3.3. Фотометрия пламени

Метод основан на излучении (эмиссионный метод) и поглощении (абсорбционный метод) световой энергии атомами элементов в пламени (рис. 3.26).

Сущность метода заключается в следующем: раствор пробы в пла- мени переходит в парообразное состояние; атомы определяемого эле- мента поглощают свет от источника или сами испускают излучение, ко- торое фиксируется фотоэлементом, фототок измеряется гальваномет- ром. Величина фототока зависит от концентрации определяемого ком- понента.

Рис. 3.26. Схема пламенного

атомизатора: 1 – пламя; 2 – распыленная проба; 3 – проба

Рис. 3.27. Распределение температуры по зонам для атомно-эмиссионной

спектроскопии пламени смеси светиль- ного газа с воздухом:

1 – восстановительная зона; 2 – внутрен- ний конус; 3 – окислительная зона;

4 – внешний конус

59

Пламена разных горючих газов, используемые в горелке, имеют разную температуру, которая снижается при вводе раствора (рис. 3.27). Также пламя имеет свои спектры излучения, которые мешают опреде- лению, особенно в ультрафиолетовой области (306÷330 нм).

Эмиссионная фотометрия пламени (ЭФП) является незаменимым методом определения щелочных металлов, которые, благодаря низким значениям энергии возбуждения, имеют в спектрах резонансные линии в видимой области спектра. Преимущество: высокая стабильность и воспроизводимость.

Большое значение в методе имеет ионизация и диссоциация соеди- нений в пламени, которые влияют на чувствительность метода, а также распыление пробы:

1. Степень диссоциации диссх

КР1 1

. (3.31)

Диссоциация полная, когда диссх

КР < 0,01. Px – парциальное давле- ние элемента, которое взаимодействует с атомами определяемого ком- понента.

2. Ме

еМе и

Р РР

К и Р

Р Ме – степень ионизации; (3.32)

и

ии

К Р4

1 Р2

К Р2

К .

При P/Kи ≥ 1000 можно пренебречь χ. 3. Распыление. Анализируемый раствор распыляют чаще всего

при помощи струи сжатого воздуха, или другого газа, используя специ- альный распылитель. Хорошие распылители позволяют получить капли меньше 10 мкм.

Диаметр капель 5,145,0

5,0

5,0

СР V

G1000 507

W 585

Д , (3.33)

где W – скорость потока газа относительно раствора м/сек; G и V – ско- рость газа и жидкости мл/сек; ζ – поверхностное натяжение раствора дин/см; ρ – плотность раствора г/см

3 ; ε – коэффициент вязкости.

ε и ζ зависят от температуры, поэтому растворы, анализируемые и стандартные, должны иметь одну температуру, а при анализе органиче- ских жидкостей и одинаковую вязкость.

60

3.3.1. Чувствительность анализа

Чувствительность анализа характеризуется абсолютной и относи- тельной чувствительностью

VCtA , где V – скорость подачи вещества (мл/мин); t – время измерения сигна- ла; С – концентрация; A – наименьшее количество вещества, которое необходимо ввести в пламя, чтобы надежно зарегистрировать излучение или поглощение атомами этого вещества.

Относительная чувствительность – наименьшая концентрация ве- щества в растворе, при которой надежно регистрируется наименьший сигнал (I – интенсивность)

2I min

,

где σ – средняя квадратичная ошибка измерений. При абсорбционных измерениях определяют оптическую плотность Dмин

0

0 min

I I

74,1D2D . (3.34)

Величина Dmin зависит от конструкции спектрофотометра, флукту- ации пламени и колеблется в интервале 0,002–0,020.