Атомно-абсорбционный анализ
Развитие массового использования атомно-абсорбционного анализа как метода аналитической химии. Конструкции атомно-абсорбционных спектрометров. Реализация метода атомно-абсорбционного анализа в традиционном варианте измерения. Основные преимущества метода.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.11.2013 |
| Размер файла | 134,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Атомно-абсорбционный анализ
- 1.1 Общая схема аналитического процесса при атомно-абсорбционном анализе
- 2. Приборы для атомно-абсорбционного анализа
- 3. Достоинства атомно-абсорбционного анализа
- Заключение
- Список литературы
Введение
В 1802 г. Волластон обнаружил темные линии в спектре солнечного света. В 1814 г. Фраунгофер создал весьма совершенный для того времени спектроскоп и с его помощью составил каталог длин волн нескольких десятков темных линий в солнечном спектре. Бунзен сконструировал газовую горелку, которая позволила получить бесцветное пламя. Он раскрыл причину возникновения темных линий в солнечном спектре: атомы каждого элемента поглощают свет той же длины волны, которой и испускают. Кирхгоф определил законы такого поглощения (атомной абсорбции) и установил линейную зависимость между величиной поглощения света и концентрацией поглощающих атомов. Вскоре после этого атомно-абсорбционный метод начали использовать для определения состава и содержания отдельных элементов в звездном веществе. И по сей день в астрофизике этот метод остается единственным для изучения химического состава. В аналитической химии атомно-абсорбционный метод долгое время не находил применения из-за отсутствия подходящих источников света. Единственным пригодным источником была ртутная газоразрядная лампа; на ее основе в 1935 г. Вудсон создал первый атомно-абсорбционный спектрометр для определения ртути, воспользовавшись тем фактом, что пары ее находятся в атомном состоянии даже при комнатной температуре. В 1953-1955 гг. австралийский физик Уолш [605] разработал атомно-абсорбционный метод измерения с использованием ламп с полым катодом. Последние, как он установил, - весьма удобный источник монохроматического излучения. На основе этих исследований и опыта пламенной фотометрии он в 1957 г. сконструировал первый пламенный атомно-абсорбционный спектрометр.
В следующем году сотрудники Уолша Дэвид и Аллан публикуют первые практические результаты, полученные на этом спектрометре. Эксперименты подтвердили исключительно высокую селективность атомно-абсорбционного анализа, предсказанную теорией. * В 1961 г. начинается серийное производство атомно-абсорбционных спектрометров фирмой "Хильгер и Уотс", что послужило первым толчком в развитии массового использования атомно-абсорбционного анализа. Сейчас атомно-абсорбционные спектрометры выпускают более 30 фирм, конструкции спектрометров непрестанно совершенствуются. За период до 1970 г. человечество получило 250 млн. долл. прибыли от использования атомно-абсорбционного анализа - в результате ускорения аналитических определений, уменьшения затрат труда и расхода реактивов для подготовки проб. Знакомство с литературными сведениями в этой области показывает, что атомно-абсорбционная спектрометрия продолжает интенсивно развиваться.
атомный абсорбционный анализ спектрометр
1. Атомно-абсорбционный анализ
Атомно-абсорбционный анализ - метод аналитической химии, основанный на селективном поглощении электромагнитного излучения определенной длины волны свободными от всех молекулярных связей нейтральными атомами определяемого элемента. Качественный элементный анализ может осуществляться по появлению в спектре характерных линий поглощения атомов. Количественный анализ основан на зависимости одного из параметров, определяющих контур спектральной линии поглощения, от концентрации элемента в образце или поглощающем слое его атомных паров.
Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа отличается высокой абсолютной и относительной чувствительностью. Метод позволяет с большой точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых концентрациях, поэтому он широко применяется в биологии, медицине (для анализа органических жидкостей), в геологии, почвоведении (для определения микроэлементов в почвах) и других областях науки, а также в металлургии для исследований и контроля технологических процессов.
По точности и чувствительности этот метод превосходит многие другие; поэтому его применяют при аттестации эталонных сплавов и геологических пород (путем перевода в раствор).
Для реализации метода атомно-абсорбционного анализа в традиционном варианте измерения в общем случае необходимо иметь (рис. 1):
селективный источник света (СИС), излучающий характерную узкую спектральную линию изучаемого элемента;
атомизатор (Ат) для перевода данного элемента из реальной пробы (обычно конденсированной) в атомарную форму (в технике гидридов определяемый элемент из конденсированной пробы предварительно выделяется в газообразной молекулярной форме);
спектральный прибор (СП) для выделения характерной аналитической линии этого элемента;
электронную систему (ЭС) для детектирования, усиления и обработки аналитического сигнала поглощения.
Рис. 1 Принципиальная схема пламенного атомно-абсорбционного спектрометра: 1-источник излучения; 2-пламя; 3-монохрома гор; 4-фотоумножитель; 5-регистрирующий или показывающий прибор.
Определение содержания элемента в пробе проводят с использованием экспериментально установленной функциональной зависимости (градуировочной функции) между аналитическим сигналом (абсорбция, оптическая плотность) и концентрацией элемента в образце сравнения (стандарте), так как метод атомно-абсорбционного анализа является относительным (сравнительным). Градуировочная функция может быть в виде математической формулы или графика.
1.1 Общая схема аналитического процесса при атомно-абсорбционном анализе
Атомно-абсорбционный метод анализа наиболее разработан для определения элементного состава жидких проб. Исходя из этого, для реализации аналитического процесса выполняют следующие операции:
1. Проводят представительный проб отбор, т.е. отбирают часть вещества или материала от объекта анализа с целью формирования небольшой пробы, максимально полно отражающей химический состав объекта анализа.
2. От твердой пробы отбирают определенную навеску (часть аналитической пробы известной массы, используемую при выполнении единичного определения), растворяют ее в подходящих растворителях с целью разрушения структуры вещества и полного (100 %) перевода изучаемого элемента в раствор. Подготавливают рабочий раствор для анализа, ориентируясь на концентрацию матрицы пробы (с целью уменьшения матричных помех) и концентрацию рассматриваемого элемента (с целью соответствия диапазону его определяемых содержаний). От жидкой пробы отбирают фиксированную аликвоту и подготавливают рабочий раствор для анализа по тем же принципам.
3. Используя головные стандартные образцы или образцы сравнения, готовят серию рабочих градуировочных растворов, охватывающих необходимый для определяемого элемента диапазон градуировочного графика.
4. Подготавливают к работе атомно-абсорбционный спектрометр, в соответствии с его инструкцией по эксплуатации, для регистрации сигнала в оптимальных условиях абсорбции изучаемого элемента.
5. Вводят анализируемый раствор в атомизатор, создают поглощающий слой атомного пара и производят измерение аналитического сигнала (рис. 2).
Рис. 2 Схема псевдо-двухлучевого спектрофотометра
5.1 Раствор вводят в атомизатор, в котором растворитель испаряется, сухой солевой остаток разлагается и превращается в атомный пар.
5.2 Через слой атомного пара пропускают излучение от селективного источника света, эмитирующего узкую характерную спектральную линию определяемого элемента.
5.3 Из светового потока, прошедшего через поглощающий слой, с помощью спектрального прибора выделяют участок спектра, соответствующий этой линии излучения и этой же линии поглощения данного элемента.
5.4 Оценивают аналитический сигнал поглощения света на аналитической длине волны - абсорбцию.
6. Последовательно вводя в атомизатор рабочие градуировочные растворы, получают градуировочную характеристику (графическую или формульную), т.е. зависимость абсорбционного сигнала от концентрации элемента в градуировочном растворе.
7. С использованием градуировочной характеристики определяют концентрацию изучаемого элемента в растворе пробы, а затем, с учетом взятой аналитической навески, и в исходной пробе.
8. Оценивают правильность результатов определений путем сопоставления данных анализа стандартных образцов состава с их аттестованными характеристиками.
2. Приборы для атомно-абсорбционного анализа
Приборы для атомно-абсорбционного анализа - атомно-абсорбционные спектрометры - прецизионные высокоавтоматизированные устройства, обеспечивающие воспроизводимость условий измерений, автоматическое введение проб и регистрацию результатов измерения. В некоторые модели встроены микроЭВМ. В качестве примера на рис. приведена схема одного из спектрометров. Источником линейчатого излучения в спектрометрах чаще всего служат одноэлементные лампы с полым катодом, заполняемые неоном. Для определения некоторых легколетучих элементов (Cd, Zn, Se, Те и др.) удобнее пользоваться высокочастотными без электродными лампами.
Перевод анализируемого объекта в атомизированное состояние и формирование поглощающего слоя пара определенной и воспроизводимой формы осуществляется в атомизаторе - обычно в пламени или трубчатой печи. Наиболее часто используют пламя смесей ацетилена с воздухом (макс. температура 2000°С) и ацетилена с N2O (2700°С). Горелку со щелевидным соплом длиной 50-100 мм и шириной 0,5-0,8 мм устанавливают вдоль оптической оси прибора для увеличения длины поглощающего слоя.
Трубчатые печи сопротивления изготавливают чаще всего из плотных сортов графита. Для исключения диффузии паров через стенки и увеличения долговечности графитовые трубки покрывают слоем газонепроницаемого пироуглерода. Максимальная температура нагрева достигает 3000°С. Менее распространены тонкостенные трубчатые печи из тугоплавких металлов (W, Та, Мо), кварца с нихромовым нагревателем. Для защиты графитовых и металлических печей от обгорания на воздухе их помещают в полугерметичные или герметичные камеры, через которые продувают инертный газ (Аr, N2).
Введение проб в поглощающую зону пламени или печи осуществляют разными приемами. Растворы распыляют (обычно в пламя) с помощью пневматических распылителей, реже - ультразвуковых. Первые проще и стабильнее в работе, хотя уступают последним в степени дисперсности образующегося аэрозоля. Лишь 5-15% наиболее мелких капель аэрозоля поступает в пламя, а остальная часть отсеивается в смесительной камере и выводится в сток. Максимальная концентрация твердого вещества в растворе обычно не превышает 1%. В противном случае происходит интенсивное отложение солей в сопле горелки.
Термическое испарение сухих остатков растворов - основной способ введения проб в трубчатые печи. При этом чаще всего пробы испаряют с внутренней поверхности печи; р-р пробы (объемом 5-50 мкл) вводят с помощью микропипетки через дозировочное отверстие в стенке трубки и высушивают при 100°С. Однако пробы испаряются со стенок при непрерывном возрастании температуры поглощающего слоя, что обусловливает нестабильность результатов. Чтобы обеспечить постоянство температуры печи в момент испарения, пробу вводят в предварительно нагретую печь, используя угольный электрод (графитовую кювету) графитовый тигель (печь Вудриффа), металлический или графитовый зонд. Пробу можно испарять с платформы (графитового корытца), которую устанавливают в центре печи под дозировочным отверстием. В результате значительного отставания температуры платформы от температуры печи, нагреваемой со скоростью ок. 2000 К/с, испарение происходит при достижении печью практически постоянной температуры.
Для введения в пламя твердых веществ или сухих остатков растворов используют стержни, нити, лодочки, тигли из графита или тугоплавких металлов, помещаемые ниже оптич. оси прибора, так что пары пробы поступают в поглощающую зону с потоком газов пламени. Графитовые испарители в ряде случаев дополнительно подогревают электрическим током. Для исключения мех. потерь порошкообразных проб в процессе нагрева применяются испарители типа цилиндрических капсул, изготовленные из пористых сортов графита.
Иногда растворы проб подвергают в реакционном сосуде обработке в присут. восстановителей, чаще всего NaBH4. При этом Hg, напр., отгоняется в элементном виде, As, Sb, Bi и др. - в виде гидридов, к-рые вносятся в атомизатор потоком инертного газа. Для монохроматизации излучения используют призмы или дифракционные решетки; при этом достигают разрешения от 0,04 до 0,4 нм.
При атомно-абсорбционном анализе необходимо исключить наложение излучения атомизатора на излучение источника света, учесть возможное изменение яркости последнего, спектральные помехи в атомизаторе, вызванные частичным рассеянием и поглощением света твердыми частицами и молекулами посторонних компонентов пробы. Для этого пользуются различными приемами, например модулируют излучение источника с частотой, на которую настраивают приемно-регистрирующее устройство, применяют двухлучевую схему или оптическую схему с двумя источниками света (с дискретным и непрерывным спектрами). наиб. эффективна схема, основанная на зеемановском расщеплении и поляризации спектральных линий в атомизаторе. В этом случае через поглощающий слой пропускают свет, поляризованный перпендикулярно магнитному полю, что позволяет учесть неселективные спектральные помехи, достигающие значений А = 2, при измерении сигналов, которые в сотни раз слабее.
3. Достоинства атомно-абсорбционного анализа
Достоинства атомно-абсорбционного анализа - простота, высокая селективность и малое влияние состава пробы на результаты анализа. Ограничения метода - невозможность одновременного определения нескольких элементов при использовании линейчатых источников излучения и, как правило, необходимость переведения проб в р-р.
Атомно-абсорбционный анализ применяют для определения около 70 элементов (гл. обр. металлов). Не определяют газы и некоторые др. неметаллы, резонансные линии которых лежат в вакуумной области спектра (длина волны меньше 190 нм). С применением графитовой печи невозможно определять Hf, Nb, Та, W и Zr, образующие с углеродом труднолетучие карбиды. Пределы обнаружения большинства элементов в растворах при атомизации в пламени 1-100мкг/л, в графитовой печи в 100-1000 раз ниже. Абсолютные пределы обнаружения в последнем случае составляют 0,1-100 пг. Относительно стандартное отклонение в оптимальных условиях измерений достигает 0,2-0,5% для пламени и 0,5-1,0% для печи. В автоматическом режиме работы пламенный спектрометр позволяет анализировать до 500 проб в час, а спектрометр с графитовой печью-до 30 проб. Оба варианта часто используют в сочетании с предварит. разделением и концентрированием экстракцией, дистилляцией, ионным обменом, хроматографией, что в ряде случаев позволяет косвенно определять некоторые неметаллы и орг. соединения.
Методы атомно-абсорбционного анализа применяют также для измерения некоторых физических и физико-химических величин - коэффициент диффузии атомов в газах, температур газовой среды, теплот испарения элементов и др.; для изучения спектров молекул, исследования процессов, связанных с испарением и диссоциацией соединений.
Заключение
Атомно-абсорбционный анализ (атомно-абсорбционная спектрометрия) как инструментальный метод количественного определения элементного состава веществ по атомным спектрам поглощения за относительно короткое время достиг весьма широкого распространения в аналитической практике.
Впервые спектральные линии поглощения атомов были обнаружены при изучении спектра Солнца в самом начале XIX века Волластоном, а затем и Фраунгофером. Непосредственная связь вида спектров атомного поглощения и испускания с химическим составом нагретого газа была установлена в работах Бунзена и Кирхгофа (1859-1861 гг.). С тех пор спектры испускания (эмиссии) атомов, легко поддающиеся измерению, очень широко и успешно используют для качественного и количественного определения всех элементов. Периодической таблицы в пробах самого разнообразного состава и любого агрегатного состояния. Спектры поглощения (абсорбции) атомов в аналитических целях начали применять с тридцатых-сороковых годов XX века для идентификации некоторых элементов в атмосферах звезд и для земных дел: определения содержания ртути в различных пробах и атмосфере помещений. Но распространенность метода как инструментального и лабораторного была ограничена, так как отсутствовала удобная и высокочувствительная схема измерения.
Метод позволяет определять сейчас около 70 элементов. В основном это металлы, но возможно применение метода и для некоторых неметаллов: As, B, P, Se, Si и Te. Причем для большинства определяемых элементов (около 40) возможно достижение относительно низких пределов обнаружения: в пламенном варианте - обычно от десятых долей до десятков и сотен микрограмм/литр (мкг/л, ppb); в электротермическом варианте - от тысячных до десятых долей микрограмм/литр. Для твердых проб относительные пределы обнаружения (массовые доли - мас. %) в пламени и электротермических атомизаторах увеличиваются по сравнению с жидкими пробами примерно в 100 раз (из-за разбавления при растворении проб). Абсолютные пределы обнаружения различных элементов в пламенном варианте метода составляют 10-1-105 нг, в электротермическом варианте - (10-5-10) нг. Для таких элементов, как As, Cd, Hg, Se, Zn и некоторых других, пределы обнаружения, реализуемые в методе атомно-абсорбционной спектрометрии с серийно выпускаемой аппаратурой, являются одними из самых низких в аналитической химии. Лишь элементы, образующие в атомизаторах термостойкие соединения (в первую очередь, оксиды и карбиды с высокими энергиями диссоциации), не могут быть определены с достаточным для практических целей пределом обнаружения в пламенном и электротермическом вариантах метода атомно-абсорбционного анализа.
Список литературы
1. Львов Б.В., Атомно-абсорбционный спектральный анализ, М, 1966;
2. Прайс В., Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия, пер. с англ., М., 1976;
3. Харламов И.П., Еремина Г.В., Атомно-абсорбционный анализ в черной металлургии, М., 1982;
4. Николаев Г.И., Немец А.М., Атомно-абсорбционная спектроскопия в исследовании испарения металлов, М., 1982;
5. Хавезов И., Цалев Д., Атомно-абсорбционный анализ, пер. с болг., Л., 1983. Б.В. Львов. Л.К. Ползик.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Природа спектров электромагнитного излучения и структура атомов. Явление абсорбции света, принципы спектрального и атомно-абсорбционного анализа. Сущность закона Бугера-Ламберта-Бера. Фотоколориметрические методы измерения интенсивности окраски растворов.
курсовая работа [556,9 K], добавлен 21.03.2014Принцип и схема аналитического процесса. Оптическая система атомно-абсорбционного спектрометра. Источник первичного излучения. Разрядные трубки с парами металлов. Лампы с полым катодом. Безэлектродные разрядные трубки с микроволновым возбуждением.
контрольная работа [853,8 K], добавлен 10.01.2012Теория атомно-эмиссионного спектрального анализа. Основные типы источников атомизации, описание процессов, происходящих в пламени. Принципиальная схема атомно-эмиссионного фотометра. Спектрографическая, спектрометрическая и виртуальная оценка спектра.
контрольная работа [590,9 K], добавлен 29.03.2011Контроль качества пищевых продуктов как основная задача аналитической химии. Особенности применения атомно-абсорбционного метода определения свинца в кофе. Химические свойства свинца, его физиологическая роль. Пробоподготовка, методики определения свинца.
курсовая работа [195,2 K], добавлен 25.11.2014Химическое влияние железа и других тяжелых металлов на человека. Гравиметрический и титриметрический методы, потенциометрия, вольтамперометрия, кулонометрия, электрогравиметрия, атомно-эмиссионная спектроскопия, фотометрический и люминесцентный анализы.
курсовая работа [57,7 K], добавлен 08.12.2010Основы атомно-эмиссионного спектрального анализа, его сущность и область применения. Пламя, искра и высокочастотная индуктивно-связанная плазма как источники возбуждения спектра. Суть спектрографического, спектрометрического и визуального анализа.
курсовая работа [772,5 K], добавлен 09.11.2010Процедура анализа содержания бериллия в природной воде, критерии выбора анализатора. Способ регистрации, отображения и использования информации. Назначение и структурная схема атомно-абсорбционного спектрометра. Источники составляющих полной погрешности.
курсовая работа [473,1 K], добавлен 08.02.2012Атомно-абсорбційний аналіз - метод кількісного елементного аналізу по атомних спектрах поглинання (абсорбції) рідини. Принципова схема полум'яного атомно-абсорбційного спектрометра. Визначення деяких токсичних елементів за допомогою даного методу.
курсовая работа [193,5 K], добавлен 22.05.2012Определение содержания тяжелых металлов в отходах производства. Принципы атомно-абсорбционной спектрометрии. Требования к подготовке пробы. Устройство спектрометра, порядок его установки. Приготовление растворов для градуировки, проведение исследования.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 09.03.2016Аналитические характеристики метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Основные узлы приборов АЭС-ИСП. Разработка методики анализа твёрдых веществ. Выбор растворителя для катализатора. Определение концентраций в растворах.
дипломная работа [399,0 K], добавлен 14.06.2014Методы анализа, основанные на поглощении электромагнитного излучения анализируемыми веществами. Атомно-абсорбционный анализ. Молекулярно-абсорбционный анализ. Схема фотометрических исследований. Метод стандартных серий и колориметрического титрования.
реферат [157,5 K], добавлен 24.01.2009Разработка метода определения содержания компонентов в составе наноструктурированных композиционных материалов для авиакосмической промышленности на примере разработки референтной методики для образца меди (метод атомно–абсорбционной спектрометрии).
дипломная работа [3,2 M], добавлен 21.09.2016Физико-химические методы определения цинка. Люминесцентный, рентгенофлуоресцентный, полярографический, атомно-абсорбционный, радиоактивационный, фотометрический метод анализа. Кривые амперометрического титрования. Зависимость силы тока от объема титранта.
курсовая работа [463,5 K], добавлен 23.06.2015Атомно-молекулярное учение Ломоносова о строении вещества. Молекула как наименьшая частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства. Современное изложение основных положений атомно-молекулярного учения. Открытие катодных лучей Круксом.
презентация [658,4 K], добавлен 14.04.2012Основные этапы развития химии. Алхимия как феномен средневековой культуры. Возникновение и развитие научной химии. Истоки химии. Лавуазье: революция в химии. Победа атомно-молекулярного учения. Зарождение современной химии и ее проблемы в XXI веке.
реферат [24,8 K], добавлен 20.11.2006Использование новых методов определения содержания элементов. Пламенно-фотометрический, атомно-абсорбционный, спектральный, активационный, радиохимический и рентгенофлуоресцентый методы анализа. Проведение качественного анализа образца минерала.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 03.05.2012Потенціал ідеального іоноселективного електрода. Визначення важких металів у харчових продуктах. Використання атомно-абсорбційної спектрофотометрії. Характеристика та практичне застосування тонкошарової хроматографії. Атомно-емісійний спектральний аналіз.
контрольная работа [70,2 K], добавлен 28.10.2015Строение металлов в твердом состоянии. Энергетические условия взаимодействия атомов в кристаллической решетке вещества. Атомно-кристаллическое строение. Кристаллические решетки металлов и схемы упаковки атомов. Полиморфные (аллотропические) превращения.
лекция [1,5 M], добавлен 08.08.2009Цель практического эмиссионного спектрального анализа, его сущность, точность и применение. Особенности стилоскопического анализа, основные характеристики спекрографа. Метод трех стандартных образцов, постоянного градуировочного графика и добавок.
реферат [135,6 K], добавлен 09.11.2010Характеристика методик и области применения атомно-абсорбционной спектрометрии. Фотометрический метод определения алюминия, титана, железа в металлическом марганце и металлическом азотированном марганце. Освоение методов статистической обработки данных.
курсовая работа [771,2 K], добавлен 28.05.2010
