А́ТОМНО-АБСОРБЦИ́ОННАЯ СПЕКТРОМЕ́ТРИ́Я

А́ТОМНО-АБСОРБЦИ́ОННАЯ СПЕКТРО­МЕ́ТРИ́Я (ААС), раз­дел оп­тич. спек­тро­ско­пии, изу­чаю­щий за­ко­но­мер­но­сти по­гло­ще­ния (аб­сорб­ции) оп­тич. из­лу­че­ния сво­бод­ны­ми ато­ма­ми в га­зо­вой фа­зе. Воз­ник­но­ве­ние ААС мож­но от­не­сти к 1802, ко­гда У. Вол­ла­стон об­на­ру­жил тём­ные ли­нии в спек­тре из­лу­че­ния Солн­ца, поз­же (1814–15) объ­яс­нён­ные Й. Фра­ун­го­фе­ром по­гло­ще­ни­ем све­та в сол­неч­ной ат­мо­сфе­ре. Ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в фи­зи­ке и ас­т­ро­фи­зи­ке (оп­ре­де­ле­ние ко­эф. диф­фу­зии ато­мов, темп-ры га­за, хи­мич. со­ста­ва звёзд и др.), фи­зич. хи­мии (оп­ре­де­ле­ние дав­ле­ния на­сы­щен­ных па­ров, те­п­лот ис­па­ре­ния и др.). Наи­боль­шее при­ме­не­ние ААС на­шла в ана­ли­тич. хи­мии, со­став­ляя ос­но­ву атом­но-аб­сорб­ци­он­но­го ана­ли­за (ААА) – ме­то­да ко­ли­че­ст­вен­но­го оп­ре­де­ле­ния эле­мент­но­го со­ста­ва ве­ще­ст­ва по спек­трам по­гло­ще­ния ато­мов. В ос­но­ве ана­ли­тич. при­ло­же­ний ле­жит из­би­рат. по­гло­ще­ние ато­мом оп­тич. из­лу­че­ния стро­го оп­ре­де­лён­ных длин волн. Как спек­троа­на­ли­тич. ме­тод впер­вые реа­ли­зо­ван ав­ст­рал. фи­зи­ком А. Уол­шем в 1955.

Принципиальная схема установки для атомно-абсорбционного анализа: 1 – источник излучения; 2 – атомизатор; 3 – монохроматор; 4 – детектор оптического излучения (напр., фотодиод)...

Для из­ме­ре­ния атом­но­го по­гло­ще­ния ис­поль­зу­ют атом­но-аб­сорб­ци­он­ные спек­тро­фо­то­мет­ры. Ис­сле­дуе­мое ве­ще­ст­во, как пра­ви­ло пред­ва­ри­тель­но пе­ре­ве­дён­ное в рас­твор, вво­дит­ся в спец. уст­рой­ст­во – ато­ми­за­тор, где на­гре­ва­ет­ся до вы­со­ких темп-р и ис­па­ря­ет­ся, пре­вра­ща­ясь в ато­мар­ный пар. Че­рез об­ра­зо­вав­ший­ся слой ато­мов про­пус­ка­ют оп­тич. из­лу­че­ние ин­тен­сив­но­сти $I_0$ на дли­не вол­ны, ха­рак­те­ри­сти­че­ской для оп­ре­де­ляе­мо­го эле­мен­та (напр., для ато­мов свин­ца это из­лу­че­ние с дли­ной вол­ны 283,3 нм). Про­све­чи­ваю­щее из­лу­че­ние по­гло­ща­ет­ся ато­ма­ми тем силь­нее, чем вы­ше их кон­цен­тра­ция в ис­сле­дуе­мом ве­ще­ст­ве. Из­лу­че­ние ин­тен­сив­но­сти $I$, про­шед­шее че­рез по­гло­щаю­щий слой, на­прав­ля­ет­ся да­лее в мо­но­хро­ма­тор, в ко­то­ром вы­де­ля­ет­ся тре­буе­мый спек­траль­ный ин­тер­вал, де­тек­ти­ру­ет­ся при­ём­ни­ком оп­тич. из­лу­че­ния и об­ра­ба­ты­ва­ет­ся с по­мо­щью ком­пь­ю­те­ра (рис.). Из­ме­ряе­мой ве­ли­чи­ной яв­ля­ет­ся аб­сорб­ци­он­ность, или оп­тич. плот­ность, $A$, оп­ре­де­ляе­мая со­от­но­ше­ни­ем $A=\lg (I_0/I)$. Со­глас­но за­ко­ну Бу­ге­ра – Лам­бер­та – Бе­ра, аб­сорб­ци­он­ность пря­мо про­пор­цио­наль­на кон­цен­тра­ции ато­мов оп­ре­де­ляе­мо­го эле­мен­та в ана­ли­зи­руе­мой про­бе.

В ка­че­ст­ве ато­ми­за­то­ра наи­бо­лее час­то при­ме­ня­ют пла­мя сме­сей про­пан – бу­тан – воз­дух, аце­ти­лен – воз­дух, аце­ти­лен – ок­сид азо­та(I) с темп-ра­ми 1900 °С, 2000 °С и 2700 °С со­от­вет­ст­вен­но. В 1959 рос. хи­мик Б. В. Львов пред­ло­жил в ка­че­ст­ве ато­ми­за­то­ра ис­поль­зо­вать на­гре­вае­мые элек­три­че­ским то­ком до 3000 °С труб­ча­тые гра­фи­то­вые ми­ни-пе­чи. От­ли­чит. осо­бен­ность по­след­них – зна­чи­тель­но бо­лее вы­со­кая чув­ст­ви­тель­ность из­ме­ре­ний, обу­слов­лен­ная ло­ка­ли­за­ци­ей атом­но­го па­ра в ми­ни-пе­чи. В ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ка про­све­чи­ваю­ще­го из­лу­че­ния в ААС ис­поль­зу­ют­ся лам­пы с по­лым ка­то­дом или без­элек­трод­ные спек­траль­ные лам­пы, в ко­то­рых воз­бу­ж­да­ет­ся ли­ней­ча­тое из­лу­че­ние, ха­рак­тер­ное для оп­ре­де­ляе­мо­го эле­мен­та. При­ме­ня­ют­ся так­же ис­точ­ни­ки сплош­но­го спек­тра, гл. обр. ксе­но­но­вые лам­пы, в спек­тре из­лу­че­ния ко­то­рых при­сут­ст­ву­ют все дли­ны волн.

ААА ис­поль­зу­ют для оп­ре­де­ле­ния бо­лее 50 эле­мен­тов пе­рио­дич. сис­те­мы. Наи­бо­лее ши­ро­ко ме­тод при­ме­ня­ют для оп­ре­де­ле­ния ме­тал­лов; не оп­ре­де­ля­ют га­зы и не­ко­то­рые не­ме­тал­лы, ана­ли­тич. ли­нии ко­то­рых рас­по­ла­га­ют­ся в об­лас­ти ва­ку­ум­но­го УФ-из­лу­че­ния с дли­ной вол­ны ме­нее 190 нм. При ис­поль­зо­ва­нии пла­мен­но­го ато­ми­за­то­ра пре­де­лы об­на­ру­же­ния для боль­шин­ст­ва эле­мен­тов в рас­тво­рах со­став­ля­ют 10^–6–10^–4%, в элек­тро­тер­мич. ва­ри­ан­те – 10^–9–10^–7%. Дос­то­ин­ст­ва ме­то­да: вы­со­кая точ­ность оп­ре­де­ле­ния как сле­до­вых ко­ли­честв, так и мак­ро­кон­цен­тра­ций эле­мен­тов в про­бе, хо­ро­шая вос­про­из­во­ди­мость ре­зуль­та­тов, низ­кие пре­де­лы об­на­ру­же­ния, про­сто­та ана­ли­за.