концен­трации определяемого элемента.

Эмиссионная спектроскопия

Эмиссионный спектральный анализ основан на изуче­нии спектров испускания (излучения) или эмиссионных спектров различных веществ. Разновидностью этого анализа является фотометрия пламени, основанная на измерении интенсивности излучения атомов, возбуж­даемого нагреванием вещества в пламени. Каждому элементу соответствуют свои линии в спектре.

Основные компоненты оборудования, необходимого для работы этим методом, показаны на рис. 2.

Возможно ли сочетание двух способов атомизации в одном приборе аас

Рис. 2. Основные части системы, использующейся для эмиссионной спектроскопии: а — источник излучения; б — диспергирующее устройство; в — регистрирующее устрой­ство; 1 — электрический разряд; 2 — щель; 3 — зеркало; 4 — фокальная плоскость; 5 — дифракционная решетка.

Некоторая часть излучения, исходящего от источника возбуждения, выделяется входной щелью и разлагаетсяна отдельные спектральные линии, проходя через призму или отражаясь от специальной дифракци­онной решетки. Затем полученные линии регистрируются, преобразуются и передаются в ПК для обработки. Качество диспергирующей системы характеризуется двумя основ­ными параметрами — разрешением и дисперсией. Разрешение прибора показывает, каково может быть минимальное различие по длине волны для двух линий, которые можно еще отличить друг от друга. Дисперсия прибора характеризует расстояние между спектральными линиями в фокальной плоскости. Спектральные приборы классифицируют в соответствии с типом диспергирующего элемента, конструкцией оптической системы спектро­метра и способом регистрации спектра.

При фотоэлектрической регистрации в фокальной плоскости в определенных положениях располагают узкие выходные щели. Излучение, характеристическое для некоторых отдель­ных элементов, проходит через щели и попадает на чувствительные фо­тоэлектрические детекторы. Сигнал детектора усиливают, интегрируют в течение некоторого промежутка времени, а затем регистрируют и обрабатывают.

Электроды, используемые в эмиссионной спектроскопии, обычно из­готовляют из графита; однако ими могут служить и металлические об­разцы, если придать им предварительно форму стержней или дисков. Верхний электрод чаще всего заостряют, а форма и размеры нижнего электрода — свои собственные для каждой лаборатории. В простейшем случае это графитовый стержень диаметром около 6 мм, в верхней ча­сти которого сверлом сделано небольшое углубление.

Источник