Методы спектрального анализа: Учеб. пособие.—М.: Изд-во МГУ, 1990. —213 с.: ил. ISBN 5—211—00408—6.
Учебное пособие подготовлено на основе программы, утвержденной для химических специальностей университетов. Основная цель его — познакомить будущих специалистов-аналитиков с теорией основных методов спектрального анализа, с современными методами, имеющими в настоящее время большое значение для исследования и контроля производства. Проводится сопоставление и оценка эффективности применения классических и новых методов спектрального анализа. В настоящее время пособие не имеет аналогов в учебной отечественной литературе.
Для студентов химических факультетов университетов, а также для преподавателей университетов и вузов, сотрудников научно-исследова-
ТРЛЫКИУ И ЧЯКППГКИХ ЛЯбООЗТООИЙ.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Широкое применение спектральных методов анализа во многих областях науки и техники обусловлено их универсальностью, избирательностью, низкими пределами обнаружения, экспресс-ностью, возможностью автоматизации как отдельных стадий, так и всего процесса анализа в целом.
Данная книга посвящена атомно-спектральным методам. Главное внимание сосредоточено на рассмотрении основ, знание которых дает возможность химику-аналитику правильно пользоваться современными методами спектрального анализа.
В книге рассмотрена теория атомных спектров, аппаратура для получения и регистрации спектров, атомно-эмиссионный, атомно-абсорбционный, атомно-ионизационный методы анализа. В книге нашло отражение использование в спектральных методах достижений современной науки и техники, а именно высокочастотной индуктивно-связанной плазмы и лазеров как источников ато-мизации и возбуждения.
В приложении рассмотрены основные принципы работы лазеров, анализ веществ высокой чистоты, приведены ряды летучести Русанова и таблицы основных характеристик наиболее широко используемых в настоящее время ламп с полым катодом, выпускаемых отечественной промышленностью и промышленностью ГДР.
Книга может быть полезна аспирантам и специалистам, применяющим спектральные методы для анализа различных материалов, позволит оценить возможности каждого из методов и сделать правильный выбор для решения конкретной задачи.
В конце книги приведен список литературы, где более детально изложены отдельные вопросы теории и в особенности практического применения атомно-спектральных методов анализа.
Авторы выражают искреннюю признательность кандидату химических наук В. И. Чаплыгину за большую помощь в написании главы 8 и за плодотворные обсуждения содержания некоторых разделов книги.
Критические замечания читателей по содержанию книги авторы примут с большой благодарностью.
ВВЕДЕНИЕ
Современная наука и техника для определения состава веществ широко использует разнообразные методы, среди которых большое распространение получили спектральные, введенные в практику аналитической химии в 1860 г. немецкими учеными Бун-зеном и Киргофером. Эти ученые впервые установили, что каждому химическому элементу соответствует вполне конкретный, присущий только ему спектр, по интенсивности которого можно судить о количестве рассматриваемого элемента.
С 1860 по 1932 г. методами спектрального анализа было открыто 25 элементов Периодической системы, в том числе Cs, Rb, 14 редкоземельных элементов, Tl, Ga, Hf и др.
В настоящее время спектральный анализ широко используется в науке и технике, и сейчас вряд ли можно найти область естествознания, в которой он не находил бы применения. Именно методы спектрального анализа наиболее полно удовлетворяют все возрастающим требованиям современного производства. Многоэле-ментность, экспрессность, низкие пределы обнаружения, возможность определения многих элементов в малых пробах и анализа на расстоянии, автоматизация — все это быстро превратило спектральные методы анализа в эффективные методы аналитической химии.
Целью рассматриваемого в настоящей книге атомного спектрального анализа является определение элементного состава вещества по атомным (ионным) спектрам испускания и поглощения. Следует отметить, что об элементном составе вещества также можно иногда судить и по молекулярным спектрам, которые чаще всего исследуют, используя спектры поглощения, люминесценции, комбинационного рассеяния.
Для качественного определения элементов достаточно удостовериться в наличии или отсутствии их линий в спектрах проб. Как правило, спектры получают в широких диапазонах длин волн, чтобы иметь возможность делать выводы о присутствии возможно большего числа элементов.
При количественном анализе проводят сравнения интенсивно-стей спектральных линий определяемых элементов с интенсивно-стями тех же самых линий в спектрах стандартных образцов, содержащих определяемые элементы в известных концентрациях.
Современные спектральные приборы имеют автоматизированные системы ввода проб, встроенные ЭВМ, которые управляют процессом проведения анализа, обрабатывают данные эксперимента и выдают их в удобной для потребителя форме.
Большие перспективы перед спектральным анализом открылись после изобретения лазеров. Оказалось возможным детектировать элементы на уровне единичных атомов, различая отдельные изотопы, проводить анализ на расстоянии нескольких километров от наблюдателя, эффективно выполнять анализ микрообъектов.
Трудности широкого использования лазеров связаны с необходимостью применения дорогостоящего оборудования и обслуживания его высококвалифицированным персоналом.
Однако традиционные методы спектрального анализа, по-видимому, еще долго будут занимать значительное место в арсенале методов аналитической химии.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................. 3
Введение.................. 4
Глава 1. Теория атомных спектров.......... 6
Введение ................. 6
1.1. Правила отбора . .......... 10
1.2. Основные характеристики уровней энергии....... 11
1.3. Основные характеристики спектральной линии...... 12
Глава 2. Спектральные приборы........... 17
Введение................. 17
2.1. Параметры спектральных приборов......... 23
2.2. Приемники излучения............. 23
2.3. Методы освещения щели спектрального прибора..... 28
Глава 3. Источники атомизации и возбуждения....... 32
Введение................. 32
3.1. Дуга постоянного тока............ 34
3.1.1. Электрические характеристики дугового разряда .... 34
3.1.2. Основные параметры плазмы дуги постоянного тока ... 36
3.1.3. Испарение пробы, атомизация вещества...... 37
3.1.4. Процессы в плазме дуги, влияющие на интенсивность спектральных линий............... 41
.3.1.5. Метрологические характеристики дугового разряда постоянного
тока.................. 44
3.2. Низковольтная активизированная дуга переменного тока ... 45
3.2.1. Температура и электронная плотность........ 47
3.2.2. Механизм испарения и парообразования вещества .... 47
3.3. Высоковольтная конденсированная искра........ 48
3.3.1. Электрическая схема............ 48
3.3.2. Электрические характеристики высоковольтной искры. Температура искры............... 49
3.3.3. Испарение пробы............. 50
3.3.4. Интенсивность спектральных линий в искровом разряде . . 50
3.3.5. Практическое применение и метрологические характеристики . 51
3.4. Плазмотрон............... 52
3.4.1. Принцип работы плазмотрона......... 52
3.4.2. Температура и электронная концентрация...... 53
3.4.3. Влияние некоторых параметров на интенсивность спектральных линий................. 53
3.4.4. Метрологические характеристики........ 54
3.5. Пламена................ 54
3.5.1. Структура пламени, температура и состав...... 54
3.5.2. Излучение пламен............. 57
3.5.3. Факторы, влияющие на парообразование и атомизацию вещества. 57
3.5.4. Степень ионизации............ 62
3.5.5. Влияние состава пробы на атомизацию....... 63
3.5.6. Аналитическое применение пламен и метрологические характе-
3.6. Газоразрядные трубки пониженного давления. Полый катод . . 66
3.6.1. Испарение пробы............. 6$
3.6.2. Аналитическое применение полого катода и метрологические характеристики ............... 68
3.7. Высокочастотная индуктивно-связанная аргоновая плазма . . 69
3.7.1. Схема горелки высокочастотной индуктивно-связанной аргоновой плазмы................ 70
3.7.2. Испарение, атомизация пробы и возбуждение спектров испускания .................. 71
3.7.3. Аналитическое применение.......... 72
3.7.4. Влияние на интенсивность спектральных линий и пределы обнаружения.................. 73
3.8. Сверхвысокочастотный микроволновой разряд...... 74
3.9. Лазерные атомизаторы............ 74
Глава 4. Шумы в спектральных методах анализа...... 77
Глава 5. Метрологические характеристики методов спектрального анализа.................... 81
5.1. Основные метрологические характеристики....... 82
5.2. Аддитивные и мультипликативные помехи, случайные и систематические погрешности, скедастические кривые........ 82
5.3. Оценка минимального аналитического сигнала. Расчет предела обнаружения ...............' . 86
Глава 6. Стандарты в спектральном анализе. Методы определения концентрации вещества в пробе............ 89
6.1. Стандарты для спектрального анализа . . . . . . . . 90
6.2. Методы определения неизвестной концентрации ...... 91
Глава 7. Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа . . 96
7.1. Спектрографический метод анализа......... 96
7.1.1. Аппаратура............... 97
7.1.2. Качественный спектрографический анализ...... 98
7.1.3. Приближенно-количественный спектрографический анализ (полуколичественный анализ)............. 99
7.1.4. Количественный анализ........... 103
. 7.2. Спектрометрический метод анализа......... 111
7.3. Атомно-эмиссионный анализ различных материалов . . . . 114
7.3.1. Токопроводящие материалы.......... 114
7.3.2. Токонепроводящие материалы......... 116
7.3.3. Растворы............... 119
7.4. Метод пламенного атомно- и молекулярно-эмиссионного анализа (фотометрия пламени).............. 120
7.4.1. Аналитические характеристики......... 121
7.4.2. Аппаратура.............. 124
7.4.3. Мешающие влияния............ 127
7.4.4. Метод молекулярно-эмиссионного анализа в полости (МЕСА-спектрометрия)............... 128
7.5. Атомно-флуоресцеитный метод анализа........ 130
7.5.1. Принцип метода ............. 130
7.5.2. Аппаратурное оформление.......... 131
7.5.3. Аналитические характеристики......... 137
Глава 8. Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа . . 137
Введение................. 137
8.1. Основы метода.............. 138
8.2. Метод атомно-абсорбционного анализа с атомизацией пробы в
пламени ...',...... . . 1**
8.2.1. Аппаратура.............. 13^
i 8.2.2. Некоторые метрологические характеристики атомно-абсорбци-
онного анализа в пламени............ j|?7
8.2.3. Мешающие влияния............ 10°"
8.3. Атомно-абсорбционный анализ с электротермическим способом ато-
мизации пробы................ }°*
Введение................. })?
8.3.1. Типы электротермических атомизаторов....... »5*
8.3.2. Ход анализа с помощью электротермических атомизаторов . . 168
8.3.3. Характеристики аналитических сигналов и их измерение . . 171
8.3.4. Механизмы испарения и атомизации пробы в графитовых печах 175
8.3.5. Аналитические характеристики и применение атомно-абсорбционного метода с ЭТА............. 176
8.3.6. Перспективы развития атомно-абсорбционного анализа с электротермическими атомизаторами........... 182
Глава 9. Атомно-ионизационный метод анализа . . . . . . . 183
9.1. Основы метода.............. 183-
9.2. Аппаратура............... 185
9.3. Аналитическое применение и помехи......... 188
Приложение 1. Основные принципы работы лазеров..... 189
Приложение 2. Анализ веществ высокой чистоты..... 195
Приложение 3. Последовательность появления линий спектров элементов при испарении их соединений из канала угольного электрода (ряды летучести Русанова).............. 203-
Приложение 4. Основные технические характеристики источников света в атомно-абсорбционном анализе......... . 204
Литература................. 209
Цена: 150руб.
