Пламенный источник атомизации и возбуждения

Наиболее старым источником получения спектров индивидуальных атомов является пламя. По сравнению с другими атомизаторами его отличают простота обращения, доступность, низкая стоимость и хорошие метрологические характеристики. Пламя представляет собой низкотемпературную плазму, в которой протекают химические реакции, поддерживающие температурный баланс.

Рис. 4.19. Структура пламени: 1 – внутренний конус; 2 – промежуточная зона; 3 – внешний конус.

Пламя − это одна из разновидностей низкотемпературной плазмы. Различают внутренний конус 1, промежуточную зону 2 и внешний конус 3 (рис. 4.19). Внутренняя зона имеет низкую температуру (1300 − 1900 К). В ней происходит неполное сгорание смеси, термическое равновесие не достигается. Эту зону не используют в аналитических целях, поскольку атомизация и возбуждение в ней незначительны, а собственное поглощение и шумы достаточно велики.

В промежуточной зоне 2, называемой аналитической, присутствует избыток горючего, вследствие чего в ней реально осуществляются реакции полного окисления.

Внешняя область пламени содержит, помимо продуктов полного окисления углеводородов, газы воздуха (N₂, О₂), радикалы и некоторые количества СО, Н, О. Эта зона пламени интенсивно излучает в инфракрасной области спектра и мало излучает в видимой и ультрафиолетовой областях.

Не смотря на то, что время пребывания частиц в пламени менее 10⁻³ с, в зонах 2 и 3 протекают равновесные процессы (рис. 4.20). Образуемый при распылении аэрозоль «жидкость – газ» после испарения растворителя превращается в аэрозоль «твердое тело – газ». Твердые частицы соли определяемого элемента испаряются и диссоциируют на свободные атомы, причем второй процесс может происходить в некоторых случаях одновременно с первым. В дальнейшем атомы определяемого элемента могут взаимодействовать с радикалами гидроксила, атомами кислорода, атомами галогенов или ионизироваться.

Рис. 4.20. Схема процессов, протекающих в пламени.

Образующиеся радикалы, содержащие атомы металла, в свою очередь могут излучать полосатые спектры. Возбуждение свободных атомов металлов может происходить в результате их столкновения с возбужденными молекулами и радикалами плазмы пламени или при поглощении квантов света соответствующей энергии. Каждый из указанных процессов зависит от природы металла, растворителя и температуры пламени, которая определяется, главным образом, составом топлива и окислителя, а также их соотношением (табл. 4.4).

Таблица 4.4. Средние температуры некоторых пламен

Горючая смесь	Т, К	Горючая смесь	Т, К
Газ городской сети − воздух	2000−2100	Газ городской сети − кислород
Пропан − воздух		Ацетилен − кислород	3100−3300
Ацетилен − воздух	2300−2500	Ацетилен − N2O	2700−3100

Наиболее часто в методе фотометрии пламени используют такие горючие смеси, при сгорании которых температура факела не превышает 2500−3000 К. А для определения элементов с низкими потенциалами ионизации (К, Nа, Li, Са)рекомендуют воздушно газовую смесь «пропан-бутан».

Дата добавления: 2015-07-08