Источники света. Свойства индивидуальных атомов проявляются более отчетливо в газовой фазе при

Свойства индивидуальных атомов проявляются более отчетливо в газовой фазе при небольших давлениях. Перевод веществ в газообразную фазу осуществляют нагреванием до высоких температур (порядка нескольких тысяч градусов) в устройствах, называемых атомизаторами или источниками света. При этом происходит плавление первоначально твердых веществ, их испарение, атомизация и возбуждение атомов в результате передачи высокой кинетической энергии при столкновении с другими частицами. Таким образом, источник света в методе АЭС является генератором аналитических сигналов – спектральных линий элементов.

В простейшем случае атомизатором может служить пламя. Температура, достигаемая в нем, не превышает 3000 К. Поэтому в пламени возбуждаются лишь атомы наиболее легко возбудимых щелочных и щелочноземельных элементов. Пламена с более высокими температурами обладают значительным собственным излучением и для аналитических целей не используются.

Высоких температур, достаточных для возбуждения атомов большинства элементов, можно достичь с помощью дугового (постоянного или переменного тока) или искрового электрического разрядов. Разряд возникает в промежутке между электродами. На нижний электрод помещается проба (либо проба сама служит электродом, например, при анализе металлов). Верхним электродом служит заточенный стержень из спектрально чистого углерода.

Рис. 4.3. Схема дугового разряда  

Дуговой разряд (рис. 4.3) представляет собой стационарный электрический газовый разряд между электродами и обусловлен переносом ионов и электронов в плазме. Выбиваемые из катода электроны под действием электрического поля движутся к аноду. Приобретая значительную кинетическую энергию, они сталкиваются с атомами и молекулами пара, заполняющего дуговой промежуток, и интенсивно его ионизируют. Ионы совершают обратный дрейф к катоду. Ускоряясь вблизи катода, они бомбардируют его, поддерживая этим эмиссию электронов. Высокие скорость испарения пробы и температура плазмы дугового разряда (4000–6000 К) позволяют использовать его для анализа тугоплавких соединений, непроводящих электрический ток порошковых проб, а также для определения малых примесей в самых разнообразных объектах. Дуговые спектры состоят в основном из атомных линий. Доля ионных линий незначительна. Пределы обнаружения многих элементов достаточно низки. Поэтому для качественного (обзорного) анализа используют в основном дуговой разряд.

Рис. 4.4. Схема искрового разряда

Увеличить температуру плазмы без повышения средней мощности источника света можно, если от непрерывного горения перейти к отдельным кратковременным разрядам. Такой тип источника называется искровой конденсированный разряд (рис. 4.4). Он характеризуется особым процессом атомизации пробы, получившим название электроискровой эрозии.

Первой стадией искрового разряда является пробой межэлектродного пространства. В результате формируется канал (1) в виде ломаной линии, похожей на грозовой разряд. Благодаря высокой плотности тока (до 10⁵ А/см²) газовая температура плазмы пробойного канала достигает 50000 К. Материал электродов в этот момент еще не поступает в межэлектродное пространство, поэтому излучение искры в стадии пробоя состоит только из спектральных линий и молекулярных полос атмосферных газов.

В следующий момент небольшой участок поверхности электрода, на который опирается разряд, быстро нагревается. Тепло не успевает распространиться на соседние участки, и в точке разогрева происходит взрывоподобный выброс вещества в виде факела (2). Возбуждение и излучение спектральных линий пробы происходит при пересечении факела с пробойным каналом, температура которого к моменту образования факела соответствует 10000–12000 К. Ввиду такой высокой температуры в искровом спектре ионные линии преобладают над атомными. Искровой разряд применяют для количественного анализа монолитных металлических образцов (стали, чугуны, сплавы).

Рис. 4.5. Индуктивно связанная плазма

Индуктивно связанная плазма (ИСП) – современный источник атомизации и возбуждения. Плазменная горелка (рис. 4.5) состоит из трех концентрических кварцевых трубок. По центральной трубке 2 газом-носителем (аргоном) вводится мелкодисперсный аэрозоль анализируемого раствора. По внешней трубке 4 аргон подается в качестве охладителя, термически изолируя плазму, а средняя трубка 3 предназначена для промежуточного плазменного потока. Горелка помещается внутри медной индукционной катушки 1, подсоединенной к радиочастотному генератору. При определенных газовом потоке и уровне мощности генератора формируется самоудерживающая аргоновая плазма. Она характеризуется высокой температурой (6000–9000 К), воспроизводимостью условий возбуждения, долговременной стабильностью, длительностью пребывания в реакционной зоне. В ней возбуждаются многие тугоплавкие элементы (бор, цирконий, вольфрам и др.). Относительно малое число возбужденных частиц в периферийной области сводит к нулю процессы самопоглощения. Метод АЭС с ИСП характеризуется низкими пределами обнаружения элементов.

Дата добавления: 2015-07-08