|
Читайте также: |
Рассмотрим возможные пути возбуждения атомов - способы увеличения их энергии: термическое возбуждение атомов путем столкновений с молекулами ионами и электронами и возбуждение внешним излучением. В атомно-эмиссионном спектральном анализе используется термическое возбуждение.
Энергию, необходимую для возбуждения атома, называют потенциалом возбуждения и обычно выражают в электрон-вольтах. Электрон-вольт - это энергия, приобретаемая электроном при прохождении в электрическом поле разности потенциалов в 1В. Энергию, приводящую к отрыву от атома его внешнего валентного электрона, называют потенциалом ионизации.
Наиболее простым видом возбуждения атомов является повышение температуры, обусловливающее рост тепловой энергии (в частности, энергии поступательного движения) атомов. Однако даже при сравнительно высоких температурах среднее значение энергии (распределенное на все атомы) слишком мало для того, чтобы перевести все атомы в возбужденное состояние. Но в каждом газе встречаются молекулы, скорость которых согласно максвелловскому распределению скоростей значительно выше средней. Поэтому переход атомов в возбужденное состояние возможен при столкновении с быстрыми молекулами (неупругое столкновение). При этом кинетическая энергия превращается во внутриатомную энергию электронов и остается у одного из столкнувшихся атомов. После этого возможна отдача избытка энергии атомом в виде кванта электромагнитного излучения, в этом случае столкновение называется неупругим I рода, либо энергия вернется в кинетичекую при последуюшем неупруом столкновении II рода.
Возбуждение спектра происходит в источниках спектра. В большинстве источников одновременно происходит испарение твердых и жидких образцов, распад молекул на атомы, ионизация и возбуждение атомов и ионов, испускание частицами вещества электромагнитного излучения.
Механизм испарения пробы зависит от типа источника света, способа введения в него пробы и природы пробы. В одних источниках проба испаряется быстро - взрывоподобно, в других - медленно. Различают два механизма испарения: тепловое, когда проба испаряется из расплава или переход пробы из твердого состояния в пар, минуя стадию плавления (сублимация), и катодное распыление, когда проба переходит в пар под действием бомбардирующих ее ионов.
В зависимости от способа введения пробы в источник света может происходить полное или частичное ее испарение. В зависимости от химического состава пробы в пар могут поступать одновременно свободные атомы и недиссоциированные молекулы, или только атомы, или только молекулы. При этом может наблюдаться явление фракционного испарения, когда элементы, входящие в состав пробы, поступают в источник не одновременно, а поочередно в зависимости от летучести того или другого соединения.
Большая часть атомов и молекул при испарении попадает в зону возбуждения и, соответственно, принимает участие в формировании спектра пробы. Но некоторые частицы рассеиваются в стороны или быстро покидают зону возбуждения вследствие конвекции или диффузии.
В зоне возбуждения вещество находится в состоянии плазмы. Плазму можно рассматривать как смесь электронного, ионного и атомного газов. При высокой температуре и достаточно большом давлении (высокой концентрации частиц) происходит большое число столкновений. В результате этого кинетическая энергия легких и тяжелых частиц выравнивается - устанавливается термодинамическое равновесие. В большинстве источников света, используемых для эмиссионного спектрального анализа, плазма изотермична.
Время жизни возбужденного атома невелико - 10-7-10-8 с. Однако некоторые атомы имеют такие возбужденные состояния, из которых электрон не может спонтанно вернуться в основное состояние. Для этих «метастабильных состояний» возбужденное состояние оказывается более длительным, и вероятность ударов II рода повышается. Атом из метастабильного состояния может вернуться в нормальное состояние либо через удар II рода с другим атомом, либо путем предварительного возбуждения в более высокое энергетическое состояние (ступенчатое возбуждение). Последнее играет важную роль при возбуждении искровых спектров.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 201 | Нарушение авторских прав