Основные количественные соотношения

Качественный спектральный анализ основан на индивиду­альности эмиссионных спектров каждого элемента и сводится, как правило, к определению длин волн линий в спектре и уста­новлению принадлежности этих линий тому или иному элемен­ту.

Количественный спектральный анализ основан на том, что интенсивность спектральных линий элемента зависит от кон­центрации этого элемента в пробе. Зависимость интенсивности спектральной линии от концентрации имеет сложный характер.

При небольшой концентрации определяемого вещества и в нешироком интервале концентраций интенсивность излучения I линейно зависит от концентрации с:

I = ас,

что упрощает построение градуировочного графика и сам анализ. Эти условия обычно выполняются при работе пламенного фото­метра.

Фотометрия пламени – разновидность эмиссионного спект­рального анализа. Метод основан на фотометрировании излуче­ния элементов в пламени. Точность метода 1 – 4 %. Принцип ме­тода: анализируемый раствор, с помощью специального распы­лителя, действующего под давлением сжатого воздуха, в виде аэрозоля, вводится в пламя горелки, работающей на каком-либо горючем газе (ацетилене, водороде, пропане, бензиновом газе и т. п.). Возникающее в пламени излучение определяемого элемен­та (а точнее, его наиболее интенсивную спектральную линию) отделяют с помощью соответствующего светофильтра от излуче­ния других элементов. Попадая на фотоэлемент, это отфильтро­ванное излучение вызывает фототок, который измеряется мик­роамперметром. При определенных условиях отсчеты по микроам­перметру пропорциональны концентрации определяемого элемента в растворе. Невысокая температура пламени, являющегося источ­ником возбуждения, обусловливает простоту спектра. Спектр со­держит лишь немногие, а именно – легко возбуждаемые линии эле­ментов.

При введении раствора в пламя в виде частиц аэрозоля протекает ряд процессов: испарение растворителя, при этом из аэрозоля "раствор – газ" образуется аэрозоль "твердое тело – газ"; испарение твердых солей с образованием их паров; диссоциация солей с образованием атомов, радикалов или новых молекул; возбуждение атомов, вследствие соударения с частицами газа пламени и переход их из основного состояния (с минимальной энергией E₀) в возбужденное состояние (напри­мер с энергией Е₁). Время жизни атомов в возбужденном состоя­нии порядка 10^-8 сек. Возбужденные атомы самопроизвольно из­лучают свет, переходя из возбужденного состояния в основное состояние. Переходы между этими состояниями приводят к возникновению спектра, который характерен для данного вида атомов. Таким образом, атомы каждого элемента имеют свой характерный спектр. Наиболее интенсивными линиями спектра атомов являются резонансные линии, обусловленные переходом из нижнего возбужденного состояния (состояния с минимальной избыточной энергией) в основное состояние.

Длина волны резонансного излучения различна для атомов различных элементов, например: λ_Ca= 423 нм, λ_Na = 589 нм, λ_Li = 671 нм, λ_K= 767 нм и т. д.

Таким образом, используя определенный светофильтр, уда­ется отфильтровать излучение атомов соответствующего элемента. Интенсивность же данного излучения зависит от числа данных атомов в пламени, т. е. в конечном итоге от их концентрации в анализируемом растворе. Таким образом, измеряя интенсив­ность излучения определенной длины волны, можно решать задачу количественного анализа. Пламенно-фотометрический анализ проводят, сравнивая интенсивность све­чения при распылении и введении в пламя анализируемого раст­вора с интенсивностью свечения при введении стандартного рас­твора с известной концентрацией того же элемента. Естественно, что при переходе от измерений анализируемого раствора к изме­нениям стандартного раствора все условия анализа должны со­храняться постоянными.

Приборы и техника измерений.