Ю.А. Золотов - Методы химического анализа (Основы аналитической химии, том 2) (1110130), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Фотокатод может быть выполнен ю различных материалов (Сз — БЪ, Ая — Π— Св, Ха — К вЂ” БЪ вЂ” Сз) в зависимости от рабочей области спектра. При облучении фотокатода с его поверхности вылетают электроны, которые ускоряются под действием электрического поля, попадают на анод и создают в цепи фототок. Фотоэлектронный умножнтель— это фотоэлемент, в котором между анодом и фотокатодом расположена система дополнительных электродов (динодов), являющихся вторичными эмнттерами электронов. На диноды подается последовательно нарастающий потенциал.
При ударе каждого электрона о поверхность динода с нее испускается несколько вторичных электронов. Каждый из них, в свою очередь, ускоряется под действием поля следуюшего динода„ударяется о его поверхность, и процесс повторяется. Таким образом, ФЭУ играет роль не только приемника излучения, но и усилителя сигнала— один-единственный первичный фотоэлекгрон может вызвать целую электронную лавину. В современных ФЭУ с 12 динодами коэффициент усиления может достигать 10 . Фоторезисгоры и фотодиоды — это полупроводниковые приборы, электрическое сопротивление которых резко уменьшается при облучении.
Фоторезистор представляет собой тонкую пластинку из полупроводникового материала, а фотодиод — структуру из контактирующих друг с другом полупроводников р- и и-типов. При включении такого устройства в электрическую цепь в отсутствие облучения через него течет лишь слабый ток, называемый темновым (фотодиод в этом случае необ222 о включать с со л блюдением полярности, чтобы напряжение было ь П блучении сила тока возрастает. Особый тип полушим. Ри о луч боров представляют собой приборы с зарядовой свя- дниковых при р пт ПЗС вЂ” конденсатор, одна нз обклалок которого металли- , ЗС). — Это — одложка из полупроводника р- или и-типа.
Между а вторая — подло каин имеется тонкий слой диэлектрика — диоксида кремния. Опнгь условна, когда накопленный конденсатором заряд будет пропорен интенсивности и времени облучения. кто ы описанных типов применяют, главным образом, при ран УФ, видимой и ближней (некоторые ю них — ин д ре — иног а и в с дней) ях спе а. В рентгеновской области спектра используют позпг областях спектра.
Рентте ам, а, оме того, водник овые детекторы, аналогичные фотодиодам,, кр е типы детекторов — газоразрядные (пропорциональные) н сцн- нВ ИК области основным способом детектирования является термоеский (этот способ применяют и в микроволновой области). В б энергии ИК излучения в тепловую (т. е. пнз основе лежит прео разование ввгревание чувствительного элемента дете р кто а, которая, в свою оче- образуется детектором в электрический сигнал. ТермоэлектриРвдь, про вескими детекторами могут служить терморе р мозлементы (термопары) нли пироэлектрики. Терморезистор — зто резистор, изготовленный нз материала (металлического или полупроводника° вго), сопротивление которого значительно изм пр еняется и изменении температуры.
Термоэлемент представляет со д р с й атчик температуры, включающий два контакта (сная) из разнородных электропроводящих материалов (обычно металлов или сплавов, реж Упр же пол оводников). Температура одного из контактов поддерживает я ется постоянной. При из- ической цепи возникает цепенив температуры другого контакта в электрич ц ЭДС. Особый тип термоэлектрических детектор пр д ов едставляют собой ьными элементами которых пироэлектрические детекторы, чувствительны служат исталлы сегнетоэлектриков. деформируясь при нагревании, такой кристалл генерирует на своеи поверхности ктр кри эле ические заряды.
ном днапазоне— 11"Роэлектрнкн можно использовать в широком спектраль от Рентгеновского до микроволнового. тохимические, основан! Еще один тип детекторов излучения— химическую. Для зтои цели яые на еобрззовании энергии излучения в хнм ку .
Для пр стин или фотопленку)— пвужнт фотоэмульсия (нанесенная на фотопластинку в кото ом пределена взвесь микрокристаллов тонкий слой желатина, в котором распредел в гвлогенида серебра. Под действием излучения они частично восстанав- ез льтате чего формируется анвшотся до металлического серебра, в р у видимым, эмульсию следует хиекрытое изображение. Чтобы оно стало внл ем за иксировать. Чем выше инмнчески обработать — проявить, а затем 223 тенсивность излучения, попавшего на тот или иной участок эмульс тем темнее этот участок после химической обработки. Таким обра~„ интенсивность излучения можно измерить, измеряя оптическую пл ность соответствующего участка эмульсии, называемую почернением Фотохимические детекторы — наиболее ранний тип детекторе электромагнитного излучения. Сейчас они в значительной мере вышли, употребления ввиду того, что работа с ними длительна и трудоемка.
В т„ же время по сравненщо с детекторами рассмотренных выше типов обва дают и рядом преимуществ, главное нз которых — возможность одно. временной регистрации всего спектра. Фотоэмульсня послужила прооб. разом современных многоэлементных приемников излучения — элек. тронных аналогов фотопластинки. Самыми точными аналогами являются передающие телевизионные трубки с накоплением зарядов — видиконы. Роль фотозмульсии в ннх играет фоточувствительный слой полупроводникового или сегнетоэлектрического материала, нанесенный на пластинку-мишень. По принципу действия фоточувствительный слой может быть подобен фотодиоду, фоторезистору или пироэлектрику.
При облучении мишени в ее фоточувствительном слое создается распределение электрических зарядов, подобное изображению на фотопластинке. Это «изображение» считывают при помощи электронного луча, с высокой скоростью пробегающего (сканирующего) мишень. Видиконы, как и фотопластинки, являются примерами многоэлементных детекторов с непрерывным распределением чувствительных элементов. В современных спектральных приборах широко применяются и многоэлементные приемники излучения с дискретно распределенными элементами. Они представляют собой массив из множества миниатюрных твердотельных чувствительных элементов одного из описанных выше типов (обычно фотодиодов иаи ПЗС), расположенных в ряд (линейные детекторы) или множество рядов (матричные детекторы).
Примером могут служить матричные детекторы на основе ПЗС, применяемые в цифровых фотоаппаратах. В спектральных приборах размеры таких детекторов обычно составляют 1 — 1,5 см для линейных и порядка 1х! см для матричных детекторов, а число чувствительных элементов может достигать нескольких тысяч и 1Π— 10 соответственно. Чем больше чувз ствительных элементов содержит детектор, тем точнее воспроизводится спектр. В отличие от видиконов, где регистрация сигналов отдельных элементов осуществляется последовательно путем сканирования, здесь она производится одновременно и независимо.
Информация от детектора в этом случае поступает параллельно по множеству каналов, поэтомУ детекторы описанного типа называются также многоканальными. 113 Атомная спектроскопня 113 1 Общие положения 1„1 годы атомной спе г опии — основные методы определения „ого состава веществ. веществ. Для массовых, быстрых, селективных и но точных опрея еделеннй малых содержаний металлов широкое дсстато еиение нашел метод ато атомно-абсорбционной спектроскопии.
Этим и можно определя ть около 60 — 70 элементов, главным образом ияпщо ов, при их концентр ациях порядка пикограммов — микрограммов . О пако атомно-абсорбционную спектроскопию целесообмиллилитр. днако еменприменять лишь для одноэлементных анализов. Для одновр го обзоРязио определения песк скольких элементов, а также качественного (о зор) анализа наилучшими являются методы атомно-эмиссионнои и иофлуоресцентной спектроскопии.
Использование различных исяяизтеио о ов атомизации позволя ет определять методом атомно-эмиссионзочиик спектроскопии как ос в к основные, так и примесные компоненты пробы, аааянзировать как растворы, так и тверды раз е ые об цы. Этн же задачи поешать и метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии. Он е ых об азцов. Важней1язименяется няется главным образом для анализа тв рд р ом ентгенофлуоресцентнои спектроскопии является то, достоинством ре е ьно важзто неразрушающ " ий метод анализа. Последнее нсключнтел имер, при анализе .†.„оизведеннй искусства, археологических напр ктов или вещественных доказательств в кр иминавистике. Методы Реиттеноэмиссионной, фото- и оже-электронной с ктр пе оскопин — поистине уникальные методы локального анализа и анализа пов хности дых тел.
Сфе ы применения методов атомной спектроскопии очень много Разны. Это анализ объектов окружающей среды, продуктов питания, лекарственных препаратов (например, определение д и следов тяжелых токсичных металлов атомно-абсорбционным методом), продукции металлургической, строительной, стекольнои промышл енности (определение илн нтгенофлуоресцентЕсиовных компонентов атомно-эмиссионным илн ре м числе в полевых условищям методом), геологических образцов — в том ч ,„л о есцентных спектроях (с использованием портативных рентгенотлуор и нминалистнка, микроэлекМетров), уже упоминавшиеся археология и крим и пол проводниковых матронная промышленность (анализ поверхност у р и эле онной спектроскотяриалов методами рентгеноэмиссионнои или пни) и множество других областей.
" спе оскопии основаны на переходах вавентных цряжены с испусканием атомом одного или нескольких эл 224 и-43п 225 Уроввнь вакуьма ььз Л в е Уровень ваьэума Еьз 1 Лч Уроввкь вак1ума Ль Уровень вакуума ж 1 д П д (возбузедвккв) (овкакеаекв1 Рис. 11.16. Схемы процессов, лежащях в основе методов спектроскопии: а — атомио-эмиссионной; б — атомно-абсорбшюнной; в — атомпо-флуоресцентной; г — рентгеновской фотоэлектронной; д — оже-электронной; е — рентгенофлуоресцентпого анализа; ме — рентгенозмисеионного анализа. Уровни энергии электронов: а — е — ввлентяые; г — ж — внутренние низашпей). Поэтому в методах атомной спектроскопии возможна регистрация как электромагнитных, так и электронных спектров — распределений, соответственно, фотонов и испускаемых электронов по их энергиям.
Одна из самых замечательных особенностей атомных спектров — их линейчатая структура (разд. 11.1.4). Поэтому атомные спектры весьма информативны. Положения линий индивидуальны для каждого элемента и могут быть использованы для качественного анализа. На зависимости интенсивности спектральной линии от содержания элемента в пробе основан количественный анализ. Поскольку ширина атомных спектральных линий весьма мала, относительно мала и вероятность наложения линий различных элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
