О.Ф. Петрухина - Аналитическая химия (Физические и физико=химические методы анализа) (1110109), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Температура разряда, а следовательно, и скорость испарения вещества определяется силой тока дуги, длительностью полупериода разряда и величиной паузы переменного тока. Чем короче полу~триод дугового разряда и больше пауза, тем меньше нагреваются электроды и тем медленнее их вещество поступает в разрядный 51 Рис.
З.З. Электрическая схема генератора активизированной дуги переменною тока: Р— разрядный промежуток дуги; Р, — разрядный промежуток аспомогательного контурз; С вЂ” конденсатор зашиты питания цепи от тока высокой частоты, / — аспомогательный калебательный контур; К, — реостат низковольтной цепи, Кз — реостат актияиззтора промежуток. Таким образом, регулируя с помощью реостатов К1 и Кз (см. рис. 3.3) ток питания дуги и контур активизатора, меняют температуру дуги и электродов.
Температура электродов для дуги переменного тока ниже, чем для дуги постоянного тока, что позволяет проводить анализ металлов и сплавов, но все же достаточно велика, чтобы анализировать большинство тугоплавких и непроводящих веществ. Для получения разряда дуги переменного тока используют генераторы, выпускаемые промышленностью. Эти генераторы могут также работать в самостоятельном искровом режиме или возбуждать разряд высокочастотной (маломощной) искры.
Последняя может быть использована при анализе легкоплавких металлов, водных и органических растворов. Дуга переменного тока характеризуется высокой стабильностью разряда и широко используется в аналитической практике, особенно для количественного анализа различных веществ. Искровой разряд — еще один источник излучения, используемый в спектральном анализе. По сравнению с дуговым искровой разряд в значительно меньшей степени приводит к нагреву электродов, в результате чего практически не происходит фракционного испарения пробы.
Поэтому этот источник излучения широко применяется в количественном анализе металлов, сплавов, в том числе и легкоплавких, а также растворов. Наиболее широко в аналитической практике распространена высоковольтная конденсированная искра. Ее параметры легко контролируются, а сам разряд отличается высокой стабильностью. Разряд высоковольт- 52 тр рлг 3 4. Электрическая схема генератора конденсированной искры: тр — трансформатор; С вЂ” конденсатор; 1. — катушка инлуктивности; 1, — разрялный промежуток; 1т — вспомогательный разрядный промежуток; й — реостат первичной обмотки трансформатора, г — балластное сопротивление ной конденсированной искры позволяет обрабатывать несколько квадратных миллиметров поверхности металла на глубину всего несколько десятков микрометров, поэтому этот источник излучения может быть использован при анализе готовых изделий, а также в локальном и фазовом анализе.
Источником конденсированной искры является колебательный контур, состоящий из конденсатора С, катушки индуктивности 1. и разрядных промежутков 1, и 1з (рис. 3.4). Искровой разряд возникает за счет разрядки конденсатора через вспомогательный разрядный промежуток 1з и затем через аналитический промежуток 11. Катушка индуктивности придает разряду колебательный характер. После разрядки конденсатора он снова заряжается и колебательный искровой разряд возникает снова. Температура плазмы конленсированной искры зависит от индуктивности цепи колебательного контура.
При малых ее значениях разрядка конденсатора происходит за короткое время и температура плазмы достигает 10 000 — 12 000 К. В такой плазме возбуждаются атомы элементов с высокими потенциалами ионизации: фосфор, сера, галогены, мышьяк, азот, кислород, водород и др. Увеличивая индуктивность контура, можно приблизить температуру плазмы к дуговой (5000 — 7000 К). Этот интервал температур благоприятен для возбуждения большинства металлов.
В свечении разрлда конденсированной искры можно выделить две стадии: стадию пробоя межзлектродного промежутка, во время которой наблюдается свечение канала, образованного ионизированной атмосферой промежутка (спектр газов воздуха), и стадию колебательного разряда, во время которой с поверхности электродов выбрасываются факелы плазмы с испарившимся веществом. Применяются также другие разновидности искрового разряда: низковольтная искра, импульсная искра, высокочастотный ис- 53 Рис.
3.5. Схема получения высокочастотной инлуктивно-связанной плазмы. ! — анализируемый рзетеор; 2 — аргон для распыления рзсгзора; 3 — зэроэоль; 4 — аргон для обрззоззния плззмы, 5 — кззрпееоя трубка; б — инлукиионная катушка; 7 — Факел плазмы 54 кровой разряд. Для возбуждения разряда конденсированной искры используют генераторы ИГ-2 или ИГ-3 и др. Широкими возможностями относительно атомизации вещества и перевода атомов в возбужденное состояние обладают плазмотроны, Плазма плазмотронов представляет собой поток нагретого до высокой тем- $ $ '$ $ $ г' пературы инертного газа (гелия, аргона) в сжатой электрической дуге высокой мощности или в высокочастотной катушке, в обмотке которой течет пере- 4 менный ток с частотой от 10 до 50 МГц.
Вышедший из плазмотрона нагретый поток плазмы образует факел, напоми— нающий пламя, он является источником излучения спектра. Схема плазмотрона для получения высокочастотной индуктивно-связанной аргоновой плазмы представлена на рис. 3.5. Для получения плазмы аргон (поток 4) с небольшой скоростью поступает в кварцевую трубку, помещенную внутри высокочастотной индукционной катушки, где он нагревается до высокой температуры в высокочастотном переменном индукционном поле. Витки индукционной катушки выполнены из медных трубок, охлаждаемых изнутри водой, поскольку используется переменный ток высокой мощности (4 — !0 кВт).
При начальных условиях инертный газ не является проводником, так как мощности индуктивного поля недостаточно для его ионизации. Для возбуждения индуктивно-связанной плазмы используют кратковременный разряд высокочастотной искры, который вызывает ионизацию инертного газа, в результате внутри индукционной катушки образуется яркосветящаяся плазма, а над кварцевой трубкой вследствие рекомбинации электронов с ионами инертного газа появляется факел, изучение которого используется в аналитических целях.
Анализируемый раствор распыляется в потоке аргона, образуя аэрозоль, который поступает в плазму. Образующаяся индуктивно-связанная плазма термодинамически неравновесна: тогда как температура свободных атомов составляет 3000 — 8000 К, температура свободных электронов намно- го выше. Соотношение температур свободных атомов и электронов в плазме зависит от мощности индукционного поля и природы вводимого газа. В спектре индуктивно-связанной плазмы имеются атомные и ионные спектральные линии присутствующих элементов, а также молекулярные полосы. Длина плазменной струи обычно составляет 1Π— 15 мм, температура может меняться в пределах 5000 — 12 000 К, условия возбуждения излучения отличаются высокой стабильностью. Пределы обнаружения элементов ниже, чем при использовании дугового разряда и составляют 1О "— 10 ~ % для многих элементов.
Прн фотоэлектрической регистрации спектра (спектрометры, квантометры) относительное стандартное отклонение составляет 0,01-0,02, что позволяет этому методу успешно конкурировать с атомно-абсорбционной спектрофотометрией, тем более что с помощью плазмотрона возбуждаются практически все элементы. При использовании полихроматоров можно быстро определять до 20 — 30 элементов одновременно. 3.1.4. Пробоподготовяа. Способы введения пробы в плазму Атомно-эмиссионная спектроскопия является универсальным методом анализа, который позволяет определять элементный состав веществ, находящихся в любых агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. От агрегатного состояния пробы и способов ее введения в плазму в значительной степени зависят пределы обнаружения элементов и точность их количественного определения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
