Атомизаторы и источники возбуждения в аналитической химии
Источники возбуждения и атомизации в спектральном анализе
Атомизацию, как источник возбуждения, используют в атомно-адсорбционной спектроскопии. Существует много способов атомизации соединений , осуществляемых в большинстве случаев за счет тепловой энергии электричества или пламени. Для оптимального перехода в атомный пар необходим строгий контроль за температурой. Слишком высокая температура может быть так же неблагоприятна, как и слишком низкая, потому что часть атомов ионизируется и, следовательно, не поглощает при ожидаемых длинах волн. Но, с другой стороны, высокая температура способствует снижению влияния матрицы, поэтому следует найти компромисс между этими температурами.
В атомной эмиссионной спектроскопии используют более мощные источники возбуждения. Как известно свободный атом может принимать энергию от внешнего источника и возбуждаться; это означает, что один из его электронов переходит с основного на более высокий энергетический уровень. Возвращаясь в основное состояние, атом испускает фотон с энергией, соответствующей определенной частоте или длине волны. На практике существует несколько способов возбуждения, из которых наибольшее значение имеют электрические дуга и искра, пламя, электрогенеризованная плазма в газе-носителе. Разберем каждый из этих способов.
 |
. На рис.1 изображена горелка, используемая в пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС). Горючий газ и газ-окислитель подаются в смесительную камеру, где они проходят через
Рис. 1. Горелка с предварительным смешением газов и безвихревым потоком для ААС.
ряд перегородок, обеспечивающих их полное смешение, и поступают в верхнюю часть горелки. Отверстие горелки имеет форму длинной узкой щели, что позволяет получить пламя в виде узкой полосы. Анализируемый раствор засасывается в смесительную камеру с помощью небольшой воздушной форсунки. При использовании такого распылителя получаются капельки разного размера, что может быть причиной плохой воспроизводимости. При прохождении через перегородки смесителя более крупные капли задерживаются, так что в пламя попадают более мелкие однородные по размеру капли.
Горелка с предварительным смешением газов не вполне безопасна в работе, потому что, если пламя попадет в смесительную камеру, произойдет сильный взрыв. Для того чтобы свести к минимуму вероятность проскакивания пламени в камеру, щель горелки нужно сделать как можно более узкой (с тем чтобы газы продувались сквозь нее с большой скоростью), а металлический обод вокруг щели как можно массивнее, так чтобы тепло легко отводилось. Но даже в этом случае, если не регулировать газовый поток должным образом, взрыв возможен. В продажных горелках предусмотрены меры безопасности при проскакивании пламени в камеру. При эксплуатации горелки всегда необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
В качестве окислительного и горючего газов в ААС чаще всего выбирают сжатый воздух и ацетилен. Максимально достигаемая температура составляет около 2200 °С. Если нужна более высокая температура, воздух можно заменить оксидом азота (N2O), -который разлагается с образованием смеси азота и кислорода в соотношении 2:1, тогда как для сжатого воздуха это соотношение равно 4:1; максимальная температура, которую можно получить при горении ацетилена, составляет почти 3000 °С. В горелках с предварительным смешением газов нельзя использовать чистый кислород, поскольку пламя распространяется так стремительно, что проскок в камеру неизбежен.