원자 분광학 및 전위차법. 원자방출분광법 원자방출분광법 방법의 본질

원자 스펙트럼 분석의 역사는 빛을 스펙트럼으로 분해하는 아이작 뉴턴의 실험(1666)에서 시작되었습니다. 최초의 원자 스펙트럼은 19세기 초 천문학 연구 중에 관찰되었습니다. 그러나 물질의 화학적 구성을 결정하는 방법으로 스펙트럼 분석이 출현한 것은 1859년으로 거슬러 올라갑니다. 당시 독일 과학자 G. Kirchhoff와 R. Bunsen은 불꽃 ​​내 소금 증기의 거동을 연구하면서 불꽃에 선이 나타나는 것을 관찰했습니다. 특정 요소의 스펙트럼 특성. 원자 분광학 방법의 추가 개발은 실무 요구 사항과 장비 제작 능력에 따라 결정되었습니다. 표 4.1은 원자분광학의 주요 방법을 분류한 것이다.

표 4.1. 원자 분광학의 주요 방법 분류

그들은 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 그룹에는 광학 원자 분광법(AES, AAS, APS) 방법이 포함됩니다. 그들은 자유 원자의 원자가 전자 에너지 변화에 기초합니다. 이러한 공정은 고온(화염, 플라즈마 등)에서 발생합니다. 다른 그룹의 방법은 스펙트럼의 X선 영역에 있는 더 높은 에너지 방사선의 영향으로 내부 껍질의 전자 여기를 기반으로 합니다.

표에 주어진 방법 중 일부. 4.1(원자 방출 및 무기 X선 형광)을 사용하면 수십 개의 원소를 동시에 식별할 수 있습니다. 이러한 그룹 "설문조사" 방법은 설문조사 정성적(선별) 분석의 변형으로 자주 사용됩니다.

현재 실제 분석 화학의 주요 방법은 다음과 같습니다. 스펙트럼의 광학적 범위에서의 원자 분광학 . 이는 다음을 기반으로 합니다(그림 4.1).

ㅏ) 배출(방사);

비) 흡수(흡수);

V) 형광(여기된 입자의 빠른 복사 소멸) 결정되는 요소의 자유 원자에 의한 광학 복사.

이와 관련하여 다양한 방법이 있습니다

원자 방출(NPP), 원자 흡수(AAS) 그리고 원자 형광성(AFS) 분광학. 각 유형의 스펙트럼 분석에는 고유한 특성과 특징이 있습니다.

원자 방출 분광학

방법의 기본

원자 방출 분광법(AES) 방법은 자유 원자 또는 단원자 이온의 열 여기와 여기된 원자의 광학 방출 스펙트럼을 기록하는 방법을 기반으로 합니다(그림 1.1, a 참조). 원자력 발전소의 분석 신호는 방출된 방사선 I의 강도입니다. 원자의 여기는 열적 성질을 가지므로 여기된 원자와 여기되지 않은 원자는 서로 열역학적 평형 상태에 있으며 그 위치는 볼츠만 분포로 설명됩니다. 법

여기서 No는 여기되지 않은 원자의 수입니다. g* 및 go는 들뜬 상태와 그렇지 않은 상태의 통계적 가중치입니다. E - 여기 에너지; k는 볼츠만 상수입니다. T - 절대 온도. 따라서 일정한 온도에서 여기된 입자의 수 ​​N*은 여기되지 않은 입자의 수 ​​No, 즉 실제로 분무기에 있는 이러한 원자의 총 수 N에 정비례합니다. 결과적으로(장치의 설계 및 작동 모드와 기타 여러 요인에 따라 결정되는 주어진 분무화 조건에서) 분무기의 원자 수(N)는 샘플 C에서 결정되는 원소의 농도에 비례합니다. 따라서 방출된 방사선의 강도 I와 결정된 원소 C의 농도 사이에 정비례 관계가 관찰될 것으로 예상할 수 있습니다. 그러나 실제로는 이러한 의존성을 보장하는 조건이 항상 충족되는 것은 아닙니다. 일반적으로 농도에 대한 방사선 강도의 의존성은 비선형적이며 다음과 같은 경험식으로 설명할 수 있습니다.

방정식 (1.2)는 Lomakin-Shaibe 방정식이라고 불립니다. 이는 원자 방출 분석의 주요 정량적 관계입니다.

방정식 (1.2)의 계수 a는 공정 조건에 따라 달라지는 순전히 경험적 값입니다. 따라서 원자력 발전소에서는 기준 샘플을 사용한 교정을 포함하여 원자화 조건을 올바르게 선택하고 분석 신호를 측정하는 것이 중요합니다.

분무기

원자력 발전소에서 사용되는 주요 원자화 및 여기 소스 유형은 표에 나와 있습니다. 2.

표 2. 원자력 발전소의 주요 분무기 유형

모든 분무기의 가장 중요한 특징은 분무 온도입니다. 분석된 물질의 물리화학적 상태, 분석 신호의 크기 및 기술의 도량형 특성은 이에 따라 달라집니다. 표에서 볼 수 있듯이. 2, 원자력 발전소에 사용되는 분무기는 온도가 크게 다릅니다.

불꽃. 화염 속에서 원자화되는 원자력 발전소의 변형을 화염 방출 광도법이라고 합니다. 구조적으로 원자력 발전소용 화염분무기는 버너이다(그림 1.2).

분석된 시료(용액)를 노즐을 이용하여 화염에 분사합니다. 화염은 환원 영역과 산화 영역이라는 두 가지 주요 영역으로 구성됩니다. 환원 구역에서는 가연성 혼합물 구성 요소의 열분해 및 불완전 연소의 일차 반응이 발생합니다. 이 구역은 환원 구역과 산화 구역 사이에 위치한 내부 원뿔뿐만 아니라 거의 전체 UV-가시 범위에서 강렬하게 빛을 방출합니다. 이 방사선은 여기된 원자의 방출선에 중첩되므로 화염의 환원 영역은 분석 목적으로 사용되지 않습니다. 화염의 산화 영역에서는 H2O와 CO2의 형성과 함께 혼합물 성분의 완전 연소 반응이 발생합니다. 이 구역은 IR 영역에서 강하게 방출하고 UV 및 가시광선 영역에서는 거의 방출하지 않으므로 분석 목적으로 사용됩니다. 화염의 온도, 조성 및 산화환원 특성은 혼합물의 가연성 가스와 산화제의 비율을 변경하여 조정할 수 있습니다. 이 기술은 최적의 원자화 조건을 선택하고 물리화학적 간섭을 제거하는 데 자주 사용됩니다.

가연성 혼합물의 구성에 따라 화염 온도 범위는 1500(조명 가스 - 공기)에서 3000 °C(C2H2 - N20)까지입니다. 이 온도는 가장 쉽게 원자화되고 여기성인 원소, 주로 알칼리 및 알칼리 토류(Ca, Sg, Ba) 금속을 측정하는 데 최적입니다. 이들에게 화염 광도법은 가장 민감한 방법 중 하나입니다(검출 한계는 최대 10-7wt.%). 대부분의 다른 요소의 경우 검출 한계가 몇 배 더 높습니다. 원자화 소스로서 화염의 중요한 장점은 높은 안정성과 그에 따른 측정 결과의 우수한 재현성입니다(Sg = 0.0 1 - 0.05).

전기 아크. 원자력 발전소에서는 직류 및 교류의 아크 방전이 사용됩니다. 아크 분무기는 한 쌍의 전극(대부분 탄소)으로, 그 사이에 방전이 전달됩니다. 하단 전극에는 샘플이 배치되는 홈이 있습니다. 아크 방전은 고체 샘플을 분석하는 데 가장 편리합니다. 용액을 분석하기 위해 샘플을 불활성 분말 물질(수집기)과 함께 증발시킨 다음 전극의 웰에 넣습니다. 분석된 샘플이 금속(합금)인 경우 하단 전극 역할을 합니다.

아크 방전 온도는 3000~7000°C로 상당히 높습니다. 이러한 온도는 대부분의 원소(할로겐 제외)의 효과적인 원자화 및 여기에 충분합니다. 따라서 대부분의 원소에 있어서 아크방전의 검출한계는 평균 10-4~10-2wt%이다. AC 아크의 경우 온도는 DC 아크보다 약간 높습니다. 아크 분무기(특히 DC)는 작동 모드에서 그다지 안정적이지 않습니다. 따라서 결과의 재현성은 낮습니다: Sg = 0.1 - 0.2. 그러나 반정량적 측정의 경우 이러한 재현성은 매우 충분합니다. 아크 분무기의 가장 중요한 응용 분야 중 하나는 조사 스펙트럼을 기반으로 한 정성 분석입니다.

전기 스파크. 스파크 분무기는 아크 분무기와 동일한 방식으로 설계되었습니다. 스펙트럼 장치에서는 동일한 장치를 사용하여 아크 및 스파크 방전을 생성하고 전기 회로를 전환하여 방전 유형을 선택합니다. 스파크 분무기는 고체 샘플을 분석하기 위해 설계되었습니다(때때로 액체 샘플이 에어로졸 형태로 전극 사이의 방전 간격에 유입됨). 스파크 분무기의 특별한 특징은 포함된 입자 사이에 열역학적 평형이 없다는 것입니다. 따라서 스파크 방전 온도에 대해 이야기하는 것은 매우 어렵습니다. 유효 온도는 약 10,000°C에 이릅니다. 이는 가장 여기시키기 어려운 할로겐도 자극하기에 충분합니다. 스파크 방전은 아크 방전보다 안정적이며 결과의 재현성이 더 높습니다(Sg = 0.05 - 0.1).

유도 결합 플라즈마. 최고의 분석 능력과 측정 특성을 갖춘 가장 현대적인 원자화 소스입니다. ICP 분무기는 세 개의 동심 석영 튜브로 구성된 특수 디자인의 플라즈마 토치입니다(그림 1.4). 특히 순수한 아르곤 흐름이 고속으로 공급됩니다. 가장 안쪽 흐름은 시료 용액을 주입하는 데 사용되며, 중간 흐름은 플라즈마 형성, 바깥쪽 흐름은 플라즈마 냉각에 사용됩니다. 이 흐름의 아르곤 유속은 특히 높습니다(1-20 l/min).

아르곤 플라즈마는 스파크 방전에 의해 시작(점화)된 후 토치 상단을 둘러싸는 고주파 유도 코일에 의해 안정화됩니다. 이 경우 플라즈마에 위치한 하전 입자의 강한 링 전류가 발생합니다. 아르곤 플라즈마의 온도는 버너의 높이에 따라 다르며 범위는 60~10,000°C입니다.

ICP-AES 방법은 다용성(대부분의 원소가 높은 온도에서 여기됨), 높은 감도(Cmin = 1 0-8 - 1 0-2 중량%), 우수한 재현성(Sg = 0.01 - 0.05) 및 폭넓은 특징이 있습니다. 결정된 농도의 범위. 분석 실무에서 ICP 사용을 제한하는 주요 요인은 장비 및 소모품(고순도 아르곤)의 높은 비용입니다.

원자 방출 스펙트럼 분석의 실제 목표는 다음과 같습니다. 품질, 반정량적또는 원소 조성의 정량적 결정분석된 샘플. 이 방법은 원자의 전자가 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이하는 동안 방출되는 빛의 강도를 기록하는 것을 기반으로 합니다.

원자 스펙트럼의 가장 주목할만한 특성 중 하나는 이산성(선 구조)과 스펙트럼 내 선의 수와 분포가 순전히 개별적으로 나타나는 것인데, 이는 그러한 스펙트럼을 주어진 화학 원소의 식별 특징으로 만듭니다. 정성적 분석은 스펙트럼의 이러한 특성을 기반으로 합니다. 정량 분석에서 관심 원소의 농도는 개별 스펙트럼 선의 강도에 따라 결정됩니다. 분석적.

방출 스펙트럼을 얻으려면 분석물질 입자에 포함된 전자에 추가 에너지를 부여해야 합니다. 이를 위해 물질이 가열 및 증발되고 기상의 분자가 중성 원자, 이온 및 전자로 해리되는 스펙트럼 여기 소스가 사용됩니다. 물질은 플라즈마 상태로 전환됩니다. 전자가 플라즈마의 원자 및 이온과 충돌하면 후자는 여기 상태가 됩니다. 여기 상태의 입자 수명은 10 "-10 s s를 초과하지 않습니다. 자동으로 정상 또는 중간 상태로 돌아가서 과도한 에너지를 운반하는 광 양자를 방출합니다.

고정된 온도에서 들뜬 상태의 원자 수는 결정되는 원소의 원자 수에 비례합니다. 따라서 스펙트럼선의 강도는 나결정되는 원소의 농도에 비례합니다. 와 함께샘플에서:

어디 케이-온도, 원자의 이온화 에너지 및 일반적으로 분석 중에 제어하기 어려운 기타 여러 요인에 따라 값이 비선형적으로 달라지는 비례 계수.

분석 결과에 대한 이러한 요인의 영향을 어느 정도 제거하기 위해 원자 방출 스펙트럼 분석에서는 특정 강도에 대한 분석 선의 강도를 측정하는 것이 일반적입니다. 비교선(내부 표준 방법).내부 표준품은 분석된 샘플뿐만 아니라 모든 표준 샘플에서 함량이 동일한 구성 요소입니다. 대부분의 경우 주성분은 내부 표준으로 사용되며 그 함량은 대략 100%로 간주될 수 있습니다(예를 들어 강철을 분석할 때 철이 내부 표준으로 사용될 수 있음).

때로는 내부 표준의 역할을 하는 구성 요소가 모든 샘플에 동일한 양으로 의도적으로 도입되는 경우가 있습니다. 비교 선으로 여기 조건(여기 에너지, 온도 효과)이 분석 선의 여기 조건에 최대한 가까운 내부 표준의 스펙트럼 선을 선택합니다. 이는 비교 선이 파장에서 분석 선(예, 상동 쌍)에 최대한 가까우면 달성됩니다.

두 요소의 스펙트럼 선의 상대 강도에 대한 표현은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

여기서 색인 1은 분석선을 나타냅니다. 인덱스 2 - 비교 라인. 내부 표준물질 역할을 하는 C2 성분의 농도가 일정하다는 점을 고려하면 다음과 같다. ㅏ는 또한 일정한 양이며 스펙트럼의 여기 조건에 의존하지 않습니다.

플라즈마에서 결정되는 원소의 원자 농도가 높을 때, 동일한 원소의 여기되지 않은 원자에 의한 빛의 흡수가 중요한 역할을 하기 시작합니다. 이 과정을 자기 흡수또는 재흡수.이로 인해 고농도 영역의 농도에 대한 선 강도의 선형 의존성이 위반됩니다. 스펙트럼 선의 강도에 대한 자기 흡수의 영향이 고려됩니다. 경험적 로마킨 방정식

어디 비-자체 흡수 정도를 나타내는 매개변수는 농도에 따라 달라지며, 농도가 증가함에 따라 1(자기 흡수 없음)에서 0까지 단조롭게 변합니다. 그러나 상당히 좁은 농도 범위에서 작업할 경우 값은 비거의 일정하다고 볼 수 있습니다. 이 경우 로그 좌표의 농도에 대한 스펙트럼 선 강도의 의존성은 선형입니다.

Lomakin의 방정식은 스펙트럼 선의 강도에 대한 매트릭스 효과의 영향을 고려하지 않습니다. 이러한 영향은 종종 분석 신호의 값과 결과적으로 분석 결과가 결정되는 원소의 농도뿐만 아니라 동반 구성 요소의 함량 및 분석된 물질의 미세 구조 및 상 구성.

매트릭스 효과의 영향은 일반적으로 크기, 구조 및 물리화학적 특성이 연구 중인 물질과 최대한 유사한 표준 샘플을 사용하여 최소화됩니다. 때로는 미세불순물을 분석할 때 첨가법을 사용하고 모든 시료를 주의 깊게 균질화하면 매트릭스 효과를 피할 수 있습니다.

스펙트럼의 여기 소스. 원자 방출 분광법에서 스펙트럼 여기의 주요 소스에는 화염, 직류 또는 교류 아크, 스파크 및 유도 결합 플라즈마가 포함됩니다.

스펙트럼 여기 소스의 가장 중요한 특성은 온도입니다. 온도는 주로 입자가 후속 빛 방출과 함께 여기 상태로 전환될 확률을 결정하고 궁극적으로 분석 신호의 크기와 기술의 도량형 특성을 결정합니다.

불꽃 . 화염 스펙트럼을 여기원으로 사용하는 원자 방출 분광법의 변형을 다음 방법이라고 합니다. 화염 측광.

구조적으로 화염 여기원은 분석 시료(용액)를 노즐을 이용해 화염에 투입하는 가스버너이다. 불꽃은 내부(환원) 영역과 외부(산화) 영역의 두 영역으로 구성됩니다. 환원 영역에서는 가연성 혼합물 구성 요소의 열분해 및 불완전 연소의 일차 반응이 발생합니다. 이 구역에는 스펙트럼의 UV에서 IR 영역까지 거의 전체 광학 범위에서 빛을 강렬하게 방출하는 많은 여기 분자와 자유 라디칼이 포함되어 있습니다. 이 방사선은 분석물의 스펙트럼 선을 방해하고 분석물의 결정을 방해합니다. 따라서 환원 영역은 분석 목적으로 사용되지 않습니다.

산화 영역에서는 가스 혼합물 구성 요소의 완전 연소 반응이 발생합니다. 방사선의 주요 부분은 IR 범위에서 발생하므로 UV 및 가시 범위의 스펙트럼 선 결정을 방해하지 않습니다. 결과적으로 분석 목적으로 사용되는 것은 산화 영역입니다. 불꽃의 온도, 조성 및 산화환원 특성은 혼합물 내 가연성 가스와 산화제의 특성과 비율을 변경하여 특정 한도 내에서 조정할 수 있습니다. 이 기술은 종종 스펙트럼 여기를 위한 최적의 조건을 선택하는 데 사용됩니다.

가연성 혼합물의 특성과 구성에 따라 화염 온도는 1500~3000°C 범위에서 달라질 수 있습니다. 이러한 온도는 주로 알칼리 및 알칼리 토금속과 같이 휘발성이고 쉽게 흥분되는 원소만을 측정하는 데 최적입니다. 화염 광도법은 가장 민감한 방법 중 하나입니다(검출 한계는 최대 10"wt.%). 다른 요소의 경우 검출 한계는 몇 배 더 높습니다.

스펙트럼 여기 소스로서 화염의 중요한 장점은 높은 안정성과 그에 따른 측정 결과의 우수한 재현성입니다(오류는 5%를 초과하지 않음).

전기 아크. 원자 방출 분광학에서는 직접 또는 교류 아크가 스펙트럼 여기 소스로 사용될 수 있습니다. 아크 소스는 수직으로 위치한 한 쌍의 전극(대부분 탄소)으로, 그 사이에서 아크가 점화됩니다. 하단 전극에는 샘플이 배치되는 홈이 있습니다. 금속이나 합금을 분석할 때 하단 전극은 일반적으로 분석물질로 만들어집니다. 따라서 아크 방전은 고체 시료 분석에 가장 편리합니다. 용액을 분석하기 위해 일반적으로 적합한 분말 수집기와 함께 증발하고 생성된 침전물을 전극의 웰에 넣습니다.

아크 방전의 온도는 화염 온도(3000~7000°C)보다 상당히 높으며, 교류 아크의 경우 온도는 직류 아크보다 약간 높습니다. 따라서 할로겐과 같이 자극하기 가장 어려운 비금속을 제외하고 대부분의 원소의 원자는 아크에서 효과적으로 여기됩니다. 이와 관련하여 대부분의 요소에 대해 아크 방전의 검출 한계는 화염보다 1~2배 정도 낮습니다.

불꽃 소스와 달리 아크 여기 소스(특히 직류)는 작동 모드에서 그다지 안정적이지 않습니다. 따라서 결과의 재현성이 낮습니다(오차는 10~20%). 그러나 반정량적 결정의 경우 이는 매우 충분합니다. 아크 여기 소스의 최적 적용은 측량 스펙트럼을 기반으로 한 정성 분석입니다.

전기 스파크. 스파크 여기 소스는 아크 소스와 완전히 유사하게 설계되었습니다. 차이점은 전자 회로의 작동 모드에 있습니다. 아크와 마찬가지로 스파크 여기 소스는 주로 고체 샘플 분석을 위해 만들어졌습니다.

스파크의 특징은 열역학적 평형이 그 부피에서 확립될 시간이 없다는 것입니다. 따라서 전체적으로 스파크 방전 온도에 대해 이야기하는 것은 완전히 정확하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 10,000°C 정도의 값에 도달하는 유효 온도를 추정하는 것이 가능합니다. 이것은 현재 알려진 모든 화학 원소의 원자를 여기시키기에 충분합니다.

스파크 방전은 아크 방전보다 훨씬 안정적이므로 결과의 재현성이 더 높습니다.

유도 결합 플라즈마 (ISP). 이는 다양한 매개변수에 대해 최고의 분석 기능과 도량형 특성을 갖춘 가장 현대적인 스펙트럼 여기 소스입니다.

동축으로 배열된 석영관으로 구성된 플라즈마 토치입니다. 특히 순수한 아르곤이 고속으로 통과합니다. 가장 안쪽 흐름은 시료 물질의 운반체로 사용되며, 중간 흐름은 플라즈마 형성, 바깥쪽 흐름은 플라즈마 냉각 역할을 합니다. 아르곤 플라즈마는 스파크 방전에 의해 시작된 후 토치 상단에 위치한 고주파 인덕터에 의해 안정화됩니다. 이 경우 플라즈마의 하전 입자(이온 및 자유 전자)의 링 전류가 나타납니다. 플라즈마 온도는 버너 높이에 따라 다르며 10,000°C에 도달할 수 있습니다.

ICP를 사용하는 원자 방출 분광법은 다용도성(대부분의 원소가 플라즈마 온도에서 여기됨), 높은 감도, 우수한 재현성 및 광범위한 검출 가능 농도를 특징으로 합니다. 분석 실무에서 이 방법의 광범위한 사용을 제한하는 주요 요인은 장비 및 소모품(고순도 아르곤)의 높은 비용입니다.

그림에서. 그림 9.1은 여기 소스로 ICP를 사용하는 원자 방출 스펙트럼 분석을 위한 최신 장비를 보여줍니다.

쌀. 9.1.

전체 파장 범위에 걸쳐 동시 측정을 통해 최고의 정확도와 분석 속도를 보장합니다.

스펙트럼을 기록하는 방법. 원자 방출 분광학에서는 스펙트럼을 기록하기 위한 단일 및 다중 채널 방법이 사용됩니다. 단색 및 다색화 장치는 샘플 방사선을 스펙트럼으로 분해하는 데 사용됩니다. 일반적으로 원자 스펙트럼에는 많은 수의 선이 포함되어 있으므로 고해상도 장비의 사용이 필요합니다. 화염 광도법에서는 관찰되는 선의 수가 적기 때문에 프리즘이나 회절 단색 장치 대신에 광 필터를 사용할 수 있습니다.

스펙트럼 선의 강도를 측정할 수 있습니다. 시각적, 광화학(사진) 그리고 광전지

방법. 첫 번째 경우, 눈은 방사선 수신기 역할을 하고, 두 번째 경우에는 광유제, 세 번째 경우에는 광검출기(광전지, 광전자 증배관, 광다이오드 등) 역할을 합니다. 각 방법에는 장점, 단점 및 최적의 적용 영역이 있습니다.

스펙트럼을 기록하는 시각적 방법은 주로 금속 등의 재료 구성에 대한 대규모 반정량적 문풍경 및 문형계 연구에 사용됩니다. 첫 번째 경우에는 결정되는 요소의 스펙트럼 선 강도와 내부 표준의 근처 선 강도를 시각적으로 비교합니다. 방사선을 받는 눈의 특성으로 인해 충분한 정확성을 가지고 인접한 선의 강도가 동일하다는 것을 확인하거나 관찰된 그룹에서 가장 밝은 선을 선택하는 것만 가능합니다.

스타일로메트릭 분석은 분석 쌍의 밝은 선을 제어하여 감쇠할 수 있다는 점에서 스타일로코닉 분석과 다릅니다. 또한 스타일로미터는 시야에서 비교된 선을 더 가깝게 만들 수 있는 가능성을 제공합니다. 이를 통해 분석선과 비교선의 강도 비율을 보다 정확하게 추정할 수 있습니다.

시각적으로 원소의 검출 한계는 일반적으로 스펙트럼을 기록하는 다른 방법에 비해 두 자릿수 더 나쁩니다. 측정 자체는 매우 지루하며 문서화되지 않았습니다.

그러나 시각적 방법의 가장 큰 장점은 단순성, 높은 생산성 및 낮은 장비 비용입니다. 하나의 구성 요소를 결정하는 데 1분도 채 걸리지 않습니다. 따라서 이 방법은 높은 정확도의 결과가 필요하지 않은 경우의 표현 분석에 널리 사용됩니다.

원자 방출 스펙트럼 분석에서 가장 널리 사용되는 방법은 스펙트럼을 기록하는 사진 방법입니다. 실행 기술이 매우 간단하며 공개적으로 사용 가능합니다. 사진 기록의 주요 장점은 문서 분석, 전체 스펙트럼의 동시 기록, 많은 요소에 대한 낮은 검출 한계입니다. 자동화된 버전에서 이 방법은 엄청난 정보 콘텐츠라는 또 다른 이점을 얻습니다. 다른 방법을 사용하여 수백 개의 스펙트럼 선을 분석하여 하나의 샘플에서 최대 75개의 원소를 동시에 결정하는 것은 아직 불가능합니다.

사진 이미지의 특성은 사진 유제에 흡수된 총 양자 수에 따라 달라집니다. 이를 통해 노출 시간을 늘려 시스템 출력의 낮은 신호 레벨에서 분석을 수행할 수 있습니다. 이 방법의 중요한 장점은 스펙트럼 사진의 반복적인 통계 처리 가능성입니다.

사진 기록 방법에서는 스펙트럼 선의 강도는 사진 판(필름)에서 이 선 이미지의 흑화(광학 밀도)에 의해 결정됩니다. 사진 재료의 가장 큰 단점은 조명에 대한 흑화의 비선형 의존성뿐만 아니라 빛의 파장, 현상 시간, 현상제 온도, 그 구성 및 기타 여러 요인입니다. 따라서 각 사진 판 배치에 대해 실험적으로 결정하는 것이 필요합니다. 특성 곡선, 즉. 흑화량의 의존성 에스조명의 로그로부터 ES =f(gE).이를 위해 그들은 일반적으로 투과율 계수가 다르지만 이미 알려진 백금으로 만들어진 반투명 금속 스트립 세트로 표면이 코팅된 석영 또는 유리판인 스텝 감쇠기를 사용합니다. 이러한 감쇠기를 통해 사진 판이 노출되면 다양한 양의 흑화 영역이 나타납니다. 해당 부위의 흑화 정도를 측정하여 각각의 투과율을 알면 사진판의 특성곡선을 구성할 수 있습니다. 이 곡선의 전형적인 모습이 그림 1에 나와 있습니다. 9.2.

쌀. 9.2.

엘 -흑화 역치; LW-노출 부족 영역; 해- 정상적인 흑화 영역;

CD-과다 노출 영역

곡선의 형태는 조명단위의 선택에 의존하지 않고, 조명을 복사강도로 대체해도 변하지 않으므로 스텝감쇠기의 투과율계수의 로그를 가로축에 플롯하여 구성할 수 있다.

곡선에는 직선 부분이 있습니다. 해(정상 흑화 영역), 그 내에서 대비 계수

상수와 최대값을 취합니다. 따라서 정상적인 흑화 영역 내 두 스펙트럼 선의 상대 강도는 다음 관계식에서 찾을 수 있습니다.

스펙트럼 선의 측광 및 결과 데이터 처리는 원자 방출 스펙트럼 분석의 가장 노동 집약적 단계 중 하나이며 주관적인 오류도 종종 동반됩니다. 이 문제에 대한 해결책은 마이크로프로세서 기술을 기반으로 스펙트럼 사진 처리 프로세스를 자동화하는 것입니다.

광전 기록에는 광전지, PMT(광전자 증배관) 및 포토다이오드가 사용됩니다. 이 경우 전기 신호의 크기는 측정된 광속의 강도에 비례합니다. 이 경우 특정 스펙트럼 선의 강도만 기록하는 광검출기 세트(다중 채널 장치)를 사용하거나, 스펙트럼을 스캔할 때 하나의 광검출기에 의해 스펙트럼 선의 강도를 순차적으로 측정합니다(단일 채널 장치). ).

정성적 원자 방출 분석. 정성적 분석은 다음과 같습니다.

• 샘플 스펙트럼에서 선의 파장 결정;
• 특수 표 및 지도책에 제공된 데이터와 얻은 결과를 비교하고 샘플에 있는 요소의 특성을 설정합니다.

샘플에 있는 최소 4개의 선이 이 요소에 대한 표로 작성된 데이터와 길이가 일치하는 경우 샘플에 요소가 존재한다는 것이 입증된 것으로 간주됩니다.

그다지 정확하지 않은 길이 측정은 장치의 눈금을 사용하여 수행할 수 있습니다. 더 자주, 결과 스펙트럼은 잘 연구된 많은 스펙트럼 선을 포함하는 일반적으로 철의 스펙트럼인 알려진 스펙트럼과 비교됩니다. 이를 위해 시료의 스펙트럼과 철의 스펙트럼을 동일한 조건에서 하나의 사진판에 병렬로 촬영합니다. 다른 원소의 가장 특징적인 선의 위치를 ​​나타내는 철의 스펙트럼을 보여주는 지도책이 있으며, 이를 사용하여 샘플에 있는 원소의 특성을 확립할 수 있습니다(작업 번호 34 참조).

예를 들어 철의 스펙트럼에서 선의 파장이 알려져 있고 그 사이에 파장을 알 수 없는 선이 있는 경우 이 선의 파장은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

어디 Xx-결정된 선의 파장, 파장이 l 1인 선에서 결정된 선까지 X t X Y 거리; x 2- 파장이 l 2인 선에서 결정된 선까지의 거리. 이 공식은 작은 범위의 파장에만 유효합니다. 스펙트럼의 선 사이의 거리는 일반적으로 측정 현미경을 사용하여 측정됩니다.

예제 9.1. 철선 사이의 샘플 스펙트럼에서 Xx = 304.266nm 및 엑스 2 == 304.508 nm 선이 하나 더 있습니다. 이 선의 파장을 계산해 봅시다 엑스엑스,장치 화면에서는 첫 번째 철 라인에서 1.5mm, 두 번째 철 라인에서 2.5mm 제거됩니다.

해결책.우리는 위의 공식을 사용합니다:

샘플 스펙트럼이 너무 복잡하지 않은 경우 샘플 스펙트럼과 표준 스펙트럼을 비교하여 샘플의 원소를 식별할 수 있습니다.

정량 분석 ​​방법. 정량적 스펙트럼 분석에는 3표준법, 상수 그래프법, 가산법이 사용됩니다.

사용 세 가지 표준 방법최소 3개 이상의 표준물질(농도를 알고 있는 시료)의 스펙트럼을 촬영한 후 분석된 시료의 스펙트럼을 플롯팅하고 보정 그래프를 좌표로 구성합니다. "처럼 - LG C'.

예제 9.2. MF-2 마이크로포토미터에서 세 가지 표준 방법을 사용하여 크롬에 대한 접촉 물질을 분석할 때 표준 및 연구 중인 샘플의 스펙트럼에서 상동 쌍의 5개 라인의 흑화를 측정했습니다. 표의 데이터에 따라 크롬 C Cr의 비율을 찾아 보겠습니다. 9.2.

표 9.2

실시예 9.2의 데이터

해결책. 3-표준 방법은 차이 의존성을 사용합니다. 에스결정되는 원소 농도의 대수로부터 동종 쌍의 선이 검게 변합니다. 특정 조건에서 이러한 의존성은 선형에 가깝습니다. 마이크로 광도계의 측정 눈금 판독 값에 따르면 다음을 찾을 수 있습니다.

우리는 농도의 로그를 결정합니다: IgC, = -0.30; IgC2=0.09; logC 3 = 0.62이고 좌표에 교정 그래프를 작성합니다. "처럼- IgC"(그림 9.3).

쌀. 93.

분석된 샘플에 대한 D5 찾기: D Sx= 0.61 - 0.25 = 0.36, 교정 그래프에서 우리는 결정합니다. S l: IgC Cr = 0.35; C Cr = 2.24%.

일정한 일정 방식균질한 샘플의 질량 분석에 사용됩니다. 이 경우 사진 판의 대비를 알고 "D5/y - IgC" 좌표에 일단 구성된 상수 그래프를 사용합니다. 정상적인 흑화 영역에서 작업할 때 이는 "lg" 좌표와 동일합니다. 이지- IgC." 노출 부족 영역에서 작업할 때 5H와 5의 값에 대한 사진판의 특성곡선(5=/(lg/))을 이용하여 lg/, lg/cp를 구하고 그래프로 나타내면 다음과 같다. 좌표 "lg/// p - IgC"에 표시됩니다. 노출 부족 영역에서 그래프의 곡률을 제거하려면 선 옆에서 측정한 사진 판 배경의 흑화를 선의 흑화에서 빼야 합니다.

예제 9.3. 분말 재료에서 극소량의 구리를 확인하기 위해 방출 스펙트럼 분석 기술이 사용되었습니다. 이 기술에는 샘플을 직류 아크로 3회 연소하고 3247A 구리선의 강도와 상수 그래프로부터 농도를 결정하는 작업이 포함됩니다. 배경을 고려하여 "lgC - lg/"입니다.

샘플 스펙트럼을 사용하여 사진 판의 특성 곡선을 구성하려면 다음 데이터를 사용할 수 있습니다.

해결책.세 가지 스펙트럼에 대해 구리선과 배경 사이의 차이를 계산하고 평균값을 찾습니다.

예제 조건에 제공된 데이터를 사용하여 좌표 "D"에 사진 판의 특성 곡선을 구성합니다. 에스-lg 나"(그림 9.4).

5cp = 1.48에 대한 특성 곡선에서 log/ = 1.38을 찾습니다.

"lg/ - IgC" 좌표에 교정 그래프를 작성합니다(그림 9.5).

log / = 1.38에 대한 보정 그래프에 따르면 logC = -3.74이며 이는 샘플의 구리 농도 1.8-10 4%에 해당합니다.

쌀. 9.4.

쌀. 95.

첨가법표준 준비와 관련하여 특별한 어려움이 발생할 때 조성이 알려지지 않은 단일 시료의 분석에 사용됩니다. 표준의 조성은 시료의 조성과 정확히 동일해야 합니다(매트릭스 효과). 이 방법에서는 분석된 샘플을 여러 부분으로 나누고 측정하려는 원소를 알려진 농도로 각 부분에 도입합니다.

결정된 매트 요소의 농도와 자체 흡수 효과를 무시할 수 있는 경우

이 경우에는 한 가지만 추가하면 충분합니다.

만약에 비 7^1 그리고 나 = аС b, 적어도 두 개의 첨가제가 필요합니다: ( C× + 와 함께 ()그리고 (Cx + 다 2).사진판에 선이 검게 변하는 정도를 촬영하여 측정한 후 좌표로 그래프를 그린다. "처럼 - LGС 7 ", 여기서 그대로 = 5L - C p I = 1.2는 첨가제의 농도이다. 이 그래프를 0으로 추정하면 값을 찾을 수 있습니다. Cx.

그래픽 방법 외에도 특히 첨가제 수가 많은 경우 계산 방법이 사용됩니다.

예제 9.4. 표의 데이터에 따라 첨가 방법을 사용하여 시료 내 니오브 함량(%)을 결정해 보겠습니다. 9.3 및 9.4(TI - 비교선).

표 9.3

분석선의 흑화

해결책.예제 조건에 제공된 데이터를 사용하여 사진 판의 특성 곡선을 구성합니다(그림 9.6).

쌀. 9.6.

특성 곡선에 따르면 니오븀과 티타늄에 대한 스펙트럼 선의 흑화를 사용하여 log/ Nb, log/ Tj, log(/ N .,// Ti), / Nb // Ti)를 찾습니다(표 9.5).

표 9.5

예제 9.4의 계산

우리는 "/ Nb // Ti - C 이마" 의존성 그래프를 작성합니다 (그림 1).

쌀. 9.7.

x축과 교차할 때까지 그래프를 계속하면 다음을 결정할 수 있습니다.

교차점의 좌표: -0.12. 따라서 니오븀의 농도는

샘플에서 C× 0.12%이다.

원자방출분광법의 측정학적 특성과 분석능력. 감광도.원자 방출 스펙트럼 분석의 검출 한계는 스펙트럼의 여기 방법과 결정되는 원소의 특성에 따라 달라지며 분석 조건이 변경되면 크게 달라질 수 있습니다. 쉽게 여기되고 쉽게 이온화되는 원소(알칼리 및 대부분의 알칼리 토금속)의 경우 스펙트럼의 가장 좋은 여기 소스는 불꽃입니다. 대부분의 다른 요소의 경우 유도 결합 플라즈마를 사용하면 가장 높은 감도가 달성됩니다. 스파크 방전의 높은 검출 한계는 매우 작은 공간 영역에 국한되어 있다는 사실 때문입니다. 따라서 증발되는 시료의 양은 적습니다.

결정된 내용의 범위.결정된 함량의 상한은 주로 자체 흡수의 영향 및 관련 교정 그래프의 선형성 위반에 의해 결정됩니다. 따라서 대수좌표로 교정그래프를 구성하더라도 측정되는 함량의 범위는 보통 농도의 2~3자리 크기이다. 예외는 ICP를 사용하는 방법으로, 자체 흡수 효과가 매우 약하여 선형성 범위가 4-5자리에 도달할 수 있습니다.

재현성.원자 방출 분광법에서 분석 신호는 온도 변동에 매우 민감합니다. 따라서 방법의 재현성이 낮습니다. 내부 표준 방법을 사용하면 이 도량형 지표를 크게 향상시킬 수 있습니다.

선택성주로 스펙트럼 선 중첩 효과에 의해 제한됩니다. 장비의 해상도를 높여서 개선할 수 있습니다.

원자의 에너지 전이를 기반으로 하는 광학 원자 분광법은 세 그룹으로 나눌 수 있습니다.

원자 방출; 원자 흡수; 원자 형광성.

원자 방출 분광법(AES) 방법은 여기된 원자에 의한 전자기 방사선 양자의 방출(방출)을 기반으로 합니다. 원자 방출의 일반적인 계획은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

A + E →A --- A* + hv,

여기서 A는 원소의 원자이다.

A* - 여기된 원자;

hv - 방출된 광 양자;

E는 원자가 흡수한 에너지입니다.

원자는 높은 운동 에너지를 갖는 플라즈마, 아크 또는 스파크 입자와 충돌할 때 여기됩니다. 원자가 100-600 kJ*mol -1 에너지를 흡수하면 외부 전자는 더 높은 에너지 준위 중 하나로 이동하고 -10 -8 초 후에는 더 낮은 준위로 돌아갑니다. 이 경우 에너지는 특정 주파수의 빛 hv 형태로 방출되거나 다른 입자와 충돌하는 동안 열 형태로 손실됩니다.

분자와 달리 원자에는 진동 및 회전 하위 수준이 없으며 전자 전이만 가능합니다. 전자 준위 사이의 에너지 차이가 ​​상당히 크기 때문에 원자 스펙트럼은 개별 스펙트럼 선으로 구성됩니다. 방출 스펙트럼은 다양한 강도의 많은 스펙트럼 선으로 구성됩니다. 선의 강도는 하나 또는 다른 전이가 발생하는 원자 수에 따라 달라집니다. 전이 가능성이 높을수록 더 많은 원자가 관련되고 스펙트럼 선이 더 강해집니다.

가장 가능성이 높은 전환은 지면 수준에 가장 가까운 여기 수준에서 발생합니다. 이러한 전이에 해당하는 스펙트럼 선을 공진이라고 합니다. 이 선은 강도가 가장 높으며 분석에 가장 자주 사용됩니다.

원자 분광학에서는 물질을 원자 상태로 변환하는 것이 필요합니다. 원자화는 화염 및 전열 방법으로 수행됩니다.

화염 방출 측광법.이 방법은 불꽃 속에서 여기된 원자와 분자에 의해 방출되는 방사선의 강도를 측정하는 데 기반을 두고 있습니다. 산화제 내의 각종 유기물질(수소, 프로판, 아세틸렌 등)이 연소되면서 화염이 형성됩니다. 화염 온도는 높지 않지만(최대 3000°C) 가장 여기성 있는 원자의 공명선을 자극하는 데는 600kJ/mol 미만으로 충분합니다. 화염의 개별 부분의 온도는 가연성 혼합물의 구성에 따라 달라집니다. 분석 목적으로 화염의 상부가 일반적으로 사용되는데, 연소 생성물(배경)로 인해 발생하는 화염 자체 복사가 가장 작은 부분입니다.

1830 1800 1700 1750 콘 2000 1200 3000

1600 내부 중간 1000 300

콘 존

쌀. 8. 아세틸렌-산소 불꽃의 온도(°C)

시험 물질은 일반적으로 용액(분무) 형태로 화염에 도입됩니다. 정성 분석을 위해 고체 샘플*을 화염에 추가할 수 있습니다. 이 경우 화염에서는 물질의 고체 입자 형성으로 인한 용매 증발, 원자 증기 형성으로 인한 고체 입자 증발, 분자가 원자로 해리, 부분 이온화, 원자 여기 등 여러 과정이 발생합니다. , 빛 양자의 방출로 원자가 원래 상태로 돌아갑니다.

원자(분자)에 의한 복사 강도는 화염 내 농도에 비례하고, 이는 다시 용액 내 이온 농도에 비례합니다. I = k*c.

이러한 선형 의존성은 일정한 계수 k에서 관찰되며, 그 값은 자기 흡수, 이온화, 휘발성이 낮은 화합물의 형성, 작동 모드 변경 등과 같은 간섭에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

방출 방법의 복사 강도는 화염 광도계 및 분광 광도계에서 측정되며 광전지를 사용하여 광속을 전류로 변환합니다.

화염 광도계 회로에는 용액 분무기, 가연성 혼합물이 공급되는 버너, 단색 장치, 광전지 및 기록 장치가 포함됩니다. 간섭 필터(λ ≒ 13nm)가 단색 장치로 사용됩니다. 외부 방사선을 흡수하기 위해 흡수 필터가 광속 경로에 배치됩니다.

원자 방출 분광법에서는 용액과 공기(에어로졸)의 혼합물을 화염에 직접 도입하는 직접 흐름 버너가 사용됩니다. 가스와 에어로졸이 미리 혼합된 버너는 덜 자주 사용됩니다.

농도를 결정하는 방법. 화염 방출 광도 측정에서는 용액 농도에 대한 분석 방사선 신호 강도의 선형 의존성을 사용하여 농도를 결정합니다. 이 방법에는 표준이 필요합니다. 정확하게 알려진 농도의 용액. 일반적으로 "광전류 강도 - 농도"좌표에 표시되는 보정 그래프 방법이 사용됩니다. 연구 중인 샘플의 구성이 알려지지 않았거나 표준과 다른 경우 추가 방법을 사용하는 것이 좋습니다.

화염 에너지가 원자를 여기시키기에 충분하지 않은 경우 아크 및 스파크 전열원이 사용됩니다. 가장 잘 알려진 전열원은 직류 아크 및 스파크 방전입니다. 두 전극 사이에 200V의 전압에서 30A의 직류 또는 교류가 흐를 때 아크가 발생합니다. 스파크 방전을 생성하기 위해 한 쌍의 전극에 최대 40kV의 전압이 적용됩니다. 이 경우 방전이 초당 120회 반복되며 불꽃 온도는 4000°C에 이릅니다.

원자흡광분광법(AAS)는 자유 상태의 물질 원자에 의한 전자기 복사의 흡수(흡수)를 기반으로 합니다. 원자 흡수의 일반적인 방식은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다: A + hv → V*.

원자는 바닥 상태에서 여기 상태로의 전이에 해당하는 빛 양자를 흡수합니다. 결과적으로 원자 증기를 통과하는 방사선은 감쇠됩니다. 원자 농도에 대한 방사선 흡수 정도의 의존성은 Bouguer-Lambert-Beer 법칙에 의해 설명됩니다.

lg (l 0 /l 1) = k*l*c,

여기서 l 0은 입사 방사선의 강도입니다.

내가 1 - 원자 증기를 통해 전달되는 방사선의 강도;

l은 원자 증기층의 두께입니다.

k - 원자 흡수 계수;

lg(l 0 /l 1)의 값을 원자 흡수 A라고 하며, 이는 분자 흡수의 광학 밀도와 유사합니다.

AAS에서 분석 신호는 여기되지 않은 원자로부터 얻어지므로 그러한 소스만이 원자화에 적합하며 그 에너지는 물질을 원자로 분해하기에 충분하지만 원자를 여기시키기에는 충분하지 않습니다. 여기된 원자의 수는 전체 수의 0.1%를 초과해서는 안 됩니다. 이러한 요구 사항은 열 에너지를 사용하는 화염 및 전열 분무기로 충족됩니다. 원자화하기 전에 분석된 샘플을 용액으로 옮깁니다. 원자에 의한 흡수가 눈에 띄게 나타나려면 매우 좁은 범위의 파장을 가진 방사선이 시료에 조사되어야 합니다. 이상적으로는 연구 중인 물질의 원자에서 하나의 에너지 전이에 해당하는 하나의 파장을 갖는 방사선이 필요합니다.

불활성 가스로 채워진 석영 창이 있는 유리 실린더인 중공 음극관 램프는 이러한 이상적인 광원에 가깝습니다. 실린더에 고정된 양극과 음극에 고전압이 인가됩니다. 음극 실린더는 결정해야 할 금속으로 만들어졌습니다. 고전압 방전의 영향으로 불활성 가스 원자가 이온화되어 음극으로 향하고 금속 원자가 "녹아웃"되어 여기되어 특징적인 선 스펙트럼으로 방사선을 방출합니다. 방사선은 결정되는 원소의 원자가 위치하는 화염으로 향하여 소스의 공진 방사선을 흡수합니다. 따라서 각 요소를 식별하려면 자체 램프가 필요합니다. 음극은 다양한 금속의 합금으로 만들어질 수 있으므로 램프를 교체하지 않고도 여러 해당 요소를 한 번에 결정할 수 있습니다.

쌀. 9. 원자 흡수 변화를 위한 장치 다이어그램: 1 - 중공 음극이 있는 램프; 2 - 변조기; 3 - 불꽃; 4 - 단색 장치; 5 - 탐지기.

도랑의 역할은 불꽃에 의해 수행됩니다. 단색광 장치는 선 스펙트럼에서 원하는 선을 분리하는 데 사용됩니다. 검출기는 광학 기기에 일반적으로 사용되는 검출기와 다르지 않습니다. AAS는 두 방사선 흐름의 상대적 강도를 측정합니다. 그 중 하나는 원자 증기를 통과하고 다른 하나는 비교 흐름입니다. 이러한 광속은 외부 방사선, 즉 여기 상태에서 돌아올 때 연구 중인 물질 원자의 형광과 불꽃의 빛에 의해 중첩될 수 있습니다. 이러한 유형의 방사선의 간섭 영향을 제거하기 위해 광속 변조가 사용됩니다. 입사 방사선의 경로에 모듈레이터(슬롯이 있는 디스크)가 설치됩니다. 이 경우 감지기는 화염으로부터 일정한 신호, 샘플을 통과한 소스로부터의 교번 신호 및 기타 외부 신호를 수신합니다. 교번 신호가 증폭되고 나머지 신호는 차단됩니다. 신호는 전류로 변환됩니다.

농도를 결정하기 위해서는 검량선법과 첨가법이 주로 사용된다.

AAS 방법은 다양한 물체에서 대부분의 금속을 측정하는 데 적용할 수 있습니다. 이 방법의 장점은 온도에 대한 결과의 의존성이 낮고 감도가 높으며 이는 흡수에 흥분되지 않은 원자의 참여와 관련이 있다는 것입니다. AAS 방법은 스펙트럼 선의 중첩과 관련된 간섭이 작기 때문에 선택성이 높습니다. 이 방법은 명시적이며 결과 오류는 4%를 초과하지 않으며 검출 한계는 10 -2 μg/ml에 도달합니다. AAS 방법은 다양한 객체에서 76개의 요소를 결정할 수 있습니다.

AAS의 단점은 각 요소에 대한 중공 음극관 램프 세트가 의무적으로 존재한다는 점과 샘플을 용해성 상태로 전환해야 한다는 점입니다.

3.1 방출 스펙트럼 분석

방출 스펙트럼 분석은 물리화학적 분석 방법 또는 오히려 광학적 방법입니다.

구성 및 구조가 다른 물질과 다른 각 물질은 고유한 개별 특성을 가지고 있습니다. PR, 방출 스펙트럼, 물질에 의한 방사선의 흡수 및 반사는 각 물질의 형태 특성을 갖습니다. 이 물질은 용해도와 결정 모양으로도 식별할 수 있습니다.

f-x 방법을 사용할 때 우리는 분석물의 농도, 즉 연구 중인 용액의 단위 부피당 함량에 관심이 있습니다. 물질의 농도는 물질과 물질에서 발생하는 신호 값 사이에 항상 관계가 있다는 사실을 사용하여 결정됩니다. 분석방법에 관계없이 제품 내 원하는 성분의 함량을 계산하는 방법은 모든 물리화학적 방법에서 동일합니다.

3.2 원자 방출 분광법: 가장 널리 사용되는 다원소 분석 방법

여기된 원자가 사용하는 빛 방출의 강도를 측정하기 위한 분광계 장치는 없습니다. 이는 전류원으로서 별도의 외부 방사선 소스입니다. 샘플 자체, 즉 여기된 원자가 방사선 소스 역할을 합니다. 분무기에서는 원자화와 원자 여기가 동시에 발생합니다. 분무기는 저온 또는 고온 플라즈마의 소스입니다.

이 방법은 하드 여기 소스에서 샘플을 여기하여 얻은 방출 스펙트럼 연구를 기반으로 합니다. 방출 스펙트럼을 얻으려면 분석물질의 입자에 추가 에너지를 부여해야 합니다. 이를 위해 스펙트럼 분석 중에 샘플을 광원에 도입하여 가열 및 증발시키고, 기체 상태에 갇힌 분자가 원자로 해리되어 전자와 충돌할 때 들뜬 상태로 변합니다. 원자는 매우 짧은 시간(10~7초) 동안 들뜬 상태를 유지할 수 있습니다. 자연적으로 정상 또는 중간 상태로 돌아가서 빛 양자의 형태로 과도한 에너지를 방출합니다.

한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 원자가 전이하는 동안 스펙트럼 선의 강도 또는 복사 전력은 방출 원자 수 Ni (여기 상태 i의 원자 수)와 원자 전이 확률 Aik에 의해 결정됩니다. 상태 i에서 상태 k로.

최대 선 강도가 달성되는 최적의 온도는 원자의 이온화 전위와 주어진 스펙트럼 선의 여기 에너지에 따라 달라집니다. 또한 원자의 이온화 정도, 즉 스펙트럼선의 강도도 다른 원소의 화학적 조성과 농도에 따라 달라집니다.

스펙트럼 선의 강도는 광원의 온도에 따라 달라집니다. 따라서 원자 방출 스펙트럼 분석에서는 특정 기준선의 강도를 기준으로 분석 선의 강도를 측정하는 것이 일반적입니다. 대부분 이것은 샘플의 주요 구성 요소에 속하는 라인입니다.

원자 방출 스펙트럼 분석에서는 직류 및 교류의 전기 아크, 불꽃, 저전압 및 고전압 응축 스파크, 저전압 펄스 방전, 마이크로파 방전 등이 스펙트럼 여기 소스로 사용됩니다.

스펙트럼을 기록하기 위해 시각, 사진 및 광전 장치가 사용됩니다. 가장 간단한 도구(스타일로미터 및 스타일러스코프)에서 스펙트럼 선의 강도는 접안렌즈를 통해 시각적으로 평가됩니다. 분광기에서는 사진판이 방사선 수신기로 사용됩니다. 양자 미터 및 광전 스타일로미터에서 광전지는 방사선 수신기 역할을 합니다.

정량 분석을 위해서는 매크로 요소에 속하는 스펙트럼 밴드의 강도를 측정하고 이전에 구성된 교정 그래프 또는 표준을 사용하여 농도를 계산하는 작업, 즉 샘플의 정량적 구성을 설정하는 작업을 한 번 더 수행해야 합니다. 원자 방출 분광법에 의한 정량 분석의 경우 아크 또는 스파크 방전에 대한 여기 소스로 플라즈마가 선호됩니다. 여기 조건의 변동으로 인해 원소의 농도를 결정할 때 내부 표준이라고 하는 다른 원소의 선을 비교용으로 사용해야 합니다.

원자 방출 분광법을 이용한 식품의 정성 분석에는 스펙트럼 획득, 스펙트럼 선의 파장 결정 등의 작업이 포함됩니다. 이러한 데이터를 기반으로 조회 테이블을 사용하여 스펙트럼 선이 특정 매크로 요소에 속하는지 확인합니다. 즉, 샘플의 질적 구성이 결정됩니다.

플라즈마 분무기를 사용하면 여기 에너지가 UV-가시광선 영역에 있는 금속 및 비금속에 대한 정성 분석도 가능합니다.

모든 원자 방출 분광법은 상대적이며 적절한 표준을 사용한 교정이 필요합니다.

방출 스펙트럼 분석에서 스펙트럼 선의 강도 측정은 시각, 사진 및 광전 방법으로 수행할 수 있습니다.

첫 번째 경우에는 결정되는 매크로 요소의 스펙트럼 선 강도와 샘플의 주성분 스펙트럼에서 가까운 선의 강도를 시각적으로 비교합니다.

스펙트럼을 기록하는 사진 방법은 원자 방출 스펙트럼 분석에 가장 널리 사용됩니다. 이들의 장점은 분석 문서화, 동시 등록, 많은 원소에 대한 낮은 검출 한계 및 스펙트럼의 반복적인 통계 처리 가능성입니다.

사진 등록의 경우, 한 판에서 다른 판으로 사진 유제의 특성이 변동하고 현상 조건을 충분히 정확하게 재현하지 못하여 보정 그래프가 이동됩니다.

빠른 속도와 정확성으로 데이터를 얻기 위해 광전 기록 방법과 스펙트럼 광도 측정이 널리 사용됩니다. 이러한 방법의 핵심은 원하는 분석 선의 광속이 단색기를 사용하여 샘플 스펙트럼의 나머지 부분에서 분리되어 전기 신호로 변환된다는 것입니다. 선의 강도는 이 신호(전류 또는 전압)의 값으로 측정됩니다.

최신 분광계에는 다양한 원소의 중요한 라인을 최대 50,000개까지 포함하는 데이터베이스가 장착되어 있습니다. 이러한 장치를 사용하여 전체 파장 범위를 순차적으로 스캔하면 45분이라는 상당히 짧은 시간에 완전한 정성 분석을 수행할 수 있습니다.

원자 방출 분광법은 다원소 분석이 필요한 모든 곳, 즉 의학에서 광석, 광물, 물의 구성을 연구할 때, 식품의 품질과 그 안에 들어 있는 거대 원소의 함량을 분석할 때 사용됩니다.

3.3 원자 흡수 스펙트럼 분석

AAA는 파장이 흡수선의 중심에 해당하는 단색광 요소의 매개 변수 층을 흡수하여 농도를 결정하는 방법입니다. 분석은 바닥 상태에서 더 높은 에너지 상태로의 전환에 해당하는 흡수에서 가장 민감한 스펙트럼 선을 사용하여 수행됩니다. 대부분의 경우 이 선은 배출 분석에서도 가장 민감합니다. 물질의 분자가 넓은 파장에 걸쳐 줄무늬로 빛을 흡수하는 경우, 원자 쌍에 의한 흡수는 1000분의 1나노미터 정도의 좁은 범위 내에서 발생합니다.

AAA에서는 분석물질이 열 에너지의 영향으로 원자로 분해됩니다. 이 과정을 원자화(atomization)라고 합니다. 즉, 물질이 증기 상태로 변환되는 과정을 말하며, 결정되는 원소는 빛을 흡수할 수 있는 자유 원자 형태입니다. 빛의 방출과 흡수는 원자가 한 정지 상태에서 다른 정지 상태로 전이하는 과정과 관련이 있습니다. 여기되면 원자는 에너지 Ek를 사용하여 정지 상태 k로 이동한 다음 에너지를 사용하여 초기 바닥 상태 i로 돌아가 특정 주파수의 빛을 방출합니다.

복사 전이는 외부 영향 없이 자발적으로 발생합니다.