Пламенная фотометрия является одним из вариантов эмиссионного спектрального анализа и основана на измерении интенсивности света, излучаемого возбужденными частицами (атомами или молекулами) при введении вещества в пламя горелки.
Принцип метода заключается в том, что раствор анализируемого вещества распыляют с помощью сжатого воздуха в пламени горелки, где происходит ряд сложных процессов, в результате которых образуются возбужденные атомы или молекулы. За счет энергии пламени, легко возбуждаемым атомом вещества (K, Na, Ca), сообщается избыточная энергия. Атомы этих металлов переходят в возбужденное состояние, характеризующееся переходом валентных (наружных) электронов на более высокие энергетические уровни. Через 10-8 секунды происходит их возврат на основные уровни, что сопровождается выделением порций энергии (квантов света). Совокупность квантов света приводит к образованию светового потока с длиной волны, характерной для атомов K, Na, Ca. Их излучение направляют в спектральный прибор, выделяющий излучение определяемого элемента светофильтрами или другими монохроматорами. Попадая на детектор (фотоэлемент), излучение вызывает фототок, который после усиления измеряют стрелочным гальванометром. Нахождение содержания определяемого вещества проводят с помощью градуировочного графика зависимости величины фототока от концентрации элемента, который строят по результатам анализа серии стандартных растворов. Отклонение от линейности градуировочного графика наблюдается в области больших (больше 100 мкг/мл у калия) и малых концентраций. В первом случае происходит самопоглощение света невозбужденными атомами, а во втором - уменьшается доля свободных атомов за счет смещения равновесия реакции ионизации атомов.
Наиболее распространенными отечественными приборами для пламенной фотометрии являются:
а) фильтровой пламенный фотометр типа ФПЛ-1 для определения Na, K, Ca из одного раствора прямым методом;
б) пламенный фотометрический анализатор жидкости ПАЖ-1 для определения микроколичеств Na, K, Ca и Li при их совместном присутствии в растворе;
в) пламенный фотометр FLAPHO-4 для определения Li, Na, K, Ca и Rb.
Поскольку спектры эмиссии атомов значительно проще молекулярных, то именно методы, основанные на их получении, стали широко применяться для массового многоэлементарного экспресс-анализа.
Пи АЭА анализируемая проба вещества вводится в источник возбуждения спектрального прибора. В источнике возбуждения данная проба подвергается сложным процессам, заключающимся в плавлении, испарении, диссоциации молекул, ионизации атомов, возбуждении атомов и ионов.
Возбуждённые атомы и ионы через очень короткое время (~10-7-108с) самопроизвольно возвращаются из неустойчивого возбуждённого состояния в нормальное или промежуточное состояние. Это приводит к излучению света с частотой и появлению спектральной линии.
Общую схему атомной эмиссии можно представить так:
А + Е А* А + h
Степень и интенсивность протекания этих процессов зависит от энергии источника возбуждения (ИВ).
Наиболее распространёнными ИВ являются: газовое пламя, дуговые и искровые разряды, индукционносвязанная плазма (ИСП). Их энергетической характеристикой можно считать температуру.
Сравнительная характеристика различных ИВ приведена в табл.2.3.1.
Таблица 1.
Сравнительная характеристика различных источников возбуждения
| Источник возбуждения | Темпратура, 0С | Возбуждаемые элементы |
| Пламя: | Щелочные металлы | |
| а) светильный газ - воздух | ||
| б) ацетилен - воздух | Щелочные и щелочноземельные металлы | |
| в) ацетилен - кислород | Практически все металлы | |
| Дуга постоянного тока | 3500 - 7000 | Металлы, С, N |
| Дуга переменного тока | 5000 - 8000 | Металлы, С, N и некоторые металлоиды |
| Высоковольтная искра | 10000 (в факеле) | Почти все элементы |
| Индукционно связанная плазма (ИСП) | 3000 (в канале) | Все элементы |
Методами АЭА можно исследовать твёрдые и жидкие пробы. Способы введения вещества в ИВ приведены в табл.2.3.2.
Различают качественный, полуколичественный и количественный АЭА.
Качественный анализ проводят путём идентификации спектральных линий в спектре пробы, т.е. установления их длины волны, интенсивности и принадлежности тому или иному элементу.
Для расшифровки спектра и определения длины волны анализируемой линии пользуются спектрами сравнения, в которых длины волн отдельных линий указаны. Чаще всего для этой цели используют хорошо изученный спектр железа, имеющий характерные группы линий с известными в разных областях длин волн.
Таблица 2.
Способы введения в ИВ
| Источник возбуждения | Фазовый характер образца | Способ введения |
| Пламя | Жидкость | Распыление |
| Дуга | Жидкость | Нанесение на торец графит электрода |
| Порошок | Нанесение в графитовый электрод | |
| Металлический слиток | Изготовление электродов из анализируемого образца | |
| Искра | Жидкость | Впрыскивание в искровой промежуток вращающимся колёсиком |
| Порошок | Изготовление прессованных брикетов | |
| Металлический слиток | Введение в ИК без специальной обработки |
| При визуальном качественном АЭА строят дисперсионную кривую (рис.2.3.1) используемого прибора (стилоскопа, стилометра), т.е. градуировочный график прибора, выражающий зависимость между показаниями его отсчётного барабана и длиной волны линии в эталонном спектре n = f () (меди, железа и др.). Затем поочерёдно фиксируют все линии в спектре пробы анализируемого |  Рис.2.3.1. Дисперсионная кривая прибора
|
Вещества в делениях шкалы отсчётного барабана. По графику зависимости n = f() устанавливают длины волн спектральных линий. После этого идентифицируют линии в спектре пробы с помощью специальных таблиц, в которых указана принадлежность всех возможных спектральных линий определённым элементам (с указанием их числа, цвета, длины волны, потенциала ионизации, ИВ), табл.2.3.3.
Считается, что элемент присутствует в пробе, если идентифицированы три или четыре его спектральных линии.
Таблица 3.
| Элемент | Потенциал ионизации, эВ | Длина волны, нм | Характеристика линии |
| Аl (искровой разряд) | 5.98 | 624.3.623.2.484.2.466.3 559.3 | Оранжевая Оранжевая Синяя Ярко-синяя Желтая |
При фотографическом варианте АЭА через специальную диафрагму над или под исследуемым спектром фотографируют эталонный спектр железа (рис.2.3.2).
Для определения длины волны x неизвестной линии выбирают в спектре сравнения резкие линии с 1 и 2 так, чтобы анализируемая линия находилась между ними.
С помощью спектропроектора идентификацию проводят, совмещая эталонный спектр железа, на котором приведены последние линии других элементов, с исследуемым спектром и отмечают совпадения линий сравниваемых спектров. Отсутствие последней линии определяемого элемента в спектре гарантирует отсутствие других линий этого элемента. Однако наличие линии с , характерной для последней линии какого-либо элемента, ещё не означает, что данная линия принадлежит именно этому элементу. Это может быть и следствием наложения спектральных линий. Поэтому окончательную идентификацию проводят, проверяя последние линии всех "подозреваемых" элементов.
Качественным АЭА определяют более 80 элементов с пределом обнаружения от 10-2% (Hg, Os и др.) до 10-5% (Na, B, Bi и др.). Низкий предел обнаружения может привести к переоткрытию элементов, попавших в пробу в результате случайных загрязнений.