Основы метода
Эмиссионный спектральный анализ является одним из наиболее мощных средств изучения состава вещества. По богатству и надежности одновременно получаемой информации этот метод не имеет себе равных. Универсальность анализа, быстрота и высокая чувствительность (от целых процентов до 10-4-10-5 %)позволяют успешно использовать его для решения минералогических, геохимических и геоэкологических задач. Метод позволяет практически осуществить анализ любого количества проб, причем одновременно определяется значительное число элементов (до 50-70).
В эмиссионном спектральном анализе используются спектры излучения атомов, ионов и отдельных молекул. Структура спектров и интенсивность отдельных спектральных линий определяется внутренним строением излучающих частиц и условиями, в которых они находятся.
Атом каждого химического элемента может находиться в различных, но строго определенных энергетических состояниях. Состояние с минимальной энергией является наиболее устойчивым и называется нормальным или основным. Другие состояния - возбужденные - являются менее устойчивыми. Переход атома из возбужденного состояние в основное (в возбужденном состоянии атом находится очень недолго 10-7 - 10-8 с) или другое возбужденное состояние, но с меньшей энергией, сопровождается излучением кванта света, частота которого определяется фундаментальным соотношением, выражающим закон сохранения энергии или излучения:
hv=Е2 -E1 1 или v= (Е2-Е1)/h
длина волны L = ch/(E2-E1)
где E1 и Е2 - энергии исходного и конечного состояний;
с - скорость света;
h - постоянная Планка;
L – длина волны.
Набор длин волн спектральных линий, излучаемых атомом, строго определяется набором энергетических состояний, в котором он может находиться. Каждый атом излучает характерный свойственный ему линейчатый спектр.
Спектральные линии имеют различную форму и ширину, обусловленные свойствами излучающего атома и внешними условиями. Естественная ширина линий не зависит от длины волны и составляет 0,000119 ангстрем, А0. Естественная ширина линий намного меньше, чем уширение, вызываемое в источниках возбуждения взаимодействием излучаемого атома с электронами, ионами и нейтральными частицами, а также эффектом Доплера.
Интенсивность (яркость) спектральных линий определяется потенциалом возбуждения данной линии, вероятностью соответствующего квантового перехода и другими факторами (поглощение, рассеивание, концентрация излучаемого элемента и др.). В общем виде зависимость интенсивности спектральной линии от концентрации выражается формулой (кривая роста):
I = aCb или Lg I = b LgC + Lga
где - I - интенсивность линии элемента;
С - концентрация элемента в исследуемом веществе;
a и b - константы, имеющие определенное физическое значение, определяемое на опыте (коэф., характеризующие самопоглощение).
Специфичность спектральных линий каждого элемента и дискретность спектра, зависимость интенсивности спектральных линий от концентрации излучаемого элемента используется для качественного и количественного анализа содержания отдельных элементов в пробе.
Задача эмиссионного спектрального анализа состоит в определении состава вещества по спектру, излучаемого его парами. Процесс анализа включает три этапа:
1. Перевод вещества в газообразное состояние и возбуждение спектров атомов, ионов и молекул. Эта задача выполняется с помощью источников возбуждения.
2. Разложение излучения в спектр и его регистрация, которое осуществляется спектральным аппаратом.
3. Изучение полученного спектра и установление содержания элементов, присутствующих в исследуемой пробе. Сюда относятся отождествление спектральных линий, измерение их интенсивностей и определение содержание элемента.
Источники возбуждения спектров
В качестве источников испарения и возбуждения используются:
- электрическая дуга
- искровой и импульсный разряды
- оптические квантовые генераторы
- пламя.
