Источники атомизации и возбуждения

Для получения излучения атомов определяемого элемента необходимо провести его атомизацию с последующим возбуждением его энергетического состояния. Основные источники атомизации и возбуждения, используемые в АЭСА и их назначение, приведены в табл. 2.1.

Важнейшей характеристикой источников возбуждения (атомизаторов) является обеспечиваемая ими температура среды излучения – плазмы, которая в зависимости от условий даже у одного и того же типа атомизатора может варьироваться в довольно широких пределах.

Таблица 2.1. Основные типы атомизаторов в атомно-эмиссионном спектральном анализе

Пламя. Пламя является самым низкотемпературным источником атомизации и возбуждения. В зависимости от состава горючей смеси температура пламени может изменяться от 1800 до 3000 ° С (для некоторых пламен – до 4000 ° С). Такие температуры плазмы оптимальны для возбуждения элементов с низкими потенциалами ионизации (до 8 эВ) – главным образом, для щелочных и щелочноземельных металлов, для которых пределы обнаружения составляют до 10^–7 % (масс.). Важным достоинством пламени является высокая стабильность (при постоянном потоке газа), хорошая сходимость параллельных измерений и четко выраженная избирательность по отношению к легко возбуждаемым элементам. Пробы в пламя распыляются из растворов в виде аэрозоля.

Электрическая дуга. В АЭСА используют дуговые разряды как постоянного, так и переменного тока. Температура плазмы при дуговом разряде существенно выше, чем в пламени. Таких температур достаточно для атомизации и возбуждения большинства элементов, кроме трудновозбуждаемых неметаллов, таких, как галогениды, бор, фосфор и некоторые другие. Пределы обнаружения в дуге ниже, чем в пламени. Дуговые атомизаторы не обладают высокой стабильностью работы и поэтому воспроизводимость (сходимость) результатов также невысокая. Их используют при количественных определениях, не требующих высокой точности. Основная область применения дуговых источников – это качественный анализ твердофазных образцов.

Электрическая искра. Это самый высокотемпературный источник атомизации и возбуждения, способный возбуждать любые элементы, в том числе и трудновозбуждаемые. Пределы обнаружения, достигаемые с помощью искрового атомизатора, немного выше, чем для дугового, но он значительно стабильнее последнего и обеспечивает хорошую воспроизводимость получаемых результатов. Как и дуговой, искровой атомизатор предназначен для анализа твердофазных образцов.

Индуктивно-связанная плазма (ИСП). Самый современный источник атомизации и возбуждения, обеспечивающий наилучшие аналитические возможности и метрологические характеристики. Он представляет собой аргоновую горелку особой конструкции, в которой высокотемпературная плазма стабилизируется с помощью высокочастотной индукционной катушки, окружающей верхнюю часть горелки (рис. 2.1). Температура аргоновой плазмы сравнима с температурой искрового разряда, однако обеспечивает бόльшую чувствительность, хорошую воспроизводимость и широкий интервал определяемых концентраций (до 5 порядков). К сожалению, это самый дорогой атомизатор и требует большого расхода аргона. Методом ИСП анализируют, преимущественно, растворы.

Рисунок 2.1 – Схема получения высокочастотной индуктивно-связанной плазмы: 1 – анализируемый раствор; 2 – аргон для распыления раствора; 3 – аэрозоль; 4 – аргон для образования плазмы; 5 – кварцевая трубка; 6 – индукционная катушка; 7 – факел плазмы