Электрическая дуга и искровой разряд

Используется электрическая дуга между угольными или металлическими электродами. На практике чаще используются угольные электроды. Температура в межэлектродном пространстве от 5000⁰ (медные электроды) до 7000⁰ (угольные электроды). Анализ проводится следующим образом

На рис. 2.1 представлена зависимость (логарифмическая) интенсивности излучения от концентрации измеряемого элемента. Как правило, спектры излучения фиксируются на фотопластинках и интенсивность излучения определяется по почернению пластинки.

Проба в виде порошка помещается в торцовое углубление нижнего электрода (анод). Торец анода нагревается до 3500 градусов, проба испаряется и в межэлектродном пространстве ионизируется (атомы возбуждаются). В угольной дуге постоянного тока возбуждаются спектры почти всех элементов, за исключением некоторых газов и неметаллов. Форма угольных электродов представлена на рис. 2.2. В углубление нижнего электрода в виде порошка засыпается исследуемая проба. Порошковая проба может вдуваться воздухом в пламя дуги, в пламя дуги может вводится проба и в виде раствора.

 

Искровой и импульсные электрические разряды в качестве источников возбуждения используются для исследования металлов и сплавов - более высокая температура в области разряда, чем при электрической дуге.

 

 

 

Оптические квантовые генераторы (ОКГ)

В качестве источника испарения используются лазеры. В основном они используются для локального спектрального анализа. Лазерный пучок фокусируется на исследуемое зерно в породе с помощью микроскопа. В момент вспышки ОКГ происходит испарение вещества и пары попадают в промежуток между электродами, к которым приложено напряжение импульсного генератора, возникает яркий электрический разряд, свечение которого направляется в спектрограф.

 

Пламя

В качестве источников возбуждения используется пламя. Пламя горелки (пропановой, водородной, ацетиленовой) используется при анализе по фотометрии пламени - рассмотрим в лекции по фотометрии пламени. В последние годы широко используется в качестве источника возбуждения индуцированно-связанная плазма, которая позволяет получать высокие температуры в области пламени, что позволяет ионизировать и возбуждать широкий круг элементов.

 

Спектральные аппараты

Разложение излучения источников света в спектр производится с помощью спектральных аппаратов, главными элементами которых являются преломляющая призма, дифракционная решетка или интерференционное устройство. Ими определяются основные параметры приборов (дисперсия, разрешающая способность) и их классификация.

 

Призменные приборы

Действие призмы основано на зависимости показателя преломления от длины волны - дисперсия материала. Призмы изготовляются из разных материалов - кварц, стекло, фтористый литий, хлористый натрий и др. для работы в различных областях спектра

Кварцевые спектрографы средней дисперсии - ИСП-22, ИСП-28, ИСП-30. В видимой области спектра - стеклянные спектрографы ИСП-51. Оптическая схема спектрограмма с призмой представлена на рис. 2.3.

 

Дифракционные решетки

Для спектрального анализа используются главным образом отражательные дифракционные решетки (рис. 2.4), представляющие собой металлическое зеркало с большим коэффициентом отражения, на котором резцом нанесены штрихи определенного профиля (600-1200 шт/мм). На каждом из штрихов происходит дифракция отраженных световых пучков и лучи, диафрагмированные на соседних штрихах, интерферируют и дают ряд максимумом в направлениях, для которых разность хода составляет целое число длин волн (спектрографы ДФС-13, ДФС-8, ДФС-10 М - квантометр).

 

Регистрация спектров

Визуальный способ

Измерение интенсивности спектральных линий может осуществляться визуальным, фотографическим и фотоэлектрическим способами. Визуальную регистрацию используют при качественном и полуколичественном анализе преимущественно при исследовании металлов и сплавов. Преимущества этого метода - простота и экспрессность, недостатки - высокая погрешность.

 

Фотографический способ

Фотографический способ регистрации спектров применяется наиболее широко. Достоинства способа - простота аппаратуры, документальность, одновременность регистрации нескольких спектров, низкие пределы обнаружения многих элементов, информативность (определение до 70 элементов в одной пробе).

 

 

 

 

Спектр регистрируется на специальных фотопластинках. Степень почернения линии спектра на фотопластинке пропорциональна содержанию элемента.

 

Фотоэлектрический способ

Световой поток нужной аналитической линии отделяется от остального спектра с помощью монохроматора и преобразуется в электрический сигнал. Величина электрического сигнала пропорциональна содержанию элемента. В качестве регистраторов используются фотоэлементы или фотоумножители (ФЭУ).

 

Способы обработки спектра