Меню Рубрики

Атомно абсорбционный анализ природных вод

Атомно-абсорбционный анализ (атомно-абсорбц. спектрометрия), метод количественного элементного анализа по атомным спектрам поглощения (абсорбции). Через слой атомных паров пробы, получаемых с помощью атомизатора, пропускают излучение в диапазоне 190-850 нм. В результате поглощения квантов света атомы переходят в возбужденные энергетические состояния. Этим переходам в атомных спектрах соответствуют резонансные линии, характерные для данного элемента. Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера, мерой концентрации элемента служит оптическая плотность A = lg(I0/I), где I0 и I-интенсивности излучения от источника соответственно до и после прохождения через поглощающий слой.

Рис. 1. Принципиальная схема пламенного атомно-абсорбционного спектрометра: 1-источник излучения; 2-пламя; 3-монохрома гор; 4-фотоумножитель; 5-регистрирующий или показывающий прибор.

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 безэлектродными лампами. Атомно-абсорбционные спектрометры (ААС) — приборы, предназначенные для проведения количественного элементного анализа (до 70 элементов) по атомным спектрам поглощения, в первую очередь для определения содержания металлов в растворах их солей: в природных и сточных водах, в растворах-минерализатах консистентных продуктов, технологических и прочих растворах.

Основные области применения атомно-абсорбционных спектрометров (ААС) — контроль объектов окружающей среды (воды, воздуха, почв), анализ пищевых продуктов и сырья для их изготовления, медицина, геология, металлургия, химическая промышленность, научные исследования.

Атомизатор — устройство, которое превращает вещество пробы в атомный пар.

Существуют различные методы атомизации:

  • 1)Нагрев
  • 2)Воздействие электромагнитным излучением (а именно светом)
  • 3)Бомбардирование ускоренными частицами

Для атомно-абсорбционного анализа температура пробы должна достигать 2000-3000 °C. Скорость набора температуры 4000-8000 °C/сек.

На практике применяют такие методы атомизации:

Пламя — обычно используется пламя от горючих газов в смеси с окислителями. Наиболее распространенные пламёна

Пропан/воздух — низкотемпературное пламя, более всего пригодно для анализа элементов, которые легко атомизируются, например щелочных металлов. В настоящее время используется достаточно редко.

Ацетилен/воздух — пламя с температурой до 2300С, наиболее распространенное в использовании.

Ацетилен/оксид азота (1) — высокотемпературное пламя (до 3200С), применяется при анализе трудноатомизируемых элементов и для устранения различных мешающих влияний.

Перевод анализируемого объекта в атомизированное состояние и формирование поглощающего слоя пара определенной и воспроизводимой формы осуществляется в атомизаторе — обычно в пламени или трубчатой печи. 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. 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.

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.

Монохроматор — спектральный оптико-механический прибор, предназначенный для выделения монохроматического излучения. Монохроматор состоит из следующих основных частей и узлов: входная спектральная щель, коллиматорный объектив, диспергирующий элемент (призма или дифракционная решётка), фокусирующий объектив и выходная спектральная щель, которая выделяет излучение, принадлежащее узкому интервалу длин волн.

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.

Принцип действия атомно-абсорбционного спектрометра основан на измерении величины поглощения луча света, проходящего через атомный пар исследуемой пробы. Для превращения исследуемого вещества в атомный пар используется атомизатор. В качестве источника света используется различные узкополосные источники света. Для достижения наилучшего результата необходимо соблюдать правила, сформулированные Уолшем:

длина волны, соответствующая максимальному поглощению атомных паров, должна быть равна длине волны максимальной интенсивности излучения источника; полуширина линии поглощения атомных паров должна быть по крайне мере в два раза больше полуширины линии испускания источника

После прохождения через атомные пары исследуемой пробы луч света поступает на монохроматор, а затем на приёмник, который и регистрирует интенсивность излучения.

Методы абсорбционной спектроскопии имеют высокую чувствительность (низкий предел обнаружения), они изберательны и точны. Методы могут быть применины для анализа больших и малых содержаний, но особо ценной их способностью является возможность определения примесей (до 10^-5 …10^-6%). Атомно-абсорбционный метод широко используют как метод массовых, быстрых, селективных и достаточно точных определений металлов. Методом ААС принципиально возможно определять как следовые, так и достаточно высокие содержания.

Недостаток ААС состоит в том, что это одноэлементный метод анализа. Для определения каждого элемента необходимо использовать свою лампу с полым катодом. Для достаточно быстрого определения нескольких элементов можно установить несколько ламп во вращающийся барабан и поочередно облучать атомизатор.

Методы ААА применяют также для измерения некоторых физических и физфизико-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.

Мы выбрали данный метод анализа для количественного определения меди в косметике и продуктах питания.

источник

Сущность атомно-абсорбционного метода анализа. Измерение массовой концентрации металлов в пробах природных и сточных вод, вспомогательные устройства, реактивы и материалы. Теоретические основы и практика применения рентгенофлуоресцентного метода.

Определение тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом

Методика предназначена для выполнения измерений массовой концентрации металлов (марганца, меди, железа, цинка, молибдена) в пробах природных и сточных вод атомно-абсорбционным методом с электротермической атомизацией с использованием атомно-абсорбционного спектрометра «МГА-915».

Диапазон измеряемых концентраций в пробах воды без разбавления:

Объем дозируемой в атомизатор пробы — от 5 до 40 мм 3 .

При анализе проб воды с массовой концентрацией металлов, превышающей верхнюю границу диапазона, допускается разбавление пробы бидистиллированной (деионизованной) водой, но не более чем в 100 раз. (Zn, Cr), не более чем в 1000 раз (Mn, Cu, Fe)

Метод измерения основан на резонансном поглощении света свободными атомами металлов, возникающем при пропускании света через слой атомного пара в графитовой печи атомно-абсорбционного спектрометра «МГА-915». Содержание металлов определяется величиной интегрального аналитического сигнала и рассчитывается по предварительно установленной градуировочной зависимости.

Характеристика погрешности измерения

Методика обеспечивает выполнение измерений с погрешностью, не превышающей величин, указанных в табл.2.

Диапазон измеряемых массовых концентраций, мг/дм3

Характеристика погрешности измерений, ±д, %

Средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы

Средства измерений и стандартные образцы

Спектрометр атомно-абсорбционный «МГА-915»

Весы лабораторные общего назначения 2-го класса точности, например ВЛР-200

Мерные колбы 2-1000-2, 2-100-2,

Пипетки градуированные 2-го класса точности вместимостью 1, 2 , 5 и 10 см3

Дозатор пипеточный одноканальный переменного объема 5-50 мм3. Погрешность измерения — не более ±5 %

Государственные стандартные образцы состава раствора определяемых ионов (1 мг/см3, погрешность аттестованного значения ±1 %):

Допускается использование средств измерений и стандартных образцов с аналогичными или лучшими метрологическими характеристиками. Средства измерений должны быть поверены в установленные сроки.

Общие требования к отбору проб по ГОСТ Р 51592-2000. Отбор проб природной воды производится по ГОСТ 17.1.5.05-85, сточной воды по НВН 33.5.3.01-85. Объем отбираемой пробы составляет не менее 50 см 3 . К пробе добавляют 3 см 3 концентрированной азотной кислоты на 1 дм 3 пробы и хранят в посуде из полиэтилена, полипропилена или фторопласта. Пробы перед анализом фильтруют через бумажный фильтр «белая лента» или пористый фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. При фильтровании первые порции фильтрата (не менее 5 см 3 ) следует отбросить. Посуду, предназначенную для отбора проб и хранения проб, промывают раствором азотной кислоты, а затем дистиллированной и бидистиллированной (ионизированной) водой. Срок хранения законсервированной пробы — 3 дня.

Подготовка к выполнению измерений

Для каждого раствора необходимо использовать свою пипетку. Раствор из колбы наливают в стаканчик и из него набирают пипетку. Запрещается погружать пипетку во весь объем раствора во избежание загрязнения.

Рекомендуется иметь отдельный набор посуды для приготовления растворов каждого элемента.

Все растворы готовят на бидистиллированной (деионизованной) воде.

Раствор азотной кислоты, объемная доля 2%

В коническую колбу помещают 300-400 см 3 бидистиллированной деионизованной воды, осторожно, при перемешивании вливают 10 см 3 концентрированной азотной кислоты, доводят до 500 см 3 бидистиллированной водой и перемешивают. Раствор устойчив при хранении в закрытом сосуде из полиэтилена, полипропилена или фторопласта длительное время. Контроль качества раствора азотной кислоты проводят ежедневно перед началом работы. Процедура контроля состоит в измерении массовой концентрации элементов в соответствии с п.7 методики. Если измеренное значение превышает 30% нижней границы диапазона измерения элемента (п.1),то раствор необходимо приготовить заново.

Приготовление градуировочных растворов

Приготовление рабочих растворов массовой концентрации 100мг/дм 3

В мерную колбу вместимостью 50 см 3 помещают при помощи пипетки 5 см 3 государственного стандартного образца состава раствора соответствующего иона, доводят до метки 2 % -ным раствором азотной кислоты и перемешивают. Раствор устойчив при хранении в полиэтиленовой посуде в течение 1 месяца.

Приготовление рабочих растворов массовой концентрации 2мг/дм 3

В мерную колбу вместимостью 100 см 3 помещают при помощи пипетки 2 см 3 рабочего раствора массовой концентрации 100 мг/дм 3 , приготовленного по п. 6.2.2.1, доводят до метки 2%-ным раствором азотной кислоты и перемешивают. Раствор устойчив при хранении в полиэтиленовой посуде в течении 2 недель.

Приготовление рабочих растворов массовой концентрации 1мг/дм 3

В мерную колбу вместимостью 100 см 3 помещают при помощи пипетки 1 см 3 рабочего раствора массовой концентрации 100 мг/дм 3 , приготовленного по п. 6.2.2.1, доводят до метки 2%-ным раствором азотной кислоты и перемешивают. Раствор устойчив при хранении в полиэтиленовой посуде в течении 2 недель.

Приготовление рабочих растворов массовой концентрации 20мкг/дм 3

В мерную колбу вместимостью 100 см 3 помещают при помощи пипетки 2 см 3 рабочего раствора массовой концентрации 1 мг/дм 3 , приготовленного по п. 6.2.2.3, доводят до метки 2%-ным раствором азотной кислоты и перемешивают. Раствор используют свежеприготовленным.

Приготовление рабочих растворов массовой концентрации 10мкг/дм 3

В мерную колбу вместимостью 100 см 3 помещают при помощи пипетки 1 см 3 рабочего раствора массовой концентрации 1 мг/дм 3 , приготовленного по п. 6.2.2.3, доводят до метки 2%-ным раствором азотной кислоты и перемешивают. Раствор используют свежеприготовленным.

Приготовление рабочих растворов массовой концентрации 1мкг/дм 3

В мерную колбу вместимостью 50 см 3 помещают при помощи пипетки 5 см 3 рабочего раствора массовой концентрации 10 мкг/дм 3 , приготовленного по п. 6.2.2.5, доводят до метки 2%-ным раствором азотной кислоты и перемешивают. Раствор используют свежеприготовленным.

Для построения градуировочной зависимости аналитического сигнала от массы элемента в графитовую печь атомизатора вводят дозатором необходимый объем (от 5 до 40 мм 3 ) градуировочных растворов соответствующего элемента. Диапазоны построения градуировочной зависимости приведены в таблице 2. Необходимо использовать не менее 5 точек в указанном в таблице 2 диапазоне массы. При построении градуировочной зависимости следует начинать с меньших значений массы элемента и от них переходить к более высоким. В таблице 3 приведены рекомендуемые для внесения объемы градуировочных растворов.

Рекомендуемые режимы обработки градуировочных растворов и проб приведены в таблице 4.

Измерение с каждой массой элемента проводят 5 раз в соответствии с Руководством по эксплуатации спектрометра (далее РЭ) и рассчитывают среднее арифметическое значение полученных значений. Затем запускают процедуру «Ручная градуировка» и вводят с клавиатуры компьютера массу элемента (в пиктограммах) и соответствующие им величины средних значений аналитического сигнала. Полученную градуировочную зависимость можно просмотреть в режиме «Градуировка»/«Просмотр».

Диапазоны построения градуировочных зависимостей.

От 0.0003 до 0.050 включительно

От 0.0005 до 0.070 включительно

От 0.005 до 0.060 включительно

От 0.001 до 0.1 включительно

Рекомендуемые способы внесения элемента в атомизатор

Концентрация градуировочного раствора, мкг/дм3

Объем градуировочного раствора, мм3

При высоких значениях массы элемента может наблюдаться отклонение градуировочной зависимости от линейной. В этом случае рекомендуется ограничиться более узким, чем в указано в табл. 2 интервалом массы определяемого элемента для построения градуировочной зависимости.

Контроль стабильности градуировочной зависимости

Контроль стабильности градуировочной зависимости состоит в проведении не менее двух параллельных измерений массовой концентрации растворов, заново приготовленных по п. 6.2.2, перед началом работы, и после анализа 15-20 проб.

Градуировка признается стабильной, если расхождение между заданным и измеренным значением концентраций не превышает 15% от заданного значения. В этом случае процесс измерений признается подконтрольным, и результаты измерений массовой концентрации элемента в пробах за период между двумя последовательными процедурами контроля стабильности градуировочной характеристики принимаются в качестве окончательных результатов.

При несоответствии полученных результатов указанному нормативу процесс градуировки необходимо повторить.

Вводят дозатором в графитовую печь атомизатора от 5 до 40 мм 3 анализируемой пробы (в зависимости от ожидаемого содержания) и производят измерение в соответствии с выбранным режимом работы (таб. 4). Режимы при измерении градуировочных растворов и проб (за исключением стадии пиролиза) должны совпадать. Температура и продолжительность пиролиза зависят в первую очередь от матричного состава пробы. При анализе сравнительно чистых или разбавленных сточных вод режим пиролиза можно не использовать.

Читайте также:  Анализы на хлор в воде

Порядок проведения измерений осуществляется в соответствии с Руководством по эксплуатации спектрометра. Объем дозированной пробы вводится с клавиатуры компьютера по запросу программы. После завершения измерения на дисплей компьютера выводится величина интегрального аналитического сигнала, масса и концентрация определяемого компонента. Полученные данные автоматически протоколируются. Анализ пробы осуществляется минимум 2 раза.

Если измеренное значение массы элемента в пробе выходит за область линейности градуировочной характеристики, то пробу необходимо разбавить бидистиллированной (деионизованной) водой, предварительно проверенной на наличие примеси определяемого элемента. Затем разбавленную пробу анализируют как описано выше. Коэффициент разбавления пробы Q вычисляют по формуле

где Vк — объем разбавленной пробы, см 3 ;

Vа — аликвотная порция исходной пробы, взятая для разбавления, см 3

Рентгенофлуоресцентный метод. Теоретические основы и практика применения

Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации элемента в образце. При облучении образца мощным потоком излучения рентгеновской трубки возникает характеристическое флуоресцентное излучение атомов, которое пропорционально их концентрации в образце. Излучение разлагается в спектр при помощи кристалл-анализаторов, далее с помощью детекторов и счетной электроники измеряется его интенсивность. Математическая обработка спектра позволяет проводить количественный и качественный анализ.

Когда атомы образца облучаются фотонами с высокой энергией — возбуждающим первичным излучением рентгеновской трубки, это вызывает испускание электронов. Электроны покидают атом. Как следствие, в одной или более электронных орбиталях образуются «дырки» — вакансии, благодаря чему атомы переходят в возбужденное состояние, т.е. становятся нестабильны. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона — этот феномен и называется «флуоресценция». Энергия вторичного фотона находится в диапазоне энергий рентгеновского излучения, которое располагается в спектре электромагнитных колебаний между ультрафиолетом и гамма-излучением.

Различные электронные орбитали обозначаются K, L, M и т.д., где К — орбиталь, ближайшая к ядру. Каждой орбитали электрона в атоме каждого элемента соответствует собственный энергетический уровень. Энергия испускаемого вторичного фотона определяется разницей между энергией начальной и конечной орбиталей, между которыми произошел переход электрона.

Длина волны испускаемого фотона связана с энергией формулой E = E1-E2 = hc/l , где E1 и E2 — энергии орбиталей, между которыми произошел переход электрона, h — постоянная Планка, с — скорость света, l — длина волны испускаемого(вторичного) фотона. Таким образом, длина волны флуоресценции является индивидуальной характеристикой каждого элемента и называется характеристической флуоресценцией. В то же время интенсивность (число фотонов, поступающих за единицу времени) пропорциональна концентрации (количеству атомов) соответствующего элемента. Это дает возможность элементного анализа вещества: определение количества атомов каждого элемента, входящего в состав образца.

Управление анализом и вычисление концентраций

Анализ и обработка результатов измерений проводится в автоматическом режиме. Для этого разработаны методики анализа многих элементов для различных типов веществ. Методики реализованы в виде компьютерных программ. Во время измерения компьютер управляет всеми узлами спектрометра в соответствии с заданной программой анализа. Современный уровень надежности оборудования и устройство автоматической подачи образцов позволяют выполнять анализ непрерывно круглосуточно без участия оператора. По окончании измерений компьютер выполняет расчет концентраций. Результаты анализа передаются электронными средствами связи автоматически по указанным адресам, либо накапливаются в базе данных измерений для дальнейшей обработки.

Атомно-адсорбционная спектрометрия и ее применение в различных областях народного хозяйства. Преимущества и недостатки методов, применяемое оборудование. Примеры использования метода в анализе почв. Измерение массовой концентрации металлов в пробах воды.

курсовая работа [261,0 K], добавлен 07.01.2010

Характеристика тяжелых металлов и их распространение в окружающей среде. Клиническая и экологическая токсикология тяжелых металлов. Атомно-абсорбционный метод определения содержания тяжелых металлов, подготовка и взятие органических проб гидробионтов.

научная работа [578,6 K], добавлен 03.02.2016

Характеристика спектроскопических методов анализа. Сущность экстракционно-фотометрических методов. Примеры использования метода для определения тяжелых металлов в природных водах. Методика выявления бромид-ионов, нитрат–ионов. Современное оборудование.

курсовая работа [452,5 K], добавлен 04.01.2010

Физические и химические свойства тяжелых металлов, нормирование их содержания в воде. Загрязнение природных вод в результате антропогенной деятельности, методы их очистки от наличия тяжелых металлов. Определение сорбционных характеристик катионитов.

курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.02.2014

Основные способы переработки текстильных отходов. Технология локальной очистки сточных вод от аммиака, красителей и тяжелых металлов. Эффективность использования 8-оксихинолина при удалении ионов тяжелых металлов из сточных вод текстильных предприятий.

курсовая работа [399,7 K], добавлен 11.10.2010

Тяжелые металлы в водной среде. Действие оксидов тяжелых металлов на организм некоторых пресноводных животных. Поглощение и распределение тяжелых металлов в гидрофитах. Влияние оксидов тяжелых металлов в наноформе на показатели роста и смертности гуппи.

дипломная работа [987,3 K], добавлен 09.10.2013

Исследование основных экологических и химических аспектов проблемы распространения тяжелых металлов в окружающей среде. Формы содержания тяжелых металлов в поверхностных водах и их токсичность. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Микробный ценоз почв.

реферат [33,2 K], добавлен 25.12.2010

Мониторинг состояния окружающей среды. Общие принципы биоиндикации. Биологическая роль и токсикологическое влияние тяжелых металлов. Сравнение влияния концентраций соединения ионов хрома, кобальта, свинца и никеля на контролируемые параметры тест-объекта.

дипломная работа [2,1 M], добавлен 19.04.2013

Понятие тяжелых металлов, их биогеохимические свойства и формы нахождения в окружающей среде. Подвижность тяжелых металлов в почвах. Виды нормирования тяжелых металлов в почвах и растениях. Аэрогенный и гидрогенный способы загрязнения почв городов.

курсовая работа [1,9 M], добавлен 10.07.2015

Общая характеристика сорбционной очистки промывных сточных вод гальванических производств неуглеродными сорбентами. Исследование выделения ионов тяжелых металлов реагентным, адсорбционным, ионообменным, электрохимическим способами и методом выпаривания.

курсовая работа [490,5 K], добавлен 23.02.2011

источник

Атомно-абсорбционная спектрометрия. При определении тяжелых металлов в почвах и почвенных компонентах применяется атомно-абсорбционный анализ почв и различных вытяжек (например, экстрагирование Ъп, Си, РЬ, Сё в 1 М НЖ>з, которая извлекает из образцов загрязненных почв 70—90 % от валового содержания тяжелых металлов). Метод обладает целым рядом достоинств: хорошая чувствительность, избирательность, достаточно хорошая воспроизводимость результатов, простота выполнения анализов. Он позволяет определить до 70 элементов, обеспечивает предел обнаружения многих элементов на уровне 0,1—0,01 мкг/мл, что во многих случаях дает возможность анализировать почвы И растения без предварительного концентрирования элементов.[ . ]

Анализ ведут в режиме абсорбции. Анализируемые реэкстракты вводят в графитовую кювету спектрофотометра с помощью микрошприца. Основные параметры атомно-абсорбционного анализа металлов в реэкстрактах с применением прибора «Перкин — Элмер», модель 503, приведены в табл. 11.30.[ . ]

Метод атомно-абсорбционного анализа основан на свойстве атомов металлов поглощать в основном состоянии свет определенных длин волн, который они испускают в возбужденном состоянии. Необходимую для поглощения резонансную линию чаще всего получают от лампы с полым катодом, изготовленным из определяемого элемента.[ . ]

Ввиду того что атомное поглощение соответствует переходам атомов из более низких в более высокие энергетические состояния, величина поглощения зависит от заселенности нижнего уровня, соответствующего наблюдаемой линии. Заселенность возбужденных уровней незначительна по сравнению с заселенностью нижнего уровня, поэтому наибольшее поглощение наблюдается для линий, соответствующих поглощательным переходам с нижнего невозбужденного уровня. Коэффициент поглощения пропорционален силе осциллятора / для данного перехода и концентрации поглощающих атомов на нижнем уровне N(.[ . ]

Для проведения атомно-абсорбционного анализа исследуемое вещество испаряют, подавая его в зону низкотемпературного пламени. Молекулы испарившегося вещества диссоциируют на атомы. Поток света, в спектре которого имеется линия света, поглощаемая веществом, пройдя через это пламя, ослабляется, и тем больше, чем выше концентрация анализируемого вещества.[ . ]

Разновидностью атомно-абсорбционного анализа является фотометрия пламени (пламенная фотометрия) — оптический метод количественного элементного анализа по атомным спектрам поглощения или испускания. Пламя может использоваться не только как атомизатор при измерениях сигнала атомной абсорбции (см. раздел 2.1), но и служить источником возбуждения эмиссионных спектров элементов. В последнем случае это термическая пламенная фотометрия — вариант эмиссионного спектрального анализа, который широко используется в аналитической практике при определении металлов [3, 8].[ . ]

Сущность метода анализа подвижных форм металлов заключается в обработке проб ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH = 4,8 и в последующем определении металлов в полученном растворе атомно-абсорбционным анализом.[ . ]

Сущность метода анализа заключается в обработке проб почвы при комнатной температуре бидистиллированной водой и в определении в полученном растворе водорастворимых соединений металлов атомно-абсорбционным анализом.[ . ]

В каждом из вариантов атомно-абсорбционного анализа существует некоторое расхождение градуировочных кривых, полученных при различном содержании матричных компонентов в стандартах. Однако погрешность определения за счет этого фактора не превышает 5—7%.[ . ]

То обстоятельство, что в атомно-абсорбционном анализе с увеличением толщины поглощающего слоя пропорционально увеличивается и чувствительность определения, обеспечивает по сравнению с эмиссионным спектральным анализом дополнительные возможности увеличения чувствительности.[ . ]

Помехи, возникающие в ходе атомно-абсорбционного анализа почв и растений, можно подразделить на пять групп: 1) спектральные помехи; 2) фоновые помехи (неселективное поглощение); 3) ионизационные помехи; 4) помехи из-за различий физических свойств растворов; 5) химические помехи.[ . ]

Метод применим для прямого атомно-абсорбционного анализа различных объектов органического и неорганического происхождения. Величина аналитического сигнала в пределах погрешности метода не зависит от состава образца, что позволяет проводить анализ разнообразных объектов по единым образцам сравнения.[ . ]

Кроме ламп с полым катодом, в практике атомно-абсорбционного анализа применяют высокочастотные безэлектродные лампы, представляющие собой кварцевый или стеклянный баллон (шарик), в который введены соответствующий металл (или его соединение) и инертный газ, поддерживающий разряд в лампе. Высокочастотные лампы наиболее часто используют для определения тех элементов, для которых лампы с полым катодом не отличаются высокой стабильностью и надежностью в работе. Это — мышьяк, сурьма, висмут, селен, теллур.[ . ]

Таким образом, на всех стадиях проведения атомно-абсорбционного анализа с атомизацией вещества в факеле от мишени, содержащей графит, создаются условия, при которых происходящие в факеле процессы протекают независимо от природы анализируемого вещества.[ . ]

Разработанный Шаллером, Линднером и Ленертом [15] атомно-абсорбционный метод определения тяжелых металлов в питьевой воде может быть также применен для анализа морских вод. Цинк определяют непосредственно в анализируемой пробе. Для определения в воде никеля, кадмия, меди и свинца устанавливают pH 2,5, прибавляют 5%-ный раствор пирролидиндитиокарбамина-та аммония, метплизобутилкетон и смесь встряхивают в течение 5 мин. Органическую фазу после отделения распыляют в турбулентное воздушно-водородное пламя атомно-абсорбционного спектрофотометра. Есть основания полагать, что в ближайшие годы метод атомно-абсорбционного анализа морских вод будет развиваться в сторону повышения чувствительности. В этом отношении уже сейчас имеются определенные достижения. Одним из приемов повышения чувствительности является применение непламенных способов атомизации [16, 17].[ . ]

Электролиты для гальванических покрытий — идеальный случай для атомно-абсорбционного анализа. Электролит разбавляют и вводят в атомизатор; определяют основные компоненты и примеси. В нефтяной промышленности определяют малые примеси N4, Си, Ре, Ыа и V в нефтепродуктах, так как эти примеси отравляют катализаторы, применяемые при переработке нефти.[ . ]

В институте проводятся фундаментальные исследования процессов ато-мизации в атомно-эмиссионном и атомно-абсорбционном методах анализа. Эти процессы обусловливают правильность и предел обнаружения анализа. Найдены необходимые носители в атомно-эмиссионном методе анализа вод. Методом радиоактивных изотопов выбраны оптимальные профили графитовых печей для атомно-абсорбционного анализа сточных и природных вод. В результате исследований улучшены метрологические характеристики атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов анализа природных и сточных вод.[ . ]

Перечень отечественных аппаратов для исследования различных веществ и материалов методом атомно-абсорбционного анализа представлен в табл. 17.[ . ]

Среди новейших методов, которые должны быть поставлены на вооружение гигиенической науки, бесспорно нужно назвать атомно-абсорбционный анализ. Этим методом можно производить количественное определение большей части элементов периодической системы в различных объектах внешней среды, не прибегая при анализе микро- и макроэлементов к предварительному разделению определяемых элементов или к отделению мешающих примесей, что влечет за собой увеличение погрешности определения и увеличение его трудоемкости. Атомно-;.беорбционный спектральный анализ характеризуется высокой избирательностью. Он отличается от длительного и кропотливого химического метода быстротой определения, более простым приготовлением образцов, точностью и чувствительностью.[ . ]

Пламя используют в качестве источника света в методе фотометрии пламени, а также как один из основных способов атоми-зации веществ в методе атомно-абсорбционного анализа (см. раздел 2). В зависимости от состава горючей смеси (воздух-пропан, воздух—ацетилен, воздух—водород и др.) температура пламени может поддерживаться в интервале 2000—3000 К, что обеспечивает достаточно низкий Сн обнаружения элементов (0,001—1 мг/л).[ . ]

Для получения пламени используют различные комбинации горючих газов с окислителями, например, водорода, пропана или ацетилена с воздухом или оксидом азота. В практике атомно-абсорбционного анализа чаще всего применяют воздушноацетиленовое пламя. Его используют для определения щелочных и щелочно-земельных элементов, а также таких металлов, как хром, железо, кобальт, никель, магний, молибден, стронций, благородные металлы и др. В воздушно-ацетиленовом пламени нельзя определять (слишком высокая энергия связи металл-кислород) алюминий, тантал, титан, цирконий и др.[ . ]

Методы количественного определения токсикантов представлены арсеналом различных физических (нейтронно-актива-ционный, рентгенофлуоресцентный, масс-спектрометрический) и физико-химических методов (атомно-абсорбционный анализ, атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой, хроматографические, электрохимические и спектрофотометрические методы с использованием органических реагентов различных классов). В последнее время активно применяются тест-методы на основе классических цветных реакций, позволяющие рпределять токсиканты на уровне экспресс-анализа с достаточно высокой точностью и селективностью. Перспективны в экотоксикологии комбинированные аналитические методы, сочетающие эффективные приемы концентрирования с разнообразными способами детектирования и химическими сенсорами.[ . ]

Читайте также:  Анализы очистки воды разными фильтрами

Спектральные помехи обусловлены явлением поглощения излучения не только резонансной линией определяемого элемента, но и атомами других элементов с близкой длиной волны. По сравнению с эмиссионным спектральным методом в атомно-абсорбционном анализе взаимное наложение спектральных линий элементов достаточно мало.[ . ]

Атомизация в пламени имеет ряд серьезных ограничений, обусловленных химическими реакциями в пламени и малой продолжительностью пребывания в нем частиц определяемого вещества ( 10 3 с). Более дешевыми, безопасными и эффективными оказались электротермические атомизаторы, некоторые из которых успешно применяются в практическом атомно-абсорбционном анализе.[ . ]

Пламя ацетилена с воздухом обладает высокой прозрачностью в области длин волн более 200 нм, слабой собственной эмиссией и обеспечивает высокую эффективность атомизации более чем 30-ти элементов. Пламя ацетилена и оксида азота (I) имеет почти на 900 К более высокую температуру и в нем создаются условия для атомизации значительно более широкого круга элементов и их соединений. Пламя отличается высокой прозрачностью во всем интервале длин волн, используемых в атомно-абсорбционном анализе (190—850 нм).[ . ]

источник

1. Атомно-абсорбционный анализ

2. Достоинства атомно-абсорбционного анализа

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).

Атомно-абсорбционный анализ (атомно-абсорбц. спектрометрия), метод количественного элементного анализа по атомным спектрам поглощения (абсорбции). Через слой атомных паров пробы, получаемых с помощью атомизатора, пропускают излучение в диапазоне 190-850 нм. В результате поглощения квантов света атомы переходят в возбужденные энергетические состояния. Этим переходам в атомных спектрах соответствуют резонансные линии, характерные для данного элемента. Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера, мерой концентрации элемента служит оптическая плотность A = lg(I0/I), где I0 и I-интенсивности излучения от источника соответственно до и после прохождения через поглощающий слой.

Принципиальная схема пламенного атомно-абсорбционного спектрометра: 1-источник излучения; 2-пламя; 3-монохрома гор; 4-фотоумножитель; 5-регистрирующий или показывающий прибор.

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 безэлектродными 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. т-ра 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 оптич. 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 оптич. 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.

1. 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 р-рах 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 физ.-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.

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.

источник

Атомно-абсорбционная спектрометрия. При определении тяжелых металлов в почвах и почвенных компонентах применяется атомно-абсорбционный анализ почв и различных вытяжек (например, экстрагирование Ъп, Си, РЬ, Сё в 1 М НЖ>з, которая извлекает из образцов загрязненных почв 70—90 % от валового содержания тяжелых металлов). Метод обладает целым рядом достоинств: хорошая чувствительность, избирательность, достаточно хорошая воспроизводимость результатов, простота выполнения анализов. Он позволяет определить до 70 элементов, обеспечивает предел обнаружения многих элементов на уровне 0,1—0,01 мкг/мл, что во многих случаях дает возможность анализировать почвы И растения без предварительного концентрирования элементов.[ . ]

Анализ ведут в режиме абсорбции. Анализируемые реэкстракты вводят в графитовую кювету спектрофотометра с помощью микрошприца. Основные параметры атомно-абсорбционного анализа металлов в реэкстрактах с применением прибора «Перкин — Элмер», модель 503, приведены в табл. 11.30.[ . ]

Метод атомно-абсорбционного анализа основан на свойстве атомов металлов поглощать в основном состоянии свет определенных длин волн, который они испускают в возбужденном состоянии. Необходимую для поглощения резонансную линию чаще всего получают от лампы с полым катодом, изготовленным из определяемого элемента.[ . ]

Ввиду того что атомное поглощение соответствует переходам атомов из более низких в более высокие энергетические состояния, величина поглощения зависит от заселенности нижнего уровня, соответствующего наблюдаемой линии. Заселенность возбужденных уровней незначительна по сравнению с заселенностью нижнего уровня, поэтому наибольшее поглощение наблюдается для линий, соответствующих поглощательным переходам с нижнего невозбужденного уровня. Коэффициент поглощения пропорционален силе осциллятора / для данного перехода и концентрации поглощающих атомов на нижнем уровне N(.[ . ]

Для проведения атомно-абсорбционного анализа исследуемое вещество испаряют, подавая его в зону низкотемпературного пламени. Молекулы испарившегося вещества диссоциируют на атомы. Поток света, в спектре которого имеется линия света, поглощаемая веществом, пройдя через это пламя, ослабляется, и тем больше, чем выше концентрация анализируемого вещества.[ . ]

Разновидностью атомно-абсорбционного анализа является фотометрия пламени (пламенная фотометрия) — оптический метод количественного элементного анализа по атомным спектрам поглощения или испускания. Пламя может использоваться не только как атомизатор при измерениях сигнала атомной абсорбции (см. раздел 2.1), но и служить источником возбуждения эмиссионных спектров элементов. В последнем случае это термическая пламенная фотометрия — вариант эмиссионного спектрального анализа, который широко используется в аналитической практике при определении металлов [3, 8].[ . ]

Сущность метода анализа подвижных форм металлов заключается в обработке проб ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH = 4,8 и в последующем определении металлов в полученном растворе атомно-абсорбционным анализом.[ . ]

Сущность метода анализа заключается в обработке проб почвы при комнатной температуре бидистиллированной водой и в определении в полученном растворе водорастворимых соединений металлов атомно-абсорбционным анализом.[ . ]

В каждом из вариантов атомно-абсорбционного анализа существует некоторое расхождение градуировочных кривых, полученных при различном содержании матричных компонентов в стандартах. Однако погрешность определения за счет этого фактора не превышает 5—7%.[ . ]

То обстоятельство, что в атомно-абсорбционном анализе с увеличением толщины поглощающего слоя пропорционально увеличивается и чувствительность определения, обеспечивает по сравнению с эмиссионным спектральным анализом дополнительные возможности увеличения чувствительности.[ . ]

Помехи, возникающие в ходе атомно-абсорбционного анализа почв и растений, можно подразделить на пять групп: 1) спектральные помехи; 2) фоновые помехи (неселективное поглощение); 3) ионизационные помехи; 4) помехи из-за различий физических свойств растворов; 5) химические помехи.[ . ]

Метод применим для прямого атомно-абсорбционного анализа различных объектов органического и неорганического происхождения. Величина аналитического сигнала в пределах погрешности метода не зависит от состава образца, что позволяет проводить анализ разнообразных объектов по единым образцам сравнения.[ . ]

Кроме ламп с полым катодом, в практике атомно-абсорбционного анализа применяют высокочастотные безэлектродные лампы, представляющие собой кварцевый или стеклянный баллон (шарик), в который введены соответствующий металл (или его соединение) и инертный газ, поддерживающий разряд в лампе. Высокочастотные лампы наиболее часто используют для определения тех элементов, для которых лампы с полым катодом не отличаются высокой стабильностью и надежностью в работе. Это — мышьяк, сурьма, висмут, селен, теллур.[ . ]

Таким образом, на всех стадиях проведения атомно-абсорбционного анализа с атомизацией вещества в факеле от мишени, содержащей графит, создаются условия, при которых происходящие в факеле процессы протекают независимо от природы анализируемого вещества.[ . ]

Разработанный Шаллером, Линднером и Ленертом [15] атомно-абсорбционный метод определения тяжелых металлов в питьевой воде может быть также применен для анализа морских вод. Цинк определяют непосредственно в анализируемой пробе. Для определения в воде никеля, кадмия, меди и свинца устанавливают pH 2,5, прибавляют 5%-ный раствор пирролидиндитиокарбамина-та аммония, метплизобутилкетон и смесь встряхивают в течение 5 мин. Органическую фазу после отделения распыляют в турбулентное воздушно-водородное пламя атомно-абсорбционного спектрофотометра. Есть основания полагать, что в ближайшие годы метод атомно-абсорбционного анализа морских вод будет развиваться в сторону повышения чувствительности. В этом отношении уже сейчас имеются определенные достижения. Одним из приемов повышения чувствительности является применение непламенных способов атомизации [16, 17].[ . ]

Читайте также:  Анализы питьевой воды на колифаги

Электролиты для гальванических покрытий — идеальный случай для атомно-абсорбционного анализа. Электролит разбавляют и вводят в атомизатор; определяют основные компоненты и примеси. В нефтяной промышленности определяют малые примеси N4, Си, Ре, Ыа и V в нефтепродуктах, так как эти примеси отравляют катализаторы, применяемые при переработке нефти.[ . ]

В институте проводятся фундаментальные исследования процессов ато-мизации в атомно-эмиссионном и атомно-абсорбционном методах анализа. Эти процессы обусловливают правильность и предел обнаружения анализа. Найдены необходимые носители в атомно-эмиссионном методе анализа вод. Методом радиоактивных изотопов выбраны оптимальные профили графитовых печей для атомно-абсорбционного анализа сточных и природных вод. В результате исследований улучшены метрологические характеристики атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов анализа природных и сточных вод.[ . ]

Перечень отечественных аппаратов для исследования различных веществ и материалов методом атомно-абсорбционного анализа представлен в табл. 17.[ . ]

Среди новейших методов, которые должны быть поставлены на вооружение гигиенической науки, бесспорно нужно назвать атомно-абсорбционный анализ. Этим методом можно производить количественное определение большей части элементов периодической системы в различных объектах внешней среды, не прибегая при анализе микро- и макроэлементов к предварительному разделению определяемых элементов или к отделению мешающих примесей, что влечет за собой увеличение погрешности определения и увеличение его трудоемкости. Атомно-;.беорбционный спектральный анализ характеризуется высокой избирательностью. Он отличается от длительного и кропотливого химического метода быстротой определения, более простым приготовлением образцов, точностью и чувствительностью.[ . ]

Пламя используют в качестве источника света в методе фотометрии пламени, а также как один из основных способов атоми-зации веществ в методе атомно-абсорбционного анализа (см. раздел 2). В зависимости от состава горючей смеси (воздух-пропан, воздух—ацетилен, воздух—водород и др.) температура пламени может поддерживаться в интервале 2000—3000 К, что обеспечивает достаточно низкий Сн обнаружения элементов (0,001—1 мг/л).[ . ]

Для получения пламени используют различные комбинации горючих газов с окислителями, например, водорода, пропана или ацетилена с воздухом или оксидом азота. В практике атомно-абсорбционного анализа чаще всего применяют воздушноацетиленовое пламя. Его используют для определения щелочных и щелочно-земельных элементов, а также таких металлов, как хром, железо, кобальт, никель, магний, молибден, стронций, благородные металлы и др. В воздушно-ацетиленовом пламени нельзя определять (слишком высокая энергия связи металл-кислород) алюминий, тантал, титан, цирконий и др.[ . ]

Методы количественного определения токсикантов представлены арсеналом различных физических (нейтронно-актива-ционный, рентгенофлуоресцентный, масс-спектрометрический) и физико-химических методов (атомно-абсорбционный анализ, атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой, хроматографические, электрохимические и спектрофотометрические методы с использованием органических реагентов различных классов). В последнее время активно применяются тест-методы на основе классических цветных реакций, позволяющие рпределять токсиканты на уровне экспресс-анализа с достаточно высокой точностью и селективностью. Перспективны в экотоксикологии комбинированные аналитические методы, сочетающие эффективные приемы концентрирования с разнообразными способами детектирования и химическими сенсорами.[ . ]

Спектральные помехи обусловлены явлением поглощения излучения не только резонансной линией определяемого элемента, но и атомами других элементов с близкой длиной волны. По сравнению с эмиссионным спектральным методом в атомно-абсорбционном анализе взаимное наложение спектральных линий элементов достаточно мало.[ . ]

Атомизация в пламени имеет ряд серьезных ограничений, обусловленных химическими реакциями в пламени и малой продолжительностью пребывания в нем частиц определяемого вещества ( 10 3 с). Более дешевыми, безопасными и эффективными оказались электротермические атомизаторы, некоторые из которых успешно применяются в практическом атомно-абсорбционном анализе.[ . ]

Пламя ацетилена с воздухом обладает высокой прозрачностью в области длин волн более 200 нм, слабой собственной эмиссией и обеспечивает высокую эффективность атомизации более чем 30-ти элементов. Пламя ацетилена и оксида азота (I) имеет почти на 900 К более высокую температуру и в нем создаются условия для атомизации значительно более широкого круга элементов и их соединений. Пламя отличается высокой прозрачностью во всем интервале длин волн, используемых в атомно-абсорбционном анализе (190—850 нм).[ . ]

источник

Достоинство атомно–абсорбционного метода, прежде всего, заключается в гораздо более высокой стабильности аналитическогосигнала.

Аналитический сигнал в данном случае – это доля прошедшего света. Он логарифмически связан с концентрацией, поэтому можно осуществить количественный анализ. Обычно он выполняется методом градуировочного графика, который строится непосредственно перед анализом или сразу после анализа раствора с неизвестной концентрацией.

Однако, в силу того, что аналитико-активная форма в атомно-абсорбционном методе – это атомы в пламени, а в атомно-эмиссионном – атомы возбужденные в пламени, то это накладывает существенный отпечаток на погрешность определения.

Атомно-абсорбционный метод позволяет определить вещества с точностью 1-3%, а атомно-эмиссионный метод — 3-5% (относительных). Это обусловлено тем, что аналитико-активная форма в атомно-абсорбционном методе атомы, и концентрация меньше зависят от температуры пламени, от соотношения горячий газ – окислитель, а зависит лишь от скорости подачи в пламя анализируемого раствора. Поэтому градуировочные графики атомно-абсорбционного анализа довольно стабильны и могут служить для работы в течение длительного времени:

А

Рис. 0-7. Градуировочный график атомно-абсорбционного анализа

Очень часто выбор варианта определения зависит от чувствительности метода к тем или атомам.

Метод атомно-абсорбционной спектроскопии позволяет определять почти все металлы. Однако при сравнении чувствительности обоих методов определяемые элементы можно подразделить на три группы:

1) элементы, определяемые с большей чувствительностью методом эмиссионной спектроскопии;

2) элементы, определяемые с большей чувствительностью методом абсорбционной спектроскопии;

3) оба метода дают сопоставимые результаты.

Ниже приведены фрагменты таблицы, взятые у Фрица и Шенка,

позволяющие сравнить пределы обнаружения металлов (мг/мл)

атомно-эмиссионным (АЭ) и атомно-абсорбционным (АА) методами:

Пределы обнаружения металлов (мг/мл) атомно-эмиссионным (АЭ)

и атомно-абсорбционным (АА) методами

Металл АЭ АА металл АЭ АА Металл АЭ АА
Li 3 10 -6 5 10 -3 Ag 2 10 -2 5 10 -3 As 5 10 -1
Sr 2 10 -4 1 10 -2 Co 3 10 -2 7 10 -3 Au 5 10 -1 1 10 -2
Tl 2 10 -3 2 10 -1 Cr 5 10 -3 5 10 -3 Hg 2 10 -1
W 5 10 -1 Cu 1 10 -2 5 10 -3 Mg 4 10 -3 3 10 -4
Ba 2 10 -3 1 10 -1 Nd Os
Eu 3 10 -3 2 10 -1 Pr Si 5 10 -1 1 10 -1
Pd 5 10 -2 5 10 -1 Ti 2 10 -1 1 10 -1 Sb 1.5 2 10 -1
Sc 3 10 -2 2 10 -1 U Zn 2 10 -3

В первой части таблицы помещены пределы обнаружения элементов, для которых эмиссионный вариант чувствительнее абсорбционного (это мг/л – или частица на миллион). В эмиссионном варианте лучше определять литий, стронций, теллур, ванадий, вольфрам, европий, палладий, скандий и еще » 15-20 элементов.

Во второй части таблицы приведены пределы обнаружения элементов, для которых эмиссионный и абсорбционный варианты дают сравнимые результаты это – серебро, кобальт, медь, натрий.

Третья часть таблицы – это элементы, где доминирует абсорбционный вариант. Особенно ярко это видно на примере цинка. Понятно, что данная таблица относительна. Почему? Потому что эта таблица дана для пламени динитрооксид-ацетилен. В низкотемпературном пламени ситуация может поменяться.

Недостатком атомно-абсорбционной спектроскопии является дороговизна приборов, их дорогое обслуживание, дорогостоящие материалы.

Методом ААС можно определить 69 элементов, но для этого нужно 69 ламп.

Рассмотрим следующие разновидности атомно-абсорбционногоанализа.

В последнее время широко распространен метод холодного пара. Суть метода в том, что поглощающая среда формируется не в пламени, не в плазме, а при обычной температуре в газовой фазе. Имеется один элемент, который легко получается в газовой фазе в чистом виде, а для ряда элементов получается легко летучие соединения, которые легко обеспечивают значительные концентрации атома в газовой фазе.

Какой это элемент? Конечно, ртуть. Метод основан на том, что ртуть восстанавливается подходящим восстановителем, чаще всего SnCl2 и выдувается азотом из анализируемого раствора в длинную поглощающую кювету (обычная трубка). Далее через эту трубку пропускается узкий луч света ЛПК (лампы с полым катодом) и измеряется его поглощение. Иногда кювета замкнутая, то есть ртуть из анализируемого раствора не выдувается, а все время циркулирует между газовой фазой и анализируемым раствором, то есть создается непрерывный поток. В этом случае сохраняется пропорциональность между концентрацией ртути в растворе и поглощением.

Естественно, при этом поглощение дает информацию о концентрации ртути. Надо отметить, что этот метод уникален по своей чувствительности, так как позволяет определять ртуть на уровне 0,1 ПДК для питьевой воды, а ПДК на ртуть находится на уровне 0,2 ППБ (частиц на миллиард). Естественно, что определение ртути с такой точностью важно с точки зрения охраны окружающей среды.

Теперь можно сравнить, что дает абсорбционный вариант в пламени: 0,2 ППМ. А метод холодного пара – ПДК в 1000 раз более низкое, чем этот предел обнаружения — 0,02 ППД.

Кроме этого, методом холодного пара определяют иногда и другие элементы, так как нет других, более удобных методов определения мышьяка, селена, сурьмы.

Как Вы думаете, в каком виде? Конечно в виде гидридов, так как гидриды их летучие. Правда, параметры чувствительности их гораздо хуже, так как здесь нет атомов, а есть молекулы. Но, тем не менее, этот метод определения мышьяка является одним из лучших.

Вторая разновидность — это электротермический метод анализа или атомно-абсорбционный метод анализа с электротермической атомизацией. Вначале этот метод осуществлялся в электрической дуге, то есть атомизация определяемого вещества шла в электрической дуге. Через дугу пропускался луч света, и таким образом получался аналитический сигнал.

Но эта система была нестабильна, и поэтому об этом методе серьезно не говорили. Революция произошла в конце 60-х годов, когда была предложена графитовая кювета или платформа Львова, профессора технологического института Санкт-Петербурга, удостоенного медали спектрального общества за свою уникальную разработку.

Платформа Львова выглядит следующим образом: это графитовая трубка длиной 2 см, по центру которой имеется отверстие 2 мм. В это отверстие автоматической микропипеткой вносят до 10 мкл анализируемого раствора. Стенки ее могут быть покрыты тугоплавкими металлами или окислами.

1 — графитовая трубка, кювета;

2 — графитовые шайбы для контакта;

3 — контакт для кабеля от блока питания;

5 — патрубки, снабженные кварцевыми окнами;

7 — цилиндры, охлаждаемые водой.

Кювета эта помещается в устройство с двумя полуэлектродами, которые плотно прижимаются к ней. После того, как проба введена в кювету (большая капля 50 мкл), на два электрода подают мощный ток.

Поскольку графит проводит ток и при этом нагревается до высокой температуры, это обеспечивает атомизацию. Надо отметить, что поднятие температуры во времени происходит скачкообразно, в начале медленно, а потом резко. На рисунке приведен график поднятия температуры. Все это делается автоматически, имеется автоматическая приставка, которая подает напряжение во времени.

Рис.0-10. Изменение температуры кюветы во времени

Вначале, в течение довольно большого промежутка времени, температура медленно поднимается до 200-300°С, при этом происходит испарение растворителя анализируемой пробы и получение твердых форм вещества, кристаллов, кристаллогидратов. Медленно нарастает температура, для того чтобы капля не разбрызгалась и осталась в той точке, куда ее ввели.

На втором этапе температура поднимается более резко, до 500-600°С. При этом происходит разрушение кристаллогидратов без взрыва и разрушение легко разлагающихся солей аммония, карбонатов и некоторых других.

На третьем этапе температура поднимается достаточно резко, почти скачкообразно, до 2000°С, иногда 3000°С. На третьем этапе автоматически включается лампа с полым катодом и начинается регистрация аналитического сигнала – абсорбции. В данном случае максимальный аналитический сигнал (max пика абсорбции) отмечается при температуре 2000°С, т.е. при достижении температуры атомизации на третьем участке. При этом атомы испаряются и атомизируются. Возникает вопрос, почему образуется пик?

Дело в том, что при высоких температурах атомы определяемого металла и др. соединений, которые есть в пробе, очень быстро разлетаются, разбегаются в стороны и осаждаются на холодных стенках графитовой кюветы, и концентрация быстро падает.

Рис. 0-11. Изменение температуры кюветы

и интенсивности излучения от времени

Только в короткий промежуток времени достигается максимум концентрации атомов и поглощения. Суть метода заключается в том, что при температуре 3000°С наблюдается испарение и атомизация определенного элемента, и включается лампа с полым катодом.

Величина А измеряется в какой — либо момент времени после начала процесса, например, в момент максимума А. Сначала строят калибровочный график зависимости. Затем определяют атомное поглощение для анализируемого объекта и по калибровочному графику находят концентрацию.

При анализе проба быстро охлаждается на стенках кюветы. Далее пробу продувают азотом или аргоном, чтобы удалить содержимое из кюветы и использовать кювету вторично.

Аналитический сигнал обрабатывают ЭВМ, и по высоте пика, либо по его площади находят концентрацию.

Основное достоинство метода атомно-абсорбционного анализа с электротермической атомизацией заключатся в повышении чувствительности прибора в 100 раз, но при этом точность анализа резко падает. Мы говорим не о концентрациях, а о величинах рС + 0,2-0,3 (+100-50%). С таким диапазоном можно проводить определение. Но зато этот вариант атомно-абсорбционного анализа позволяет измерять не единицы ППМ (это обычная чувствительность атомно-абсорбционного анализа), а доходить до уровня «десяток».

Этот метод применим в области экологии для контроля вод, почв (анализ микроэлементов в почве), для анализа продуктов питания (токсиканты в молоке и мясе). Для большинства элементов этот метод позволяет достигать уровня ПДК, и даже опускаться ниже.

Например, ПДК по меди в питьевой воде находится на уровне 0,01-0,02 мг/л. Чувствительность пламенного варианта — 1мг/л, а чувствительность непламенного варианта 0,01-0,005 мг/л, т. е. содержание меди в воде явно попадает в область ПДК.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник