Объекты анализа. ААС – один из основных методов элементного анализа проб вещества природных вод, почв, золы растений, снежного покрова, атмосферного воздуха, пыли.
Определяемые компоненты. Можно определять до 70 атомов эхимических лементов – металлов и неметаллов, таких как Co, Ni, Mn, As, Ag, Hg, Cu, Cd, Zn, Pb, Mo, Ba, Rb, Sr, Au, Pd, Te, Ag, Pt, Ni, Sb, Bi, Cs, V, Cr, Fe, Sn, Al, Si, Ca, Ti, W, Na, Mg, B, Se, Te, и др., меняя источник излучения и атомизатор. С пламенным атомизатором нельзя определять элементы Р, As, имеющие спектр поглощения вакуумном, ниже 190 нм, ультрафиолете, из-за сильного поглощения в этой области кислорода воздуха. Эти элементы можно определять в АА-спектрометрах с электротермическим атомизатором. Не определяются О, N, S, H, С, галогены, инертные газы.
Виды выполняемого анализа – количественный элементный анализ; анализ твердых, жидких и газообразных неорганических и органических веществ природного и искусственного происхождения, микроанализ, навеска пробы анализируемого вещества порядка нескольких миллиграммов; определение содержания главных, сопутствующих, следовых и микроследовых атомов элементов, деструктивный анализ, контактный анализ.
Современные АА-спектрометры имеют возможность определять главные, сопутствующие, следовые и микроследовые элементы в пробах вещества геологических объектов. Диапазон определяемых содержаний от n до n∙10-8 %. Агрегатное состояние аналитической пробы вещества – раствор, вводимый в виде аэрозоля в пламя горелки; раствор, эмульсия, суспензия, порошок, газ, помещаемое в электропечь.
В методе эмиссионной спектрометрии и пламенной фотометрии аналитический сигнал связан с излучением возбужденных атомов в плазме, интенсивность сигнала пропорцианальна числу возбужденных атомов. Аналитический сигнал в ААС связан с поглощением излучения от внешнего источника невозбужденными атомами, находящимися в плазме в основном состоянии. Экспериментально доказано, что число атомов в плазме, находящихся в возбужденном состоянии, составляет 1 – 2 % от общего числа атомов, а число атомов, находящихся в основном состоянии, составляет 98…99 %. Так как величина аналитического сигнала обусловлена в атомной абсорбционной спектрометрии большим числом частиц, чем в АЭС, то она в меньшей степени будет подвержена влиянию случайных колебаний в режиме работы источника излучения и атомизатора (температуры плазмы и её стабильности). Сам метод ААС в связи с таким распределение частиц имеет на два порядка меньший предел определения, чем метод АЭС. Предел определения 1 мкг/дм3 (10-4 %) для варианта пламенной атомизации и 0.01 мкг/дм3 (10-6 %) для варианта электротермической атомизации вещества.
Атомно-абсорбционный метод анализа характеризуется высокой селективностью. Спектры поглощения атомов выглядят намного проще, чем спектры излучения, в них мало полос поглощения, что связано с меньшей температурой возбуждения атомов – возбуждаются только резонансные переходы. Поэтому в ААС наложения полос друг на друга нет, следовательно, погрешность измерения интенсивности спектральной линии меньше, чем в АЭС. Селективность в ААС лимитируется, главным образом, физико-химическими помехами.
Воспроизводимость сигнала в методах ААС выше по сравнению с методами АЭС (относительное стандартное отклонение, σr , порядка 1 %), так как флуктуации температуры атомизатора почти не изменяют долю невозбужденных атомов, участвующих в формировании аналитического сигнала, тогда как в методе АЭС число возбуждённых атомов, излучающих свет, сильно зависит от температуры. Погрешность определения порядка 2 %.
Определение содержания ртути в диапазоне от 10-1 до 10-7 % методом ААС в варианте атомизации способом «холодного пара» – высоко эффективный, универсальный и наиболее надежный метод, получивший широкое применение в анализе проб твердого, жидкого, газообразного вещества, а также вещества растений без озоления. Определения ведутся по интенсивности поглощения резонансного излучения ртути 253,7 нм при переводе пробы анализируемого вещества в газообразное состояние. Атомизация ртути при анализе проб твердого вещества из навески 0,5 – 1,0 г происходит за счёт её нагрева до 700 ° С, источником излучения служит ртутно-кварцевая лампа. Пары ртути предварительно осаждаются на золотом сорбенте с последующей автоматической десорбцией и замером ее содержаний при визуальной, перопишущей или цифровой регистрации.
Метод ААС характеризуется небольшой трудоемкостью, экспрессностью и высокой степенью автоматизации. При одноэлементном анализе производительность достигает 600 элементо-определений в час.
Недостатки метода: Невозможность одновременного определения в пробе нескольких элементов; возможно только последовательное определение отдельных элементов, так как условия атомизации и регистрации их атомного поглощения индивидуальны для каждого элемента. В приборах с термохимической атомизацией используются в качестве топлива горючие газы, такие как ацетилен, пропан под давлением, что требует специальных условий по технике безопасных работ.
Тем не менее, метод атомно-абсорбционной спектрометрии считается одним из самых селективных, точных, производительных, экспрессных, и одновременно сравнительно дешевых.
Примеры утверждённых в России методик определения загрязняющих компонентов в веществе объектов окружающей среды методом атомно-абсорбционной спектрометрии:
РД 52.24.479-2008 Массовая концентрация ртути в водах. Методика выполнения измерений методом атомной абсорбции в холодном паре
РД 52.24.377-2008 Массовая концентрация алюминия, бериллия, ванадия, железа, кадмия, кобальта, марганца, меди, молибдена, никеля, свинца, серебра, хрома и цинка в водах. Методика выполнения измерений методом атомной абсорбции с прямой электротермической атомизацией проб
РД 52.24.526-2012 Массовая концентрация мышьяка в водах. Методика измерений атомно-абсорбционным методом
ПНД Ф 14.1:2:4.271-2012 (М 01-51-2012). Методика измерений массовой концентрации ртути в пробах природных, питьевых, минеральных, сточных вод атомно-абсорбционным методом с зеемановской коррекцией неселективного поглощения на анализаторе ртути РА-915 –
ПНД Ф 14.1:2:4.260-2010 (издание 2013 г.) Методика измерений массовой концентрации ртути в питьевых, природных и сточных водах методом беспламенной ААС.
ПНД Ф 14.1:2:4.243-07 Методика выполнения измерений массовой концентрации общей ртути в пробах природных, питьевых, поверхностных, морских и очищенных сточных вод атомно-абсорбционным методом с зеемановской коррекцией неселективного поглощения на анализаторе ртути РА-915+ с приставкой РП-91.
ПНД Ф 14.1:2:4.160-2000 (издание 2004 г.) Методика выполнения измерений массовой концентрации общей ртути в пробах природной, питьевой и сточной воды методом «холодного пара» на анализаторе ртути РА-915+ с приставкой РП-91.
ПНД Ф 14.1:2:4.136-98. Методика выполнения измерения массовой концентрации ртути методом беспламенной атомной абсорбционной спектрометрии (AAS) (метод “холодного пара”) в питьевой, природной, сточной водах и атмосферных осадках.
ПНД Ф 14.1:2:4.20-95 (издание 2011 г.) Методика измерений массовой концентрации ртути в питьевых, поверхностных и сточных водах методом беспламенной атомно-абсорбционной спектрометрии.
ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.25-02 (издание 2005 г.) Методика выполнения измерений содержания ртути общей в твердых и жидких отходах производства и потребления, осадках, шламах, активном иле, донных отложениях беспламенным атомно-абсорбционным методом.
ПНД Ф 16.1:2.23-2000 (издание 2005 г.) Методика выполнения измерений массовой доли общей ртути в пробах почв и грунтов на анализаторе ртути РА-915+ с приставкой
РП-91С.
ПНД Ф 16.1:2.3:3.10-98 Методика выполнения измерения содержания ртути в твердых объектах (почва, компосты, кеки, осадки сточных вод, пробы растительного. происхождения) методом атомно-абсорб -ционной спектрометрии. (метод “холодного пара”).
ПНД Ф 16.1.1-96 (Лист дополнений). Методика выполнения измерения массовых концентраций ртути в пробах почв методом беспламенной атомной абсорбции с термическим разложением проб.
ПНД Ф 14.1:2:4.59-96. Методика выполнения измерений массовой концентрации кадмия, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца и цинка в природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии (AAS) после проточного сорбционного концентрирования.
ПНД Ф 14.1:2:4.137-98 (издание 2009 г.) Методика выполнения измерения массовых концентраций магния, кальция и стронция в питьевых, природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии (AAS).
ПНД Ф 14.1.83-96. Методика выполнения измерения массовой концентрации меди, кадмия, свинца, никеля, кобальта, цинка в сточных водах атомно-абсорбционным методом с концентрированием на ДЭТАТА-фильтрах.
ПНД Ф 14.1:2:4.81-96 (издание 2009 г.) Методика выполнения измерения массовой концентрации ионов Cd, Pb, Zn в пробах атмосферных осадков, питьевых и сточных водах сорбционно-атомно-абсорбционным методом с применением концентрирующих патронов.
ПНД Ф 14.1:2.253-09. Методика выполнения измерений массовых концентраций алюминия, бария, бериллия, ванадия, железа, кадмия, кобальта, лития, марганца, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, стронция, титана, хрома, цинка в природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектроскопии с пользованием атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915».
ПНД Ф 14.1:2:4.214-06 (издание 2011 г.) Методика измерений массовых концентраций железа, кадмия, кобальта, марганца, никеля, меди, цинка, хрома и свинца в питьевых, поверхностных и сточных водах методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии
ПНД Ф 14.1:2:4.140-98. (издание 2007 г.) Методика выполнения измерения массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы и хрома в питьевых, природных и сточной водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией.
ПНД Ф 14.1:2:4.139-98 (издание 2010 г.) Методика измерений массовых концентраций кобальта, никеля, меди, цинка, хрома, марганца, железа и серебра, кадмия и свинца в пробах питьевых, природных и сточной водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии.
ПНДФ 13.1:2.44-03 (издание 2005 г.) Методика выполнения измерений массовой концентрации селена и теллура в пробах воздуха рабочей зоны и промышленных выбросов в атмосферу методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии.
ПНД Ф 16.1.4-97 Методика выполнения измерений массовой доли кадмия и свинца в почвах и почвенных вытяжках методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии после проточного сорбционного концентрирования.
ПНД Ф 16.1:2.2:3.17-98 (издание 2004 г.) Методика выполнения измерения массовой доли (валового содержания) мышьяка и сурьмы в твердых сыпучих материалах атомно-абсорбционным методом с предварительной генерацией гидридов.
ПНД Ф 16.3.24-2000 (издание 2005 г.) Методика выполнения измерений массовых долей металлов (железо, кадмий, алюминий, магний, марганец, медь, никель, кальций, хром, цинк) в пробах промышленных отходов (шлаков, шламов, металлургического производства) атомно-абсорбционным методом.
ПНД Ф16.1:2.2:2.3:3.36-2002 (издание 2011 г.) Методика измерений валового содержания кадмия, кобальта, марганца, меди, никеля. свинца, хрома и цинка в почвах, донных отложениях, осадках сточных вод и отходах методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии.
ПНД Ф 16.1:2:2.2.63-09 Методика измерений массовой доли ванадия, кадмия, кобальта, марганца, меди, мышьяка, никеля, ртути, свинца, хрома и цинка в пробах почв, грунтов и донных отложений методом атомно-абсорбционной спектроскопии с использованием атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией МГА-915.
ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.78-2013 Методика измерений массовой доли подвижных форм металлов: меди, цинка, свинца, кадмия, марганца, никеля, кобальта, хрома в пробах почв, грунтов, донных отложений, осадков сточных вод методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии.