6 -подача суміші горючих газів в додаткову пальник; 7 - подача суміші горючихгазів і аерозолю в основний пальник.
Дляутворення полум'я готують газову суміш, що складається з горючого газу тагазу-окислювача. Вибір компонентів тієї чи іншої газової суміші визначається,насамперед, необхідною температурою полум'я.
Таблиця2 містить інформацію про температурах різних племен в атомно-емісійномуаналізі та їх основні характеристики.
Таблиця2 Характеристика племен, застосовуваних в атомно-емісійному аналізі
Склад суміші
T Вє C
Горючий газ
Окислювач
метан CH4
Повітря
1700 -1900
водень H2
Повітря
2000-2100
ацетилен C 2 H 2
Повітря
2100-2400
ацетилен C 2 H 2
N 2 O
2600-2800
ацетилен C 2 H 2
O 2
3050-3150
Існуютьпевні аналітичні характеристики полум'я. Полум'я, безумовно, повиннобути стабільним, безпечним, і вартість компонентів для його підтримки повиннабути невисока; воно повинно мати відносно високу температуру і повільнушвидкість поширення, що підвищує ефективність десольватації і отриманняпара, і в результаті призводить до великих сигналах емісії, абсорбції абофлуоресценції. До того ж, полум'я повинно забезпечувати відновнуатмосферу. Багато металів в полум'ї мають тенденцію утворювати стійкіоксиди. Ці оксиди тугоплавкі, важко дисоціюють при звичайних температурах уполум'я. Для підвищення ступеня утворення вільних атомів їх необхідновідновити. Відновлення може бути досягнуто майже в будь-якому полум'я, якщостворити швидкість потоку пального газу по більшій, ніж це необхідностехіометрії горіння. Таке полум'я називають збагаченим. Збагачені пламена,утворені такими вуглеводневими горючими, як ацетилен, забезпечуютьпрекрасну відновну атмосферу, обумовлену великою кількістювуглець-вміщуючих радикальних частинок.
Полум'я- Самий низькотемпературний джерело атомізації і збудження, використовуваний в АЕС.Досягаються в полум'ї температури оптимальні для визначення лише найбільшлегко атомізіруемих і збудливих елементів - лужних і лужноземельнихметалів. Для них метод фотометрії полум'я є одним з найбільшчутливих - до 10 -7 % мас. Для більшості інших елементівмежі визначення на кілька порядків вище. Важливе достоїнство полум'я -як джерела атомізації - висока стабільність і пов'язана з нею хорошавідтворюваність результатів вимірювань (S r - 0,01-0,05).
Вибірнеобхідної температури полум'я залежить від індивідуальних властивостей визначуванихречовин.
Якщо,наприклад, необхідно визначати легко збуджуються речовини (лужніметали), то температура полум'я може бути досить низькою.
Електричнадуга. В АЕС використовують дугові розряди постійного і змінного струму. Міжпарою електродів (як правило, вугільних) пропускають електричний розряд. Прицьому в поглиблення одного з електродів поміщають пробу в твердому стані.Температура дугового розряду становить 3000 - 7000 Вє C. Таких температурдостатньо для атомізації і збудження більшості елементів, крім найбільштрудновозбудімих неметалів - галогенів. Тому для великого числа елементівмежі виявлення в дуговому розряді нижче, ніж у полум'ї, і складають - 10 -4 - 10 -2 мас. %. Дугові атомізатори на відміну від полум'яних, неволодіють високою стабільністю роботи, тому відтворюваність результатів невелика і складає Sr - 0,1-0,2. Тому одна з основних областей застосуваннядугових атомізатор - якісний аналіз.
Електричнаіскра. Іскровий атомізатор влаштований так само, як і дугового і призначений впершу чергу для аналізу твердих зразків на якісному рівні.
Індуктивнопов'язана плазма (ІСП). Найсучасніший джерело атомізації, що володіє найкращимианалітичними можливостями та метрологічними характеристиками. Атомізатор зіндуктивно зв'язаною плазмою являє собою пальник з аргонової плазмою,яка ініціюється іскровим зарядом і стабілізується високочастотноїіндукційної котушкою. Температура аргонової плазми змінюється по висотіпальника і становить 6000 - 10000 Вє C. При таких високих температурахзбуджується більшість елементів. Чутливість методу складає 10 -8 - 10 -2 мас. % Залежно від елемента. Відтворюваністьхарактеристик аргонової пальники висока, що дозволяє в широкомуконцентраційному діапазоні проводити кількісний аналіз з відтворюваністюS r - 0,01-0,05. Основний фактор, що стримує застосування АЕС ІСП -дорожнеча обладнання та витратних матеріалів, зокрема аргону високоїчистоти, споживання якого при проведенні аналізу становить 10-30 л/хв.
Рис. 6.Схема пальники для високочастотного індукційного розряду:
1- Аналітична зона; 2 - зона первинного випромінювання; 3 - зона розряду(Скін-шар); 4 - центральний канал (зона попереднього нагрівання); 5 - індуктор;6 - захисна трубка, що запобігає пробою на індуктор (встановлюється тількина коротких пальниках); 7, 8, 9 - зовнішня, проміжна, центральна трубки відповідно
3.Процеси в полум'ї
Аналізованеречовина МХ у вигляді аерозолю потрапляє в полум'я і там зазнає ряд перетворень:
MX (розчин) ↔ MX (тверде вещ.) ↔ MX (газ) ↔ M + X в†”М + + Х в†” ...
M + hОЅM *
M + +hОЅ (M + ) *
M *- Збуджений стан визначається елемента М.
Напершій стадії відбувається випаровування використовуваного розчинника і утворюютьсямолекулярні форми раніше розчинених речовин в кристалічному стані. Потімвідбувається процес розпаду молекул аналізованих речовин. При досить низькихтемпературах відбувається розпад молекул на атоми, при більш високих температурахможе відбуватися процес іонізації утворилися атомів, а при дуже високихтемпературах можуть утворюватися голі ядра і електронний газ.
Настадії атомізації атомарні частинки за рахунок зіткнення один з одним, або зарахунок поглинання квантів випромінювання збуджуються.
Збудження- Це перехід деяких електронів атома на більш високий енергетичнийрівень.
Взбудженому стані атоми живуть недовго (10 -5 - 10 -8 сек), потім вони повертаються у вихідний стан, випускаючи при цьому квантенергії. Цей квант енергії, испускаемой порушеною атомом - і єаналітичний сигнал в АЕС.
Інтенсивністьлінії в спектрі випускання може бути розрахована по рівнянню:
I ОЅ ісп. = hОЅ 12 A 12 N 1
деh - постійна Планка,
ОЅ 12 - Частота переходу між станами атома 1 і 2, яка пов'язана здовжиною хвилі співвідношенням: ОЅО» = c (с - швидкість світла),
А 12 - Коефіцієнт Ейнштейна, що визначає ймовірність даного переходу,
N 1 - Число атомів, що знаходяться в стані 1.
Вполум'я крім відмічених основних процесів протікають і деякі небажаніпроцеси, що призводять до виникнення перешкод, що заважають визначенню.
Найбільштипові перешкоди класифікуються наступним чином:
•перешкоди при утворенні атомного пара
•спектральні перешкоди
•іонізаційні перешкоди.
Перешкодипри утворенні атомного пара спостерігаються в тих випадках, коли деякийкомпонент проби впливає на швидкість випаровування частинок, що містять визначуванеречовина. Джерелом таких перешкод може бути хімічна реакція, що вп...
