Результаты АА анализа конкретных проб в значительной степени зависят от условий проведения анализа. Поэтому задача подбора оптимальных условий и методик анализа является очень важной.
Критерием оптимальности при этом является достижение максимального соотношения «анализируемый сигнал-шум», что возможно лишь при минимуме влияния различных мешающих определению факторов.
Для достижения этого прежде всего необходимо оптимизировать:
1. ток источника излучения
2. рабочую высоту пламени
3. соотношение горючего компонента и окислителя в газовой смеси
4. ширину щели
Иногда, но гораздо реже, приходится:
1. подбирать другую аналитическую линию
2. менять скорость поступления раствора
3. переходить на горелку другого типа
4. вводить дополнительный окислитель
Общая оптимизация условий анализа достигается, как пр., экспериментально вследствие принятия компромиссных решений по каждому влияющему фактору в отдельности. В принципе, подбор оптимальных условий может быть осуществлён методом статического планирования эксперимента, но на практике чаще последовательно изучают влияние отдельных влияющих факторов и подбирают их сочетание.
Общие рекомендации по подбору параметров отдельных влияющих факторов.
1. Ток источника света.
При увеличении тока лампы возрастает интенсивность излучения, улучшается соотношение интенсивностей резонансной и соседних линий, улучшается воспроизводимость эмиссионного сигнала.
2. Рабочая высота пламени
Меняя расположение светового пучка над горелкой по высоте пламени можно добиться фотометрирования в области пламени с наиболее благоприятными характеристиками, т.е. максимальной концентрацией свободных атомов, минимальным собственным излучением пламени, минимальным неселективным поглощением и др. мешающими влияниями.
В воздушно-ацетиленовом пламени оптимальная высота пламени составляет 5-13 мм. В пламени ацетилен – закись азота обычно фотометрируется узкая красная зона пламени на высоте 5- 25 мм под щелью горелки, в которой особенно сильны восстановительные свойства.
При высотах ниже оптимальной нарастает неселективное поглощение и собственный фон пламени, возрастают помехи в конденсированной фазе и ухудшается воспроизводимость сигнала. Если высота пламени больше оптимальной, падают воспроизводимость и чувствительность. Однако иногда прибегают к фотометрированию более высоких областей пламени, т.к. в них ниже рассеяние света и ниже уровень помех в конденсированной фазе.
Соотношение горючее-окислитель влияет на окислительно-восстановительные свойства пламени, на его собственное поглощение и испускание. Легко атомизирующиеся элементы определяются в окислительном пламени, которое обычно более прозрачно, характеризуется меньшими шумами и минимальной степенью влияния в конденсированной фазе. Оптимальное давление и расход окислителя зависит от конструкции распылителя и обычно указано на нём. При повышении давления и увеличения расхода окислителя скорость поступления пробы и эффективность распыления проходят через максимум.
3. Расход дополнительного окислителя
Конструкции современных АА спектрометров позволяют вводить в распылительную камеру дополнительное количество воздуха, не проходящего через распылитель, т.е. имеется возможность регулировать окислительно-восстановительные свойства пламени и общую скорость газового потока независимо от работы распылителя. Дополнительный окислитель (воздух) применяют при работе с трёхщелевой горелкой, органическими растворителями, экстрактами и пробами с высоким содержанием растворимых солей и органических веществ. Дополнительный окислитель никогда не используется с закисью азота.
4. Спектральная ширина щели
Ширина щели составляет 0,1-2 мм и зависит от эмиссионного спектра источника света. Как пр., используют максимальную спектральную ширину, при которой в фотометрируемый спектральный интервал не попадают посторонние линии, расположенные вблизи резонансной линии. При этом достигается лучшее соотношение сигнал-шум и меньший дрейф установленной λ. При наличии в спектре источника линий, расположенных близко к резонансной, или при сильной эмиссии пламени работают при малой спектральной ширине щели.
Атомно-флуоресцентный анализ. Физические основы, особенности атомизации анализируемого вещества. Количественный атомно-флуоресцентный анализ методом калибровочного графика и методом добавок.
ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ - выделение излучения, обычно света, из вещества, атомы которого получили избыточное количество энергии при бомбардировке частицами, как правило, ультрафиолетового излучения. В отличие от ФОСФОРЕСЦЕНЦИИ, флуоресценция прекращается при отсутствии источника энергии.
АТОМНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ (атомно-флуоресцентная спектрометрия), метод количеств. элементного анализа по атомным спектрам флуоресценции. Пробу анализируемого в-ва превращают в атомный пар и облучают для возбуждения флуоресценции таким излучением, к-рое поглощают атомы только определяемого элемента (длина волны излучения соответствует энергии электронных переходов этих атомов), как правило, ультрафиолетового излучения. Часть возбужденных атомов излучает свет - аналит. сигнал, регистрируемый спектрофотометрами. Обычно используют резонансную флуоресценцию, при к-рой длины волн поглощенного и излученного света одинаковы.
Для атомизации р-ров применяют пламя, индуктивно связанную плазму или электротермич. атомизаторы (нагреваемые электрич. током графитовые трубки, нити, стержни, тигли). Атомизацию порошкообразных проб осуществляют в графитовых тиглях или капсулах, к-рые иногда вносят в пламя для дополнит. нагрева паров пробы. Хим. состав пламени выбирают так, чтобы выход флуоресценции (т. е.определяется как отношение количества испускаемых и поглощаемых фотонов) и степень атомизации были максимальны. С целью увеличения выхода электротермич. атомизаторы обычно помещают в атмосферу аргона. Для возбуждения флуоресценции используют интенсивные лампы с линейчатым или непрерывным спектром, а также лазеры с перестраиваемой длиной волны.
Аналит. сигнал в атомно-флуоресцентном анализе формируется на фоне шумов регистрирующей схемы и рассеянного света. Последний возникает в результате рассеяния излучения источника возбуждения на оптич. неоднородностях паров и на частицах пробы в атомизаторах. При больших интенсивностях рассеянного света выделение из шума сигнала резонансной флуоресценции затруднено, поскольку длина волны аналит. линии совпадает с длиной волны рассеянного света. Для подавления влияния шума макрокомпоненты пробы отделяют и анализируют концентрат микроэлементов. Применяют также нерезонансную флуоресценцию, при к-рой длины волн возбуждающего и рассеянного света не совпадают с длиной волны флуоресценции. В этом случае эффективное возбуждение достигается только с использованием лазеров.
Для регистрации спектра флуоресценции применяют светосильные спектрофотометры с большим углом. Измеряют интенсивность излучения, распространяющегося под прямым углом к возбуждающему излучению (в этом направлении интенсивность рассеянного света обычно минимальна). Методом атомно-флуоресцентного анализа можно определять ок. 65 элементов; пределы обнаружения достигают 10-6 – 10-8 % (в порошках) и 10-3 нг/мл (в р-рах). Высокая селективность метода, обусловленная очень узкими линиями атомной флуоресценции, дает возможность определять одновременно неск. элементов. Для этого вокруг атомизатора устанавливают соответствующее число светосильных спектрофотометров. Атомно-флуоресцентный анализ легко автоматизируется, стоимость аппаратуры относительно невысока.
Метод применяется для анализа пород (земных и лунных), почв, прир. и сточных вод, сталей, сплавов, нефтей, пищ. продуктов, биол. объектов (крови, мочи), разл. хим. соед., для дистанц. определения элементов в верх. слоях атмосферы.
В основе количеств. анализа лежит соотношение:
где I и I0 -интенсивности соотв. аналит. сигнала и источника возбуждения, ε -энергетич. выход, Ω -телесный угол сбора флуоресценции, С -концентрация элемента, k -коэф., характеризующий поглощение света,=3,14. С помощью стандартных образцов (не менее трех) строят градуировочный график в координатах lgI - IgC. Обычно графики линейны в области до 2 порядков величины концентраций определяемого элемента.
Метод градуировочного графика. Линейная зависимость между измеряемой величиной интенсивности аналитического сигнала F и концентрацией С может быть представлена уравнением
F = a + bС (1)
где а и b – постоянные величины.
Если известны значения величин a и b, то по измеренной количественной характеристике величины интенсивности сигнала F можно найти значение концентрации. Для определения параметров уравнения готовится серия эталонных растворов, имеющих заданные концентрации С1, С2, С3,..., Сn, для которых измеряются величины F1, F2, F3,..., Fn Решая систему из n уравнений, находят параметры а и b. Эти параметры можно найти также графическим способом, если на оси абсцисс отложить значения концентраций в эталонных растворах, а на оси ординат – соответствующие значения F. По пересечению полученной прямой линии с осью ординат (рис.6) определяется величина a и по тангенсу угла наклона прямой – величина b.
Найденные таким образом константы уравнения связи между величиной F и концентрацией С представляют собой средние значения из ряда экспериментально измеренных величин. Поэтому погрешность определения этих констант уменьшается с увеличением числа измерений.
Градуировочный график позволяет устанавливать концентрацию Сх определяемого компонента по измеренному значению Fy. для исследуемого раствора, не прибегая к вычислению, т. е. находить значение концентрации по точке на оси абсцисс, отвечающей измеренному значению величины.
Для устранения возможного влияния матрицы в эталонные (калибровочные) растворы вводят элементы составляющие матрицу в максимальном приближении к качественному и количественному составу образца. В случаях, когда смоделировать в калибровочных растворах состав образца невозможно, анализ проводят методом добавок
Метод добавок. Нередко измеряемое свойство зависит не только от концентрации определяемого компонента, но и ряда других факторов (например, посторонние примеси, гидролиз продукта реакции, сопутствующие окислительно-восстановительные процессы и т.д.).
Поэтому измерение физической величины растворов различной степени разбавления может дать значительные отклонения от ожидаемой зависимости. Кроме того, условия, при которых строится градуировочный график, могут не совпадать с условиями контрольных измерений.
Эти отклонения нередко являются источниками погрешностей. Для предупреждения таких погрешностей используется метод добавок. Сущность метода состоит в измерении F1 исследуемого раствора концентрации Сх с последующим введением в него эталонной добавки определяемого компонента и повторным измерением F2. Если зависимость между F и концентрацией линейная, значение Сх можно найти по уравнениям
F1= KСx (2)
F2=K(Сх + С0), (3)
где С0 – концентрация эталонной добавки; К – постоянная величина.
Решая систему уравнений находят Сх.