Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf ·...
Transcript of Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf ·...
![Page 1: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/1.jpg)
Аналитическая химия4 семестр, Лекция 9.
Модуль 2. Оптические методы анализа.
![Page 2: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/2.jpg)
Основные узлы спектральных приборов.
Атомно-эмиссионный анализ (АЭА)1. Принцип метода АЭА. Аналитический сигнал и
градуировочная характеристика.
2. Источники атомизации и возбуждения.
3. Процессы в атомизаторах .
4. Влияние матрицы на результаты АЭА. Спектроскопические буферы.
2
![Page 3: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/3.jpg)
Основные узлы спектральных приборов
1) Устройство для разложения света (монохроматор)2) Регистрирующее устройство (детектор)3) Оптическая схема (щели, линзы, зеркала)
3
![Page 4: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/4.jpg)
Спектроскоп Кирхгофа-Бунзена
4
![Page 5: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/5.jpg)
Спектр испускания (эмиссии) – зависимость интенсивности излучения от длины волны
5
![Page 6: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/6.jpg)
Регистрирующие устройства (детекторы)-экран и визуальное наблюдение (глаз, подзорная труба);
-фотопластинка (черные линии на прозрачном фоне);
- фотоэлементы (превращают световую энергию в электрическую);-ФЭУ - фотоэлектроумножитель(превращают световую энергию в электрическую, усиливая сигнал);- фотодиодная матрица.
6
![Page 7: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/7.jpg)
С внешним фотоэффектом
С внутренним фотоэффектом
Фотоэлементы
7
+
-
![Page 8: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/8.jpg)
С внешним фотоэффектом:
1 -анод; 2 - микроамперметр;3 – фотокатод (К или Cs);4 - вакуумный фотоэлемент.
С внутренним фотоэффектом:
1 – полупроводник (Se);2 - металл;3 – полупрозрачный слой металла (Au);
4 – контактное кольцо.
Фотоэлементы
8
![Page 9: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/9.jpg)
Фотоэлектроумножитель
9
![Page 10: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/10.jpg)
Многоканальная регистрация спектра:
Свыше тысячи или несколько тысяч фотодиодов на длине в несколько мм –перекрывается изображение всего спектра
Фотодиодная матрица (фотодиодная линейка)
10
Длина волны
I
![Page 11: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/11.jpg)
Диспергирующие устройства -монохроматоры
-абсорбционные светофильтры ∆λ 30 нм и более;
-призма ∆λ от 1.5 нм (250 нм) до 50нм (700 нм) на мм щели;
-интерференционные светофильтры ∆λ5-10 нм;
-дифракционная решетка ∆λ несколько нм или меньше.
11
МонохроматорВходная щель Выходная щель
∆λ – эффективная полоса пропускания
λ
λноминал.
![Page 12: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/12.jpg)
Абсорбционные светофильтры
12
![Page 13: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/13.jpg)
Призменный монохроматорПоказатель преломления среды –отношение скоростей света в вакууме и в среде.
Обычно чем больше длина волны, тем меньше для такого света показатель преломления среды.
Красный цвет- минимальная степень преломления,
Фиолетовый цвет- максимальная степень преломления.
13
![Page 14: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/14.jpg)
Интерференционный светофильтр
14
1
2
![Page 15: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/15.jpg)
Дифракционная решетка
15
mλ= d sin θ
![Page 16: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/16.jpg)
Электромагнитное излучение
Вещество
Атомный спектральный анализ
16
Эмиссия света -АЭА
Поглощение света -ААА
Возбужденные атомы
Атомы
![Page 17: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/17.jpg)
Атомизация вещества;
Возбуждение атомов;
Переход из возбужденного в основное состояние с испусканием кванта света.
Атомно-эмиссионный анализ
17
Характеристики спектра: положение (длина волны λ) и интенсивность линий
![Page 18: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/18.jpg)
Энергетические переходы в атоме
5p*
4p *
3p *
3s
18
атом Na:Правила отбора
Для атомов с 1 внешним электроном орбитальное квантовое число изменяется на ±1.
а – переход с испусканием кванта света;
б – возбуждение;
в – ионизация.
а
а
б
в
Резонансные линии 589.59 нм и 589.00 нм
![Page 19: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/19.jpg)
Akr – вероятность перехода из состояния k в состояние r;
gk, gr – статистические веса состояний k и r;
Еk – энергия возбуждения k –того уровня.
Интенсивность спектральных линий
19
kr k kr krI N A hν∗=
kEk kT
kr
gN N eg
−∗ =
kEk kT
kr krr
gI N A h eg
ν −=
krhνk
r
![Page 20: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/20.jpg)
Самопоглощение , Mg
Градуировочная характеристика в АЭА
20
I = α´N = ac
С учетом самопоглощения:
I = acb;lg I = lg a +b lg c
kEk kT
kr krr
gI N A h eg
ν −=
в плазме
в пробе
![Page 21: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/21.jpg)
Источники возбуждения в АЭАИсточник Условия Температура, 0СПламя Жидкая проба впрыскивается
в пламя; горючий газ и окислитель
От 900 до 3000
21
![Page 22: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/22.jpg)
Процессы в атомизатореРаствор В.
22
Аэрозоль тв.В.
Молекулы В.
Аэрозоль ж.В.
Атомы Э.
Возбужденные Атомы Э.
Ионы Э.
Испарение растворителя
Плавление вещества
Диссоциация молекул
Возбуждение атомов
Испарение вещества
Ионизация атомов
![Page 23: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/23.jpg)
Влияние матрицы на результатыАЭА
23
Метод добавокI
Cдобавл
-Cx
C1 C2 C3
Cx Cx+C1 Cx+C2 Cx+C3
![Page 24: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/24.jpg)
Физико-химические помехи:
неполнота испарения и атомизации;
образование тугоплавких и малодиссоциированныхсоединений в аэрозоле;
ионизация:
M = M+ + e
Добавляемые вещества:
ПАВ;
соли La; комплексообразователи;
легкоионизируемыеэлементы К = К+ + e
Спектроскопические буферы
24
![Page 25: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/25.jpg)
Источники возбуждения в АЭА
Источник Условия Температура, 0СЭлектрическая дуга (эл.разряд между электродами)
10-25 В,Проба наносится на электрод
5000-6000
25
![Page 26: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/26.jpg)
Источники возбуждения в АЭА
Источник Условия Температура, 0СЭлектрическая искра (короткие разряды между электродами)
15-40 кВ, 120 вспышекв секунду, 104-105 Гц
От 7000 до 10000 и 12000 в канале искры
26
![Page 27: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/27.jpg)
Источники возбуждения в АЭАИсточник Условия Температура, 0СГорелка с индуктивно-связанной плазмой (ИСП)
Плазма в магнитном поле.Жидкая проба
7000 до 10000
27
ArArAr
![Page 28: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/28.jpg)
Источники возбуждения в АЭАИсточник Спектр,
прецизионность Условия возбуждения
ПламяДостаточно яркий и стабильный. Линий немного. ОСО 1-3 %
Mg, Cu, Mn, Tl, ЩМ и ЩЗМ.
Электрическая дуга Яркий. Линий очень много (радикалы, атомы, ионы).ОСО 5-10 %
Почти все элементы; Низкая воспроизводимость условий возбуждения.
Электрическая искра Яркость низкая, ОСО 1-5 %
Стабильные. Меньше самопоглощение. Низкие пределы определения.
Горелка с индуктивно-связанной плазмой (ИСП)
Стабильный спектр, прецизионный сигнал.ОСО 1 %.
Стабильные. Почти все элементы. Низкие пределы определения. Высокая концентрация электронов.
28
![Page 29: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/29.jpg)
Приборы для АЭАСтилоскоп –качественный и полуколичествен-ный анализ металлов
Пламенно-эмиссионный фотометр-анализатор жидкостей
ИСП-спектрометр
29
![Page 30: Аналитическая химияchemistry.univer.kharkov.ua/files/Lecture09.pdf · 2012-11-28 · Основные узлы спектральных приборов 1) Устройство](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022050121/5f515cdee5f918157102d904/html5/thumbnails/30.jpg)
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!30