9.2: Атомно-абсорбційні прилади
- Page ID
- 27170
Атомно-абсорбційні спектрофотометри використовують оптичні стенди, аналогічні тим, що описані раніше в главі 7, включаючи джерело випромінювання, спосіб введення зразка (розглянутий в попередньому розділі), засіб для ізоляції хвиль цікавить, і спосіб вимірювання кількості світла, що поглинається або випромінювали.
Джерела випромінювання
Оскільки атомні лінії поглинання вузькі, нам потрібно використовувати джерело лінії замість джерела континууму для запису спектрів атомного поглинання. Малюнок\(\PageIndex{1}\) допоможе нам зрозуміти, навіщо це потрібно. Як обговорювалося в розділі 7, типовий джерело континууму має ефективну пропускну здатність близько 1 нм після проходження через монохроматор. Атомна лінія поглинання, як ми дізналися в розділі 8, має ефективну ширину лінії порядку 0,002 нм завдяки доплерівському розширенню та розширенню тиску, що відбувається в полум'ї. Якщо ми пропускаємо випромінювання від джерела континууму через полум'я, падаюча потужність від джерела та потужність\(P_0\), яка досягає детектора\(P_t\), по суті ідентичні, що призводить до поглинання нуля. Лінійний джерело, який працює при температурі нижче полум'я, має ширину лінії близько 0,001 нм. Проходження цього джерела випромінювання через полум'я призводить до\(P_T\) вимірюваного і вимірюваного поглинання.
Джерелом для атомного поглинання служить лампа з порожнистим катодом, яка складається з катода і анода, укладених всередині скляної трубки, заповненої низьким тиском інертного газу, такого як Ne або Ar (рис.\(\PageIndex{2}\)). Застосування потенціалу через електроди іонізує припливний газ. Позитивно заряджені іони газу стикаються з негативно зарядженим катодом, розпорошуючи атоми з поверхні катода. Деякі з розпилених атомів знаходяться в збудженому стані і випромінюють випромінювання, характерне для металу (ів), з якого виготовлений катод. Створюючи катод з металевого аналіту, порожниста катодна лампа забезпечує емісійні лінії, які відповідають спектру поглинання аналіта.
Кожен елемент у лампі з порожнистим катодом забезпечує кілька атомних емісійних ліній, які ми можемо використовувати для атомного поглинання. Зазвичай довжина хвилі, яка забезпечує найкращу чутливість, є тією, яку ми обираємо використовувати, хоча менш чутлива довжина хвилі може бути більш підходящою для зразка, який має більш високу концентрацію аналіту. Для лампи з порожнистим катодом Cr в таблиці\(\PageIndex{1}\) найкраща чутливість отримується за допомогою довжини хвилі 357,9 нм, оскільки ця лінія вимагає найменшої концентрації аналіту для досягнення поглинання 0,20.
Іншим міркуванням є інтенсивність емісійної лінії,\(P_0\). Якщо кілька емісійних ліній відповідають нашим вимогам щодо чутливості, ми можемо використовувати лінію викидів з найбільшим відносним P 0, оскільки існує менша невизначеність у вимірюванні P 0 та P T. Наприклад, при аналізі зразка, який становить ≈10 мг Cr/L, перші три довжини хвиль у таблиці\(\PageIndex{1}\) забезпечують хорошу чутливість; довжини хвиль 425,4 нм і 429,0 нм, однак, мають більший P 0 і забезпечать меншу невизначеність у вимірюваному поглинанні.
Спектр випромінювання для лампи з порожнистим катодом включає, крім емісійних ліній аналіту, додаткові емісійні лінії від домішок, присутніх в металевому катоді, і від газового наповнювача. Ці додаткові лінії є потенційним джерелом бродячого випромінювання, яке може призвести до інструментального відхилення від закону Біра. Ширина щілини монохроматора встановлена максимально широкою для поліпшення пропускної здатності випромінювання і досить вузькою для усунення цих джерел бродячого випромінювання.
Оптичні лавки
Атомно-абсорбційні спектрометри доступні з використанням або однопроменевого та двопроменевого оптичного стенду. \(\PageIndex{3}\)На малюнку показаний типовий однопроменевий спектрометр, який складається з лампи з порожнистим катодом в якості джерела, полум'я, гратчастого монохроматора, детектора (зазвичай фотоумножувальної трубки) і сигнального процесора. Також в цю конструкцію входить подрібнювач, який періодично блокує світло від лампи з порожнистим катодом від проходження через полум'я і потрапляння на датчик. Призначення подрібнювача - забезпечити засіб для дискримінації випромінювання світла від полум'я, що в іншому випадку сприятиме загальній кількості світла, що доходить до детектора. Як показано на малюнку\(\PageIndex{3}\), коли подрібнювач закритий, єдине світло, що доходить до детектора, - від полум'я; випромінювання полум'я і світла від лампи після того, як вона проходить через полум'я, доходить до датчика, коли подрібнювач відкритий. Різниця між двома сигналами дає кількість світла, яке досягає детектора після поглинання зразком. Альтернативний метод, який здійснює те ж саме - модулювати кількість випромінювання, що випромінюється лампою з порожнистим катодом.
\(\PageIndex{4}\)На малюнку показано типове розташування двопроменевого приладу для атомно-абсорбційної спектроскопії. У цій конструкції подрібнювач чергується між двома оптичними шляхами: одним, в якому світло від лампи з порожнистим катодом обходить полум'я і вимірює загальне випромінювання випромінювання полум'я та лампи, і той, який пропускає порожнисте світло від лампи з порожнистим катодом через полум'я і що вимірює випромінювання світла від полум'я і кількість світла від лампи з порожнистим катодом, яке не поглинається зразком. Різниця між двома сигналами дає кількість світла, яке досягає детектора після поглинання зразком.
