Атомно-абсорбционная спектроскопия

 

 

 

Метод атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) основан на поглощении (абсорбции) электромагнитного излучения атомами вещества в свободном состоянии. Общую схему атомной абсорбции можно представить следующим образом:

 

А +hν (от внешнего источника излучения) → А^•

 

Атомы поглощают кванты света, соответствующие переходу из основного состояния в возбуждённое. В результате излучение, проходящее через атомный пар, ослабляется. Зависимость степени поглощения излучения от концентрации атомов описывается законом Бугера-Ламберта-Бера:

 

Ig(I_o/I) = k•c•l

 

где I_o – интенсивность падающего излучения; I - интенсивность прошедшего через пар излучения; l – толщина слоя атомного пара; k - атомный коэффициент поглощения. k = 10⁸.

 

Способ атомизации.

 

В ААС аналитический сигнал получают от невозбуждённых атомов, поэтому для атомизации подходят лишь такие источники, энергии которых хватает для распада вещества на атомы, но не для возбуждения атомов. Такими атомизаторами являются пламя и электротермический атомизатор-графитовая кювета, которую нагревают с помощью электрического тока. Анализируемый раствор с помощью распылителя переводится в аэрозоль и подаётся в пламя горелки. Под действием высокой температуры растворитель испаряется, а находящиеся в растворе соли распадаются на атомы, способные поглощать излучение.

Источником излучения является лампа с полым катодом. Лампа с полым катодом представляет собой стеклянный или кварцевый баллон, заполненный инертным газом, внутри которого находятся два электрода-катода и анод. Катод изготавливается из того же металла, который нужно определять. При подаче напряжения на электроды возникает тлеющий разряд с образованием положительных ионов газа- наполнителя, например аргона. Положительные ионы бомбардируют катод, выбивая атомы металла в газовую фазу. Там эти атомы возбуждаются и испускают излучение.

Излучение направляют на пламя (или графитовую кювету), где находятся атомы определяемого элемента. Таким образом, для определения каждого элемента нужна своя лампа.

Приёмником света, прошедшего через пробу, является фотоэлемент или фотоумножитель.

 

Способы определения концентрации

 

Поглощение излучения атомами подчиняется тем же законам, что и поглощение молекулами. Сигнал прямо пропорционален концентрации определяемого компонента. Для определения концентрации используют метод градуировочного графика и метод добавок.

 

Достоинства метода.

 

- Высокая чувствительность, до 10^-3 мкг/мл.

- Высокая избирательность.

- Экспрессность, т.е. быстрота анализа.

 

Методом ААС можно определять около 70 элементов в периодической системе Менделеева. Этот метод успешно применяется для определения цинка, железа, марганца и некоторых других элементов в почвах, удобрениях, растениях, водах и т.д. Используется также в клинических и биологических анализах.

 

Недостатки метода.

 

- Для определения каждого элемента нужна своя лампа.

- Определение только одного элемента в пробе.

 

Полярография

 

Полярографический метод анализа основан на снятии поляризационных кривых и дальнейшей расшифровки вольтамперной кривой для целей анализа.

В прямой полярографии снимается полярографическая кривая, показыавющая изменение силы тока от потенциала рабочего электрода, то есть снимается практически процесс электролиза. Однако схему, используемую для электролиза, составляют так, чтобы поляризовался только один электрод. Для этого его поверхность делают намного меньше, чем поверхность второго электрода (примерно в 1000 раз). В результате при прохождении тока микроэлектрод будет поляризоваться, а электрод с большой поверхностью поляризоваться не будет, то есть его потенциал практически будет оставаться постоянным и его можно использовать как электрод сравнения.

Напряжение Е, подаваемое на электроды, равно:

 

Е =(φ_a - φ_k) + iR, (1)

 

где φ_a и φ_k - потенциалы анода и катода соответственно.

Анод не поляризуется, его потенциал равен нулю, тогда

 

Е = - φ_k + iR, (2)

 

При величине тока 10-6-10^-8А и сопротивлении раствора, не превышающем 10 000 Ом, падение напряжения в электролите (iR) можно пренебречь и тогда

 

Е = - φ_k (3)

 

Следовательно, если обеспечить высокую электропроводность раствора, напряжение, подаваемое на ячейку, численно равно потенциалу рабочего электрода – катода, и при получении полярографической прямой можно на оси абсцисс откладывать величину подаваемого на электроды напряжения.

В качестве рабочего электрода используют ртутный капающий электрод.