Гридина Н. Н. , новиков А. В. , баранов О. В. Министерство образования и науки Российской Федерации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИя И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ»

(ФГБОУ ВО «МГУДТ»)

 

Гридина Н.Н., Новиков А.В., Баранов О.В.

 

 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.

Часть 2. СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.

АТОМНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

Учебное пособие

Допущено к изданию редакционно-издательским

советом университета в качестве учебного пособия для подготовки бакалавров по направлению 18.03.01 Химическая технология,

29.03.03 Технология полиграфического и упаковочного производства,

20.03.01 Техносферная безопасность

 

Москва

МГУДТ 2016

УДК 543.42(075)

Г 83

 

 

Г 83 Гридина Н.Н., Новиков А.В., Баранов О.В.

Физико-химические методы анализа. Часть 2. Спектральные методы анализа.  Атомная спектроскопия: учебное пособие – М.:МГУДТ, 2016. – 52 с.

 

 

Рецензенты:

– доцент кафедры аналитической химии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева (РХТУ), к.х.н., доц. Ермоленко Ю.В.

   – доцент кафедры ХТВМ  ФГБОУ ВО «МГУДТ», к.т.н., Панкратова Е.В.

 

В учебном пособии «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА. Часть 2. СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА. АТОМНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ» кратко рассмотрены теоретические основы  атомно-эмиссионного анализа, пламенной фотометрии, атомно-абсорбционного метода,  приведены схемы и описание установок, методики работы на них, а также   методики выполнения лабораторных работ. Даны  рекомендации для выполнения учебно-исследовательских заданий при прохождении лабораторного практикума, а также по обработке и представлению полученных результатов количественных определений.

Учебное пособие предназначено для обучающихся по направлениям подготовки 18.03.01 Химическая технология, 29.03.03 Технология полиграфического и упаковочного производства и 20.03.01 Техносферная безопасность всех форм обучения и будет использовано при изучении дисциплины «Физико-химические методы анализа»

 

 

УДК 543.42(075)

 

 

Подготовлено к печати на кафедре

химии и технологии полимерных

материалов и нанокомпозитов

 

Печатается в авторской редакции.

 

 

	© МГУДТ, 2016
	© Гридина Н.Н., Новиков А.В., Баранов О.В., 2016

СОДЕРЖАНИЕ

	Введение		4
1.	ЭМИССИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ		5
	1.1. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3.   1.2. 1.2.1.   1.2.2. 1.3.	Установка для эмиссионного спектрального анализа Установка с визуальной регистрацией спектра Установка с фотографической регистрацией спектра Многоканальная фотоэлектрическая установка для промышленного спектрального анализа Обнаружение примесей элементов на волокнах, в объектах Качественный анализ с визуальной регистрацией спектра окружающей среды Качественный анализ с фотографической регистрацией спектра Вопросы для самопроверки	7 9 9 12   13 13   16 17
2.	ПЛАМЕННАЯ ФОТОМЕТРИЯ		18
	2.1. 2.1.1.   2.1.2. 2.2. 2.3.   2.4. 2.4.1.   2.4.2.     2.5.	Установка для метода пламенной фотометрии Указания по технике безопасности при работе на пламенном фотометре Пламенный фотометр ПФМ Методы количественного анализа Исследование условий определения методом пламенной фотометрии Определение щелочных и щелочноземельных металлов в технологических растворах, сточных и природных водах Определение щелочных и щелочноземельных металлов в технологических растворах Качественное и количественное определение натрия, калия, лития и кальция в водах Работа 1. Определение ионов лития в промывных и сточных водах производства волокон из ароматических полиамидов Работа 2. Определение ионов лития в промывных и сточных водах методом ограничивающих растворов Работа 3. Определение ионов натрия и кальция в водах Вопросы для самопроверки	20   21 22 24   24 25   25   30   31   33 36 38
3.	АТОМНО – АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ		38
	3.1. 3.2. 3.3.     3.4.	Спектрофотометр AAS – 30 Установка для метода атомно-абсорбционной спектроскопии Определение ионов металлов в технологических растворах и водах Работа. Определение ионов металлов Zn, Cu, Fe в сточных и технологических водах Вопросы для самопроверки	41 42 45   48 50
	Литература		51

 

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие предназначено для студентов, выполняющих лабораторный практикум по дисциплине «Физико-химические методы анализа» (ФХМА). Методы атомной спектроскопии широко используют в химико-аналитическом контроле технологических процессов и загрязнений окружающей среды.      

В пособие включены практические работы  по методам атомно-эмиссионного анализа, пламенной фотометрии, атомно-абсорбционной спектроскопии и рекомендации по их выполнению. Каждый раздел включает краткие теоретические положения, схемы установок и методики работы на них, последовательность выполнения лабораторных работ данным методом. Описание работ представлено таким образом, чтобы студент мог выполнить учебно-исследовательскую работу (УИР) по выбору условий определения компонентов в предложенном объекте анализа, составить методику определения, а также использовать предложенный метод для анализа не только описанных в пособии объектов, но и других объектов.

Материал пособия позволяет студентам самостоятельно подготовиться к выполнению лабораторных работ, правильно оформить и представить результаты эксперимента; контрольные вопросы в конце каждого раздела – проверить свой уровень понимания и освоения изучаемого метода анализа, подготовиться к защите лабораторных работ.

Перед выполнением практической работы студент в лабораторном журнале самостоятельно составляет конспект. Он включает название и цель работы, краткие теоретические основы метода, (на чем основан метод, какая измеряемая величина является аналитическим сигналом и как он связан с концентрацией определяемого компонента). Далее  зарисовать блок-схему установки и записать названия отдельных ее узлов и их назначение. Методику измерений на приборе в журнал переписывать не следует. Привести последовательность выполнения этапов работы.

При выполнении работы все результаты измерений и расчетов концентраций записывают в подготовленные таблицы, указанные в пособии. Построение градуировочных графиков выполняют на миллиметровой бумаге в соответствии с рекомендациями раздела 1 учебного пособия «Физико-химические методы анализа. Часть 1. Электрохимические методы анализа» [1]. Для каждого этапа работы записывают методику выполнения и формулы для расчетов.

С целью оценки воспроизводимости и правильности результатов анализа каждая лабораторная работа заканчивается математической обработкой результатов определения.  Порядок проведения этих расчетов и форма представления результатов приведены в [1,2].

Порядок выполнения работы

1. Градуировка шкалы прибора.

2. Проверка чистоты графитовых электродов.

3. Анализ образца на присутствие примеси элементов.

   Градуировка шкалы прибора

1. Зачищают два железных электрода и устанавливают их в держателе на расстоянии 2 мм друг против друга.

2. Устанавливают переключатель режима работы в положение «дуга», а тумблер «сила тока» в положение 4А и включают прибор.

3. Рассматривают спектр железа в окуляр, сопоставляя его со спектром на планшете атласа спектральных линий. Например, находят в атласе спектра железа линию с длиной волны 6393,6 Å (639,36 нм). Отыскивают эту линию в поле зрения окуляра стилоскопа, устанавливают её точно по стрелке-указателю в поле зрения окуляра и записывают соответствующий отсчёт по шкале стилоскопа. Полученные значения заносят в таблицу 1.1. Аналогичным образом проводят отсчёты для всех других линий, указанных в таблице.

4. По данным таблицы строят дисперсионную кривую (рисунок 1.8), откладывая по оси абсцисс длину волны линии, а по оси ординат – соответствующее показание по шкале барабана.

 

Таблица 1.1 – Результаты отсчёта по шкале прибора

 

Длина волны линии, Å	Показания по шкале прибора	Область спектра
6393,6        6027,1        5569,6        4510,9        5202,3        5051,6        4878,2        4375,9		Красная Оранжевая Жёлтая Жёлто-зелёная Зелёная Голубовато-зелёная Зелёно-синяя Фиолетовая

Рисунок  1.8 – Дисперсионная кривая стилоскопа

 

5. Для проверки правильности выполненной градуировки стилоскопа находят в атласе линию железа с длиной волны 5424,1 Å (542,1 нм), а по дисперсионной кривой определяют соответствующий этой линии отсчёт. Устанавливают по барабану нужное деление. Если дисперсионная кривая построена правильно, то под стрелкой-указателем в окуляре должна оказаться соответствующая линия железа.

 

 

             Проверка чистоты графитовых (угольных) электродов

В держателе электродов устанавливают два чистых графитовых или угольных электрода, устанавливают силу тока 4А и включают дугу переменного тока. Наблюдая спектр в окуляре стилоскопа, отмечают по шкале барабана положение всех линий, появляющихся в спектре. Результаты измерений заносят в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Проверка чистоты графитовых электродов

Номер измерения	Показания по шкале прибора	Область спектра
1 2 3 …

 

Порядок выполнения работы

1. Подготовка образца к анализу.

2. Снятие спектра железа и анализируемого образца.

3. Расшифровка спектров.

Анализируемый образец измельчают ножницами до размера 0,5 – 1,0 мм и озоляют под тягой на медленном огне в фарфоровом тигле. Снимают спектры железа и золы анализируемого текстильного материала на одной фотопластинке по методике, описанной в разделе 1.1.2. После обработки фотопластинки проводят расшифровку спектра анализируемого образца на спектропроекторе с помощью атласа спектральных линий по методике, описанной в разделе 1.1.2. Результаты расшифровки записывают в журнал по форме таблицы 1.4.

С помощью планшета № 14 атласа спектральных линий на спектре обнаружена интенсивная линия с длиной волны 2881,6 Å, принадлежащая атому кремния. Для подтверждения присутствия в образце атомов кремния по таблицам спектральных линий определяют, что для кремния характерны линии с длиной волны в области 2514 – 2529 Å. Присутствие их в спектре анализируемого образца подтверждают с помощью планшета № 10.

Вывод: образец х/б ткани с гидрофобной отделкой содержит кремний.

 

Таблица 1.4 – Результаты анализа ткани

Номер спектра	Наименование образца	Номер планшета атласа	Длина волны обнаруженного элемента, Å	Обнару-женный элемент	Интенсив-ность линий
1	Зола х/б ткани с гидрофобной отделкой	14 14	2881,6 2987,6	Si Si	Сильная Средняя
2	Зола х/б ткани с гидрофобной отделкой	10 10 10	2516,1 2506,9 2519,2	Si Si Si	Сильная Сильная Средняя

 

Вопросы для самопроверки

1. На чём основаны методы эмиссионного спектрального анализа?

2. Какие изменения происходят в анализируемом веществе, помещённом в источник возбуждения?

3.  Каким энергетическим переходам соответствуют атомные спектры испускания анализируемых веществ?

4. Каким количественным соотношением определяется изменение энергии атома в процессе излучения?

5. Какой вид имеют эмиссионные спектры?

6. В каких областях электромагнитных волн наблюдаются эмиссионные спектры атомов?

7. Какие источники возбуждения используют в эмиссионном анализе?

8. На чём основан качественный спектральный анализ?

9. Как выполняется качественный эмиссионный анализ?

10. Какие линии в спектре испускания называются аналитическими или последними?

11. Почему спектр железа используют в качестве спектра сравнения при выполнении качественного эмиссионного анализа?

12. На чём основан количественный спектральный анализ?

13. Опишите схему установки для эмиссионного анализа.

14. Какие электроды используют для получения эмиссионных спектров?

15. Какова методика предварительной подготовки образцов волокон и тканей для определения в них примесей элементов?

16. Какова методика предварительной подготовки пробы водного раствора для эмиссионного анализа?

17. Как проводится расшифровка спектров на спектрографе с помощью атласа спектральных линий?

18.  Назовите области применения эмиссионного спектрального анализа.

ПЛАМЕННАЯ ФОТОМЕТРИЯ

Метод пламенной фотометрии является разновидностью эмиссионного спектрального анализа. Он служит для целей количественного анализа и основан на измерении интенсивности характеристического излучения, испускаемого возбуждёнными в пламени атомами, реже молекулами. Метод позволят определять более 40 элементов, обладающих низким потенциалом ионизации. К таким элементам относятся щелочные и щелочноземельные металлы и некоторые другие, имеющие в спектре небольшое количество спектральных линий. Это обстоятельство даёт возможность использовать в приборах вместо дорогих монохроматоров (с призмами и дифракционными решётками) светофильтры, каждый из которых пропускает из всего спектра излучения данного элемента только одну-две резонансные (аналитические) линии. Приборы со светофильтрами называются пламенными фотометрами и используются только для количественного анализа. Приборы  с монохроматорами в виде призм и дифракционных решёток называются спектрофотометрами. Они позволяют снимать спектры и проводить как количественный, так и качественный анализ.

В горелках-атомизаторах горючим может служить любой газ с высокой температурой горения; наиболее часто используют природный газ, пропан, бутан, ацетилен, водород. Сжигая эти газы в токе воздуха или кислорода, получают пламёна с температурой 1800 – 3200°С. Более высокие температуры получают при использовании индуктивно связанной плазмы. Схема ВЧ-плазматрона приведена на рисунке 1.3. Повышение температуры пламени приводит к увеличению числа возбуждаемых элементов и к повышению чувствительности анализа.

Чувствительность определения элементов методом пламенной фотометрии лежит в пределах 0,001 – 5,00 мг/л. Относительная ошибка определения составляет 2 – 4 ℅. Чувствительность представляет собой концентрацию стандартного раствора (мкг/мл), необходимую для того, чтобы вызвать отклонение показаний регистрирующего устройства на 1 %.

Поведение элементов изменяется в зависимости от природы пламени или используемого растворителя. Кроме того, в пламени происходит ряд явлений, с которыми связана часть ошибок метода пламенной фотометрии. Так, нелинейность градуировочных графиков связана с явлениями самопоглощения и ионизации. Схему процессов, происходящих с веществом в атомизаторе при высокой температуре, можно представить следующим образом: 

                                            _{1                   2                         4              6}

МХ_(ж)  ↔ МХ_(г) ↔ М + Х ↔ М⁺ ↔ М²⁺ ↔ · · ·,

            ₃ ↕          ₅ ↕

              М ^*         (М⁺)^*

где М – определяемый элемент; М^* – возбуждённое состояние.

В атомизаторе проба испаряется (стадия 1), затем атомизируется (стадия 2). Далее свободные атомы М участвуют в двух независимых процессах: возбуждении (стадия 3) и ионизации (стадия 4). Образовавшиеся при этом ионы М⁺ также могут возбуждаться (стадия 5) или ионизироваться далее (стадия 6).

Аналитический сигнал формируют лишь возбуждённые одноатомные частицы. Процесс ионизации конкурирует с процессом возбуждения и, таким образом, снижает величину аналитического сигнала. Влияние ионизации проявляется, как  правило, в области малых концентраций.

Для уменьшения степени ионизации легко ионизирующихся элементов добавляют ионизационный буфер – соединение элемента (например, калия), ионизирующегося легче, чем определяемый. Его ионизация приводит к возрастанию электронов в газовой фазе. Тем самым ионизация определяемого элемента М подавляется:

К = К ⁺ + е;  М⁺  + е = М.

Примером спектральных помех может также служить самопоглощение. Оно заключается в том, что часть излучения возбуждённых атомов (2 % от общего числа атомов) может поглощаться невозбуждёнными атомами этого элемента, находящимися в периферийной части пламени. Величина самопоглощения растёт с увеличением концентрации атомного пара. Это нарушает линейную зависимость величины фототока I от концентрации C в области высоких концентраций. Влияние ионизации и самопоглощения на зависимость величины фототока от концентрации приведено на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Влияние ионизации и самопоглощения на форму

                              градуировочной кривой   I = f (C)

Было предложено эмпирическое уравнение Ломакина – Шайбе, учитывающее влияние самопоглощения:

I = a · C ^b,

где b характеризует степень самопоглощения и является функцией концентрации, при увеличении которой непрерывно изменяется от 1 до 0.

Эффективность светового потока зависит и от других факторов. Поэтому использование новых методик требует проведения дополнительных исследований. Например, необходимо проверить влияние фона, скорости подачи горючего газа и окислителя. Влияние фона устраняют установкой прибора на нуль по «нулевому» раствору, т.е. раствору, содержащему все компоненты анализируемого раствора, кроме определяемого элемента. При построении градуировочных графиков лучше всего использовать стандартные растворы близкие по составу к анализируемому раствору. Часто используют для построения градуировочного графика метод добавок. Он основан на добавлении к аликвотной части анализируемого раствора известного количества соли определяемого элемента и регистрации изменения отсчёта, вызванного этой добавкой. Эту операцию проделывают с различными количествами добавки и строят градуировочную прямую, которая должна выходить из начала координат. Затем измеряют интенсивность излучения для анализируемого раствора и по графику определяют концентрацию элемента.

Пламенный фотометр ПФМ

Комплект пламенного фотометра ПФМ состоит из блока питания А и блока фотометра Б (рисунок 2.4). В блоке питания находится электронный стабилизатор напряжения и компрессор для получения сжатого воздуха. В блоке фотометра – распылитель с горелкой, оптическая схема с четырьмя светофильтрами и регистрирующее устройство. Блок питания соединён с фотометром электрическим шлангом 1 и шлангом 2 для подачи сжатого воздуха.

Рисунок 2.4 – Пламенный фотометр ПФМ

 

Порядок выполнения работы

1. Подготовка пламенного фотометра к работе.

2. Качественный анализ воды на содержание Na ⁺, K ⁺, Li ⁺ и Ca ²⁺.

3. Выбор режима работы пламенного фотометра для обнаружения каждого катиона.

4. Приготовление серии стандартных растворов и построение градуировочных зависимостей.

5. Измерение интенсивности излучения элементов в анализируемом растворе.

6. Расчёт концентрации определяемых ионов в анализируемом растворе.

 

Качественный анализ воды проводят в одной пробе, последовательно проверяя наличие Na ⁺, K ⁺, Li ⁺ и Ca ²⁺, меняя при этом светофильтры, чувствительность прибора и щели диафрагм. Давление воздуха и газа поддерживают постоянными. Установив нужный светофильтр, проверяют наличие элемента сначала при самой низкой чувствительности прибора «1» и показании ирисовой диафрагмы «30». При отсутствии показаний микроамперметра следует повысить чувствительность прибора или изменить положение постоянной и ирисовой диафрагмы. Изменение режима работы прибора должно каждый раз сопровождаться корректировкой «нуля» по дистиллированной воде. Вывод об отсутствии или наличии ионов заносят в таблицу 2.7.

После проведения качественного анализа выбранный оптимальный режим работы прибора поддерживают постоянным для количественного определения найденных ионов металлов.

 

Таблица 2.7 – Результаты качественного анализа

 

Наименование показателя	Значение показателя при светофильтре
	№1	№2	№3	№4
Чувствительность Положение диафрагмы               постоянной               ирисовой Показания микроамперметра,               µА* Вывод о наличии ионов

 * Оптимальному режиму прибора соответствуют показания шкалы микроамперметра, близкие 50, что регулируется положением диафрагм.

Серию стандартных растворов для градуировочного графика готовят из исходного стандартного раствора путём его разбавления таким образом, чтобы при максимальной концентрации стандартного раствора показания микроамперметра составляли 80 – 90 µА, а при минимальной – 10-20 µА.

После построения градуировочного графика снимают показания прибора для анализируемого раствора пять-шесть раз. Результаты записывают в таблицу 2.4, а при использовании метода ограничивающих растворов – в таблицу 2.6. Математическую обработку результатов определения проводят с учётом разбавления анализируемого раствора. Результаты расчётов заносят в таблицы 2.4. и 2.5.

 

Работа 1. Определение ионов лития в промывных и сточных водах производства волокон из ароматических полиамидов

Цель работы: Определить содержание ионов лития в промывных и сточных водах производства волокон из ароматических полиамидов методом пламенной фотометрии и оценить случайную погрешность результата определения.

Определение ионов лития выполняют с использованием метода градуировочного графика. Основные условия определения приведены в таблице 2.8.

Задание

1. Кратко законспектировать теоретические основы метода и зарисовать схему установки [3].

2. Записать методику построения градуировочного графика, построить градуировочную зависимость и вывести уравнение линейного участка графика  на ЭВМ.

3. Записать методику определения и рассчитать содержание ионов Li в растворе. Для одного из параллельных измерений содержание лития определить по графику.

4. Провести математическую обработку результатов определения и результаты расчёта представить в виде таблицы 2.5.

 

Таблица 2.8 – Условия определения Li нафотометре ПФМ

 

Объект анализа	Опреде ляемый металл	Условия определения
		Номер светофильтра	Концентр.исходн. станд. р-ра, Ccn, мкг/мл	Чувствит. при-бора ПФМ
Промывные и сточные воды	Li	3	100	2(3)

 

Задание

1. Кратко законспектировать теоретические основы метода и зарисовать схему установки

2. Записать методику построения градуировочного графика, построить градуировочный график.

3. Записать методику определения и рассчитать содержание ионов Li в анализируемом растворе.

4.  Провести математическую обработку результатов определения и результаты расчёта представить в виде таблицы 2.10.

Задание

 

1. Кратко законспектировать теоретические основы метода и зарисовать схему установки.

2. Записать методику построения градуировочного графика, заполнить таблицу для построения градуировочного графика.

3.  Записать методику определения и рассчитать содержание ионов металла в анализируемом растворе.

4.  Провести математическую обработку результатов определения и результаты расчёта представить в виде таблицы 2.5.

Таблица 2.14 – Условия определения ионов металлов на ПФМ

 

Объект анализа	Опреде ляемый металл	Условия определения
		Номер светофильтра	Концентр. исходн. станд.р-ра, Сст, мкг/мл	Чувствит. при-бора ПФМ
Природные воды	Na	1	500	1
Природные воды	Са	4	1250	2(1)

Вопросы для самопроверки

1. На чем основан метод пламенной фотометрии?

2. Чем отличаются источники возбуждения в методах эмиссионного спектрального анализа и пламенной фотометрии?

3. Какие основные процессы протекают в пламени горелки?

4. Каковы чувствительность и погрешность в методе пламенной фотометрии?

5. Назовите основные узлы пламенного фотометра?

6. При работе на пламенном фотометре в какой последовательности следует включать подачу газа и воздуха и в какой – выключать?

7. Что следует сделать при появлении запаха газа в процессе работы на пламенном фотометре?

8. На чём основан метод градуировочного графика и как определить концентрацию металла в растворе методом градуировочного графика?

9. На чём основан метод ограничивающих растворов и как определить концентрацию металла в растворе методом ограничивающих растворов?

10. Как провести качественный анализ воды?

11. Можно ли определить при совместном присутствии ионы щелочных и щелочноземельных металлов?

12. В чём назначение метода пламенной фотометрии?

 

Спектрофотометр AAS-3 0

Атомно-абсорбционный спектрофотометр ААS-30 представляет собой управляемый микрокомпьютером прибор для анализа на основе абсорбционных и эмиссионных спектров веществ, атомизированных в пламени горелки или графитовой кювете. Спектрофотометр может работать по двухлучевой и однолучевой схеме с компенсацией фонового излучения в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра. В микропроцессор, управляющий спектрофотометром, заложено постоянно сохраняемое прикладное программное обеспечение. Пользователь имеет прямой доступ к нему с помощью встроенного дисплея и клавиатуры.

При пламенном режиме атомизации используют следующие газовые смеси: пропан - сжатый воздух; ацетилен – сжатый воздух; ацетилен – закись азота. Характеристическое излучение, прошедшее через пламя, попадает на монохроматор через входную щель, ширина которой регулируется от 0 до 1 мм. В качестве монохроматора используют две дифракционные решётки: для ультрафиолета – с 2604 штрихами на 1 мм; для видимой области – с 1302 штрихами на 1 мм. Регулирование длин волн в диапазоне 190 – 865 нм осуществляется вручную. Преобразователем электромагнитного излучения в электрический ток служит фотоэлектронный умножитель. Электрический сигнал обрабатывается в цифровой форме на компьютере.

Обработка сигнала компьютера осуществляется в соответствии с набором параметров, введённых с клавиатуры. Результаты обработки отражаются на дисплее, распечатываются или выводятся на самописец.

Выбор рабочего режима прибора осуществляется посредством диалога через дисплей и клавиатуру. При статистической обработке результатов определения выполняется расчёт среднего значения, стандартного и относительного стандартного отклонения.

При измерении концентрации спектрофотометр может быть отградуирован по нескольким (вплоть до 9-и) стандартным растворам с автоматической аппроксимацией и графическим представлением градуировочной функции.

 На рисунке 3.5 приведена передняя панель спектрофотометра ААS – 30. Под ламповым кожухом 1 находятся лампы с полым катодом. Газовоздушная смесь с аэрозолем определяемого соединения из камеры смешения 8 попадает в титановую двухщелевую горелку 9.

Длина волны монохроматора устанавливается вручную барабаном грубой 6 и плавной 7 регулировки. Цифровая индикация длин волн осуществляется счётчиками 2 и 4, каждый из которых соответствует одной из решёток. Работающий счётчик маркируется одним из двух светодиодных индикаторов 3 и 5.

В правой части прибора находится барабан регулировки 11 и цифровой индикатор 10 ширины щели монохроматора. Результаты измерений и параметры прибора отображаются на экране дисплея 13, ниже расположена клавиатура управления 14. Печатающее устройство 12 расположено внутри прибора, ячейка с анализируемым раствором – на столике 15.

 Хорошая воспроизводимость во времени условий горения обеспечивается автоматизированной системой газовых потоков. На панели газового блока расположены ручки редукторов: 26 – для установки давления окислителя; 23 – расхода горючего газа; 20 – расхода дополнительного окислителя. Манометр 27 служит для установки и индикации давления окислителя. Расход окислителя, ацетилена и пропана регулируются по расходомерам 28.

Автоматический операционный газовый блок содержит следующие рабочие элементы: ключ 22 для поджига пламени; ключ 24 для его гашения; ключ 19 для смены окислителя; ключ 16 для контроля подачи окислителя; ключ 17 для контроля подачи горючего газа; светодиодные индикаторы 21 для идентификации газовых смесей. Выключатель 18 включает автоматику газового блока.

 

 

 

Рисунок 3.5 – Спектрофотометр AAS-30

 

Методика измерений

Выбор и установку режимов работы, ввод и вывод информации, выключение прибора выполняет инженер. Пуск установки осуществляется с клавиатуры управления 14.

1. Устанавливают длину волны барабаном грубой регулировки 6 COARCE и барабаном плавной регулировки 7 FINE. Длина волны в ультрафиолетовой области спектра отображается на счётчике 2 со светодиодным индикатором 3, а длина волны в видимом диапазоне спектра – на счётчике 4 со светодиодным индикатором 5.

2. Устанавливают требуемую ширину щели барабаном регулировки 11 SLIT. Индикатор 10 показывает ширину щели в миллиметрах.

3. Подсоединяют электрический кабель к сетевому источнику тока.

4. Нажимают клавишу ON на клавиатуре 14.

5. Устанавливают горелку для воздушно-пропановой смеси, имеющую длину щели 100 мм.

6. Регулируют давление на выходе редукторов (500 кПа для сжатого воздуха и 140 кПа для пропана).

7. Регулятором 25 ОХ устанавливают давление в распылителе равным 100 кПа. Установленное значение фиксируют манометром 27.

8. Регулятором 20 AUX устанавливают расход воздуха 400 л/ч. Установленное значение фиксируют на расходомере 28.

9. Регулятором 23 FUEL устанавливают расход пропана 20 л/ч. Установленное значение фиксируют по расходомеру 28.

10. Включают выключатель питания 18 POWER.

11. Нажимают на короткое время клавишу 22 IGN; рычажок поджигания с нитью накаливания автоматически подожжёт пламя в течение 10 с.

12. Перед началом измерений через распылитель в течение нескольких минут пропускают растворитель.

13. Устанавливают базовый режим работы спектрофотометра нажатием на клавиатуре клавиши 14 RESET. На экране дисплея во время регулировки прибора стоит надпись INITIATE. Параметры и состояния, относящиеся к базовому режиму, даны в описании функциональной клавиатуры. Если базовый режим выставлен правильно, на экране появляется символ «*», указывающий на готовность прибора к диалогу с пользователем.

14. Вводят параметры рабочего режима работы спектрофотометра.

15. Опускают капилляр распылителя в ячейку со стандартным раствором. Атомные поглощения и концентрации стандартных растворов выводятся в буквенно-цифровом виде или в виде градуировочного графика на экран дисплея.

16. Полученную информацию выводят на печатающее устройство.

17. Промывают горелку и смесительную камеру дистиллированной водой.

18. Измеряют атомное поглощение элемента, содержащегося в анализируемом растворе. Атомные поглощения и полученные концентрации выводят на печать.

19. Проводят математическую обработку результатов определения, результаты выводят на печать.

20. Промывают горелку дистиллированной водой в течение нескольких минут.

 

Порядок выполнения работы

1. Подготовка спектрофотометра к работе.

2. Приготовление серии стандартных растворов, их фотометрирование и построение градуировочного графика.

3. Расчёт объёма пробы анализируемого раствора для её разбавления.

4. Измерение атомного поглощения для анализируемых растворов.

5. Расчёт концентрации определяемого элемента в анализируемом растворе.

 

Методика определения концентрации ионов металлов

Из исходных стандартных растворов солей готовят стандартные водные растворы меньшей концентрации (см. таблицу 3.2.). Для приготовления стандартных растворов в пять мерных колб вместимостью 50,00 мл переносят рассчитанные количества исходных стандартных растворов ионов металлов и доливают до метки дистиллированную воду. Шестую колбу той же вместимости используют для разбавления анализируемого раствора в случае необходимости. Все растворы тщательно перемешивают и наливают в полиэтиленовые стаканчики.

Устанавливают на спектрофотометре параметры рабочего режима. Снимают показания атомного поглощения А для стандартных растворов и анализируемого раствора и распечатывают их на печатающем устройстве.

Результаты измерений атомного поглощения для стандартных растворов вносят в таблицу 3.3 и строят по ним градуировочный график зависимости атомного поглощения от концентрации определяемого элемента.

 

Таблица 3.3 – Данные для построения градуировочного графика

 

Наименование показателя	Значения показателя для стандартного раствора
	№1	№2	№3	№4	№5
Объём исходного стандартного раствора   V, мл
Концентрация стандартного раствора Ci, мкг/мл
Атомное поглощение стандартного раствора, A

 

Если разбавлять анализируемый раствор не нужно, измеряют атомное поглощение 5-6 раз, каждый раз заливая в стаканчик новую порцию анализируемого раствора. Результаты измерения атомного поглощения, концентрацию определяемого элемента и результаты математической обработки вносят в таблицу 3.4.

Если анализируемый раствор необходимо разбавить, из него отбирают три пробы и разбавляют их в мерных колбах. Для каждой пробы проводят по три параллельных измерения.

 

Таблица 3.4 – Результаты определения ионов металлов

 

Номер измере-ния	Атомное поглощение	С i анали-зируемого раствора, мкг/мл	Среднее значение   Сср, мкг/мл	Стандартное отклонение   S, мкг/мл	C ср ± δ, мкг/мл
1 2 3 ...