Методы определения элементного состава: методы атомной спектроскопии

1.

Дисциплина: ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ
СУДЕБНО-ЭКСПЕРТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Лекция. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА:
МЕТОДЫ АТОМНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

2.

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Методы, позволяющие
установить
элементный состав веществ
Методы, позволяющие
установить
молекулярный состав веществ
(методы молекулярной
спектроскопии)
Основаны на взаимодействии
электромагнитного излучения
с веществом, при котором
происходят переходы между
энергетическими
уровнями
в атомах, содержащихся в этом
веществе
Основаны на взаимодействии
электромагнитного излучения
с веществом, при котором
происходят переходы между
энергетическими
уровнями
в молекулах, содержащихся
в этом веществе

3.

СХЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ И ПЕРЕХОДОВ В АТОМЕ
E2
n=3
E1
n=2
E0
n=1
Энергия свободного атома определяется энергией его электронов:
Еат = Еэл

4.

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА
МЕТОДЫ
АТОМНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЕ
МЕТОДЫ
используется излучение
в УФ- и видимой области
(оптический диапазон)
используется излучение
рентгеновского диапазона
методы основаны
на электронных переходах
валентных электронов атомов
методы основаны
на электронных переходах
внутренних электронов атомов

5.

МЕТОДЫ АТОМНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
необходима предварительная атомизация вещества
ЭМИССИОННЫЕ
основаны на измерении
энергии, излученной
возбужденными атомами
при переходах
с возбужденного электронного
уровня на основной
АБСОРБЦИОННЫЕ
основаны на измерении
энергии, поглощенной атомами
при переходах с основного
электронного уровня
на возбужденный
требуются источники
возбуждения
возбуждение атомов
не требуется

6.

АТОМНО-ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (АЭС)
АЭС – методы определения элементного состава,
основанные на измерении спектров эмиссии (испускания)
электромагнитного излучения в оптическом диапазоне
свободными атомами (атомным паром)
эмиссионная
фотометрия
пламени
(ЭФП,
пламенная
фотометрия)
эмиссионный
спектральный
анализ (ЭСА)
эмиссионный
лазерный
микроспектральный
анализ
(ЛМСА)
спектроскопия
с индуктивносвязанной
плазмой
(ИСП)

7.

Эмиссионная фотометрия пламени
(ЭФП, пламенная фотометрия)
ИСТОЧНИК
АТОМИЗАЦИИ
И ВОЗБУЖДЕНИЯ
• пламя t ~ 2000-3000 OC
ВОЗМОЖНОСТИ
• одноэлементный количественный
анализ
ДОСТОИНСТВА
• высокая воспроизводимость
при количественном анализе
ОГРАНИЧЕНИЯ
• необходимость перевода твердого
объекта в раствор
• одноэлементность анализа
• ограниченный круг определяемых
элементов

8.

Эмиссионный спектральный анализ
(ЭСА)
ИСТОЧНИК
АТОМИЗАЦИИ
И ВОЗБУЖДЕНИЯ
• дуга постоянного или переменного
тока t ~ 3000-7000 OC
ВОЗМОЖНОСТИ
• многоэлементный качественный
анализ
ДОСТОИНСТВА
• одновременное определение
большого числа основных
и примесных элементов
• высокая чувствительность
ОГРАНИЧЕНИЯ
• малая воспроизводимость
при количественных определениях
• необходимость измельчения объекта

9.

Эмиссионный лазерный
микроспектральный анализ (ЛМСА)
ИСТОЧНИК
АТОМИЗАЦИИ
И ВОЗБУЖДЕНИЯ
• излучение лазера
ВОЗМОЖНОСТИ
• многоэлементный качественный
анализ
ДОСТОИНСТВА
• объект практически не разрушается
• не требуется предварительная
подготовка проб
• высокая абсолютная
и относительная чувствительность
ОГРАНИЧЕНИЯ
• непригоден для количественных
измерений

10.

Спектроскопия
с индуктивно-связанной плазмой (ИСП)
ИСТОЧНИК
АТОМИЗАЦИИ
И ВОЗБУЖДЕНИЯ
• индуктивно-связанная плазма
(ионизированный газ)
ВОЗМОЖНОСТИ
• многоэлементный качественный
и количественный анализ
ДОСТОИНСТВА
• одновременное определение
большого числа элементов
• возможность количественного
определения макро- и микрокомпонентов объекта
с использованием единых
градуировочных графиков
• автоматизация, компьютерное
управление процессом анализа
ОГРАНИЧЕНИЯ
• необходимость перевода твердого
объекта в раствор
• большой расход аргона высокой
чистоты

11.

АТОМНО-АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ААС)
ААС – метод определения элементного состава,
основанный
на
измерении
спектров
поглощения
электромагнитного излучения в оптическом диапазоне
атомным паром вещества
ИСТОЧНИК
АТОМИЗАЦИИ
• пламя газовой горелки t ~ 2000-3000 OC
(пламенный вариант)
• печь (графитовая кювета) t ~ 3000 ОС
(электротермический вариант)
ВОЗМОЖНОСТИ
• количественный анализ
(не более 5-7 элементов в пробе)
ДОСТОИНСТВА
• высокая чувствительность
• высокая воспроизводимость
ОГРАНИЧЕНИЯ
• трудоемкость осуществления многоэлементного анализа
• необходимость перевода твердого
объекта в раствор

12.

АТОМНО-ЭМИССИОННЫЕ СПЕКТРЫ
Спектр – зависимость количества поглощенных
или излученных веществом фотонов от параметра,
характеризующего электромагнитное излучение
Атомно-эмиссионный
спектр
–
зависимость
количества
излученных
веществом
фотонов
от длины волны электромагнитного излучения

13.

ФИКСАЦИЯ АТОМНО-ЭМИССИОННЫХ СПЕКТРОВ
Фиксация на фотопластинке
Фотоэлектрическая фиксация