 |
|
Теоретичні відомості
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА
ЗВІТ
Про виконання лабораторної роботи №8
“Якісний аналіз речовини”
Виконала:
Малюс Іванна
Перевірив:
Антонюк В.Г
Львів-2012
Мета: навчитись виявляти якісний склад речовини методом збудження атомів зразка в дузі постійного струму та навчитись аналізувати отриманий спектр.
Теоретичні відомості
Походження спектра випромінювання у видимій та ультрафіолетоій областях зумовлене переходом електронів у зовнішніх електронних оболонках атомів. Такі переходи ініціюються за наявності достатньої кількості енергії; довжини хвиль більшої частини випромінювання лежать у межах 1000-10000Ǻ. В емісійних спектрометрах необхідна енергія виникає внаслідок електричного збудження атомів за допомогою іскри чи дуги. У результаті таких розрядів аналізований матеріал випаровується, відбувається збудження атомів і здійснюється світлове випромінювання, що характеризує їх. Надалі випромінювання розкладається призмою чи дифракційними гратами на окремі спектральні лінії, які об’єднуються в спектральні серії. Реєстрація серій здійснюється фотометодом або за допомогою фотодатчиків. Співвідношення між інтенсивністю спектрів і відповідними концентраціями елементів знаходять порівнянням із калібрувальними кривими, отриманими від збудження стандартних зразків з відомим хімічним складом.
Для кожного елемента характерними є стільки різних спектрів, скільки електронів має атом. При цьому дуговим спектром називають спектр випромінювання нейтрального (неіонізованого) атома, першим іскровим – спектр один раз іонізованого атома, другим іскровим– спектр двічі іонізованого атома. Ці спектри позначають відповідно римськими цифрами І,ІІ, ІІІ, які ставлять після хімічного символу елемента. Наприклад, Fe I 2929,008Ǻ - дугова лінія заліза; Fe II 2926,587Ǻ - перша іскрова лінія заліза.
Важливими параметрами, які характеризують атомні спектри, є потенціал збудження та потенціал іонізації атомів.
Потенціал збудження атомів – це енергія (в електрон-вольтах), необхідна для переведення атома з основного стану на вищий енергетичний рівень (енергія необхідна для генерації спектральної лінії).
Потенціал іонізації – це енергія, необхідна для відриву електрона від нейтрального атома. Надавши атому енергію, що перевищує потенціал іонізації, отримаємо спектр іонізованого атома того чи іншого рівня.
Основні задачі емісійної спектроскопії
У всіх варіантах емісійного спектрального аналізу кінцевим результатом вимірювань є зафіксований на фотоносії спектр. Положення спектральної лінії на фотографії відповідає довжині хвилі й відповідному хімічному елементу. При цьому розв'язують три типи аналітичних задач:
1) Якісний аналіз;
2) Напівкількісний аналіз;
3) Кількісний аналіз.
Відповідно до аналітичної задачі можна здійснювати обробку отриманих спектрів як візуально, з ідентифікацією окремих спектральних ліній (у якісному та напівкількісному аналізі), так і за допомогою фотоелектричних вимірювань густин почорніння фотоматеріалу (мікрофотометрування) у процесі виконання кількісного аналізу.
Якісний аналіз
У якісному аналізі зазвичай цілком достатньо здійснювати збудження атомів зразка в дузі постійного струму з відповідною цьому тилу зразка електродною системою, а потім вивчити отриманий спектр.
Спектр елемента, що входить в аналізований матеріал, можна правильно ототожнити не менше ніж за трьома спектральними лініями. Кількість ліній одного елемента й густина їх почорніння дають надійну відповідь про те, чи є певний елемент у вигляді слідів, чи його концентрація в зразку велика.
Інтерпретуючи спектри, що містять малу кількість ліній, треба виявляти особливу обережність і пересвідчуватись у тому, шо спостережені лінії не є результатом накладання ліній інших елементів або домішок того самого елемента в матеріалі електродів.
У всіх варіантах якісного аналізу отримані спектри зіставляють зі стандартними.
Напівкількісний аналіз
У процесі напівкількісного аналізу методика дослідження значно ускладнюється, бо необхідна складніша апаратура, а умови знімання спектра (технологія приготування зразка, значення міжелектродного проміжку, густина струму, час його проходження) треба
контролювати з максимальною точністю. Спектри еталонних зразків, збудження яких здійснюється в ідентичних умовах, фотографують переважно на той самий фотоносій.
Якщо в досліджуванихзразках концентрація якогось елемента велика й достатньо постійна (наприклад, концентрація міді в лагуні, заліза у вуглецевій сталі), користуються методом внутрішнього порівняння (Г ерлаха - Швейцера): на одному й тому самому спекгрі візуально порівнюють густини почорніння ліній аналізованих елементів і елементів з великою концентрацією. Вибирають гомологічні пари ліній, виходячиз таких принципів:
1) Довжини хвиль ліній у парі не мають сильно різнитися, бо чутливість фотоемульсії до різних довжин хвиль може змінюватись, і тому не можна гарантувати однорідності проявлення;
2) Відносна інтенсивність цих двох ліній не має залежати від умов збудження;
3) Інтенсивності ліній мають бути приблизно однаковими для заданої концентрації елемента, який визначається.
Кількісний аналіз
У кількісному аналізі застосовують метод ннуїрішнього стандарту, який є логічним розвитком методу внутрішнього порівняння. У ньому візуальне порівняння пар ліній замінюється мікрофотометричним вимірюванням густини почорніння. Пари ліній вибирають згідно із зазначеними принципами Герлаха чи затаблицями потенціалів збудження (за принципоммаксимальної близькості потенціалів). Якщо гомологічні пари підібрано правильно, відношення інтенсивностей ліній елементів змалою та великою концентрацією (внутрішній стандарт) зростає пропорційно підвищенню концентрашї аналізованого елемента в досліджуваному зразку.
На практиці цей метод реалізують двома способами: без калібрування фотоемульсії та зпопереднім калібруванням. В обох випадках параметри аналітичної робочої кривої отримують фотографуванням серії спектрів стандартних зразків відомого хімічного складу, збудження яких здійснено за строго контрольованих умов у дузі чи іскрі. Подальшу обробку фотоносіїв також виконують застрого контрольованих ідентичних умов (хімічного складу проявника, температури обробки).Слід зазначити,що напрактиці спектри кожного еталонного зразка фотографують два-три рази.
Побудова робочого графіка за методом внутрішнього стандарту без калібрування фотоемульсії.Для цього за допомогою мікрофотометра вимірюють інтенсивності кожної пари ліній, вибраної для визначення концентрації певного елемента. Потім обчислюють десятковий логарифм відношення інтенсивностей або логарифм середнього значення відношення (відношення усереднюють за кількома знімками одного й того самого спектра). Робочий графік будують як залежність концентрації даного елемента від цього логарифма. Уведення логарифмічної шкали для концентрацій перетворює робочий графік у пряму.
Якщо густини почорнінь усіх спектральних ліній відповідають лінійній ділянці характеристичної кривої фотоемульсії, то вигляд робочого графіка не залежить від часу експозиції, проте існує залежність від контрасту.
Метод відношень. Зазначені два методи аналітичного калібрування доцільно застосовувати у випадку, коли аналізовані матеріали та калібрувальні стандартні зразки однорідні за складом, містять той самий елемент, концентрація якого не змінюється чи змінюється мало від зразка до зразка. Проте, досліджуючи об'єкти, у яких концентрація основного елемента може значно змінюватися (нержавіючі сталі, латуні, бронзи та ін.), бажано отримувати цілу групу калібрувальних кривих для кожного типу сплаву. Проте це досить трудомісткий метод, а програма досліджень лабораторії може бути широкою. У такому разі застосовують метод відношень, який і частковим шодо зазначених. Розглянемо його обгрунтуванкя.
У багатокомпонентному сплаві, наприклад на основі заліза, суму концентрацій усіх елементів можна виразити тотожністю
%A+%B+%C+%D+…+%X+%Fe=100%
Із неї випливає, що
%Fe=100/(%A/%Fe+%B/%Fe+%C/%Fe+…+%X/%Fe+…+1).
Відношення концентрацій в останньому виразі можна отримати, вимірявши відношення інтенсивностей кожної пари ліній за відповідними робочими графіками, і в результаті визначити концентрацію заліза Концентрації самих елементів А, В, С, D, X можна розрахувати з відповідних відношень концентрації елемента до концентрації заліза, визначеної раніше.