Атомная абсорбция

Взаимосвязь спектроскопических методов и областей
электромагнитного спектра

Методы оптической атомной спектрометрии, применяемые в аналитических целях
(методы элементного анализа, в основном неорганических соединений)
Атомно--эмиссионный спектральный анализ
Атомно-абсорбционный спектральный анализ
Атомно-флуоресцентный спектральный анализ
Спектры имеют линейчатый характер

Атомно-абсорбционный спектрометр

детектор и
регистрирующее
устройство
монохроматор
Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрометра
атомизатор
проба
лампа с полым
катодом

Лампы с полым катодом

Процессы в лампе с полым катодом
1 - распыление атомов
2 - возбуждение атомов
ионами окружающего газа
3 - излучательная
дезактивация
возбужденных атомов
Для устранения влияния шумовых эффектов, применяют импульсную модуляцию источника

ИСТОЧНИК СВОБОДНЫХ ИОНОВ
(атомизатор)
Основная роль атомизатора – перевод пробы в свободные атомы,
главным образом в основном состоянии
Идеальный атомизатор – должен осуществлять полную
атомизацию пробы
В атомно-абсорбционной спектроскопии используют атомизаторы
следующих типов типов :
- пламя (смеси различных горючих газов)
- электротермический (в графитовой печи)
техника гидридных соединений и холодного пара)

Атомизация в пламени
Составы газовых смесей для пламенной ААС:
Пламенная абсорбционная спектроскопия ограничивается анализом
растворенных проб

Атомизация в пламени

Работа распылителя

Схема распределительно-смесительной системы
Хорошо смешанный с горючими газами тончайший аэрозоль попадает в пламя, где он сначала высушивается. Остаются химические соединения, из которых при дальнейшем подводе тепла образуются атомы в основном состоянии.

Электротермическая атомизация – атомизация
в графитовой трубчатой печи
В 1959 году Борис Львов из Санкт-Петербурга предложил использовать
в атомно-абсорбционной спектроскопии графитовую трубчатую печь.
В современном варианте графитовой печи проба испаряется и
одновременно атомизируется в импульсном режиме.

Принцип действия графитовой трубчатой печи

Температурная характеристика при атомизации в графитовой печи
Электротермическая программа
состоит из нескольких последовательных стадий нагрева:
Высушивание обеспечивает десольватацию пробы с целью удаления растворителя испарением (2)
Озоление (3) твердого остатка после первой ступени. Обеспечивает удаление или упрощение органической или неорганической основы, сохранив при этом определяемый элемент внутри атомизатора в стабильной форме, так чтобы атомизация протекала с минимальным мешающим влиянием основы
Атомизация (6), в течение которой происходит диссоциация молекулярных частиц определяемого элемента при высокой температуре и реализуется формирование свободных атомов определяемого элемента. Скорость нагрева должна быть высокой (2000оС/с)
1 - поток Ar включен, 2 – высушивание, 3 – озоление, 4 – поток Ar выключен,
5 – поток Ar включен, 6 – атомизация, 7 – период охлаждения, 8 – процедура охлаждения

Методика на основе гидридных соединений и ртути
В основу методики положен тот факт, что некоторые элементы четвертой, пятой и шестой главной группы образуют летучие гидриды. Особенностью этого метода является то, что определяемый элемент перед переводом его в атомизтор отделяется в форме газообразного гидрида почти от всех имеющихся примесей. Гидридообразующие элементы:
мышьяк (As ), селен (Se), сурьма (Sb), теллур (Te), висмут (Bi) и олово (Sn)
В качестве восстановителя – бортетрагидрид натрия

Критерии выбора подходящего способа атомно-абсорбционной спектроскопии
Разные способы атомно-абсорбционной спектроскопии:

Монохроматизация излучения в методах атомного оптического спектрального анализа
Линейная дисперсия Dl является одной из важнейших характеристик спектрального прибора.
1 – входная щель, 2 – коллиматорный объектив, 3 – дипергирующий элемент,
4 – камерный объектив, фокальная плоскость камерного объектива
- разрешающая способность прибора

Применение дифракционных решеток
Основные параметры дифракционных решеток:
расстояние d между двумя последовательными штрихами; плотность штрихов (число штрихов на единице длины) n;
ширина решетки W;
общее число штрихов N=n·W;
угол θ между нормалью к поверхности решетки и нормалью к поверхности
штриха для штрихо пилообразной формы.
Типичные значения: n ~ 1000÷4800 штрих мм-1; W ~ 100 мм; α= 200
α

Применение оптической схемы в качестве монохроматора.
Схема Черни-Тернера
1 – фокусирующая линза; 2 – входная щель; 3 – коллиматорное вогнутое зеркало;
4 – вращающаяся плоская решетка; 5 – вогнутое зеркало объектива; 6 – выходная
щель; 7 - детектор

Однолучевой атомно-абсорбционный спектрометр
с дейтериевой компенсацией

Двухлучевой атомно-абсорбционный спектрометр

Принцип псевдодвухлучевого
атомно-абсорбционного спектрометра

Серия АА-7000 : чувствительность, надежность, универсальность, скорость, комфорт

Конфигурации АА-7000
Системы с пламенной атомизацией AA-7000F.
- пламя, ручная юстировка горелки, без автодозатора
- пламя, ручная юстировка горелки, с автодозатором
- пламя, автоюстировка горелки, без автодозатора
- пламя, автоюстировка горелки, с автодозатором.
Системы с электротермической атомизацией AA-7000G.
- печь, автоюстировка, без автодозатора (опция CCD камера)
- печь, автоюстировка, с автодозатором (опция CCD камера)
Системы с двойной атомизацией : пламенной и электротермической АА-7000FG.
- пламя и печь, автоматическая смена и юстировка атомизаторов, автодозатор (опция CCD камера).

AA-7000. Оптика
3-мерная 2-лучевая оптическая схема,
возможность автоматического переключения
в 1-лучевой режим. Регулируемый аттенюатор.
Монохроматор Черны-Тернера
Спектральный диапазон 185-900 нм.
Детектор: ФЭУ.
Автоматическая настройка на длину волны
определяемого элемента.
Спектральная щель 0.2; 0.7; 1.3; 4.0 нм. Автоматическая установка ширины и высоты щели.
Турель на 6 ламп с полым катодом. Автоматическая установка ламп. Юстировка ламп не требуется.
Система коррекции фона: двойная, дейтериевый корректор + корректор на основе высокоскоростного самообращения линий (модифицированный корректор Смита-Хифти).

Титановая 10 см горелка (С2H2-воздух), сменная высокотемпературная горелка (С2H2–N2O). Опция автоматического микродозирования в пламя.
Pt/lr капилляр. Керамический коррозионно-стойкий распылитель.
Полипропиленовая коррозионно-стойкая распылительная камера.
Автоматическая настройка положения горелки на максимальную чувствительность.
Автоматическая оптимизация потоков горючего газа и окислителя. Авто-коррекция потока горючего газа при работе с органическими пробами или при изменении высоты горелки (патент Японии).
Автоматический контроль герметичности газовых линий.
Автоматический поджиг и гашение пламени. Автоматическое переключение воздух/закись.
Автоматический контроль давления для предотвращения проскока пламени. Датчик вибрации пламени при сейсмоопасности.
Автоматическое прекращение подачи газов при потухании пламени.
Блокировка от неправильной установки горелки.
Автоматическое гашение пламени, автоматическое отключение газов и вентиляция камеры горелки при отключении электроэнергии.
Пламенный атомизатор

Пламя. Калибровочная кривая для Cu.
1 ppm : 0.175 Abs
Cx=0.025 ppm; DL≈0.008 ppm
Технические характеристики AA-7000: превосходная чувствительность.

Калибровочная кривая, полученная автоматическим разбавлением стандартного раствора 2 ppm Cu с помощью автодозатора ASC-7000 (объем пробы – 90 мкл).
Становится возможным для пламени:
Автоматическое построение калибровки разбавлением исходного раствора;
автоматическое разбавление пробы при выходе за границы линейной калибровки.
Пример анализа методом микродозирования в пламя

Новый электротермический атомизатор GFA-7000
Продольно нагреваемая профилированная графитовая печь.
Кюветы: графитовые, с пиропокрытием, с платформой Львова.
Максимальная температура атомизации 30000С при скорости нагрева 2500 град/сек.
Цифровой оптический контроль температуры, цифровой контроль газовых потоков
Эффективная длина аналитической зоны превышает 30 мм
Максимально возможное время пребывания определяемых атомов → максимальная чувствительность.
Уникальное время жизни печи.
Более 2000 циклов нагрева при определении Сг.
Оценка и учет степени изношенности
графитовой печи перед каждым
циклом атомизации → постоянная
температура сушки независимо от
степени износа печи.
Встроенная ССD камера (опция)
ПО: Pb – 0.05 мкг/л; Mn – 0.01 мкг/л,
Se- 0.1 мкг/л

Левый контакт
Правый контакт
Графитовая печь
Дозировочное
отверстие
Охладитель
Держатель окна
Пружина
Ручка
Оптический путь
Принципиальная конструкция GFA-7000