ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА физико-химические методы исследования технологических проб
Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Свердловской области «Уральский государственный колледж им. И.И.Ползунова»
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
ПМ.03 контроль промежуточных и конечн6ой продуктов в производстве цветных металлов и сплавов
МДК 03.02 Химические и физико- химические методы анализа
Цель: Изучить физико-химические методы исследования технологических проб
План работы:
I. Теоретическая информация
II. Принцип работы
III. Порядок выполнения
Состав рабочего места:1. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы, растворы
1.1 Средства измерений, вспомогательные устройства:
- атомно-абсорбционный спектрофотометр “ShimadzuAA-7000” с комплектом принадлежностей или другие аналогичные приборы;
- газоразрядные лампы с полым катодом для определения меди;
- ацетилен растворенный и газообразный технический по ГОСТ 5457;
- воздух сжатый для работы на контрольно-измерительных приборах, давлением (0,2-0,6) мПа;
- весы лабораторные с наибольшим пределом взвешивания 200 г специального класса точности по ГОСТ 24104 с дискретностью 0,0001 г;
- манометры с диапазоном измерения от 0 до 6 кгс/см2, от 0 до 4 кгс/см2 от 0 до 40 кгс/см2;
- колбы мерные по ГОСТ 1770, вместимостью (25, 100) см3;
- мензурки по ГОСТ 1770, вместимостью (20, 50) см3;
- колбы конические по ГОСТ 25336, вместимостью 250 см3;
- воронки по ГОСТ 25336;
- пипетки с одной меткой по ГОСТ 29169, вместимостью 5 см3;
- пипетки градуированные по ГОСТ 29227, от 1 до 10 см3 , второго класса точности.
1.2 Реактивы, растворы, материалы:
- кислота соляная по ГОСТ 3118, разбавленная водой в соотношении 1:1;
- кислота серная по ГОСТ 4204, разбавленная водой в соотношении 1:1;
- кислота азотная по ГОСТ 4461, разбавленная водой в соотношении 1:1 и 1 М водный раствор;
- ГСО раствора ионов меди концентрации 1 г/дм3;
- вода дистиллированная по ГОСТ 6709.
2 П р и м е ч а н и я
1 Растворы химических реактивов готовят в соответствии с МУ 9107-04-2012.
2 Допускается применение других средств измерений, вспомогательных устройств, материалов, реактивов, при условии достижения метрологических характеристик, не уступающих установленным настоящим МИ.
Метод анализа
Атомно-абсорбционный метод основан на определении меди из азотнокислого раствора с атомизацией пробы, растворов сравнения в пламени воздух - ацетилен и измерении селективного поглощения света аналитической линии меди при длине волны 324,8 нм.
Помехи со стороны сопутствующих элементов отсутствуют.
АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ СПЕКТРОФОТОМЕТР АА-7000
Атомно-абсорбционный спектрометр высокого класса для пламенного и электротермического атомно-абсорбционного анализа.
- Спектральный диапазон 185-900 нм.
- Трехмерная, двух-лучевая оптическая схема с использованием цифрового оптического фильтра и элементов, сокращающих потери излучения.
- Автоматическая смена и юстировка атомизаторов
- Двойная система коррекции фона
- Турель на 6 ламп с полым катодом
- Функция микродозирования, в т.ч. и в пламя
- Функция автоматического разбавления пробы, выходящей за пределы калибровки
- Русифицированное программное обеспечение
- Возможность комплектации без электротермического атомизатора
Уникальный автодозатор Шимадзу обеспечивает возможность работы, как с пламенным, так и с электротермическим атомизаторами, а также возможность дозирования пробы при работе с гидридной приставкой. Он позволяет выполнять последовательность самостоятельных циклов измерений без участия оператора, включая автоматическое построение градуировочного графика (в т.ч. и по методу добавок), проведение рекалибровки при выполнении измерений в пламени, в графитовой печи и при использовании генератора гидридов. Дополнительная функция автоматического микродозирования в пламя позволяет анализировать образцы малого объема (от 50 мкл) и разбавлять пробы для пламенного анализа в автоматическом режиме. При измерениях в графитовой печи или при микродозировании в пламя автодозатор готовит набор градуировочных растворов из исходного, проводит автоматическое разбавление проб при выходе сигналов.
Простота и легкость управления и обработки данных в системе WindowsVista/XP.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
Монохроматор Черни-Тернера с коррекцией аберраций
Спектральный диапазон 185 - 900 нм
Спектральная щель 0,2; 0,7; 1,3; 2,0 нм( 4 ступени, автоматическое переключение)
Корректор фона Два: дейтериевый (185-430 нм) и по самообращенной спектральной линии (185-900 нм)
Ламповая турель 6 ламп, возможно одновременное включение 2 ламп (одна работает, другая - прогреваетя)
Атомизаторы: Пламя. Графитовая печь. Автоматическая смена атомизаторов. Гидридная или ртутная приставки.
Программное обеспечение WizAArd в MS Windows XP/Vista
Обработка данных Гибкая автоматизированная обработка результатов
Требования к электропитанию 100, 120, 230 В переменного тока на выбор, 230 ВА, 50/60 Гц
Размеры, вес 700 * 588 * 714 мм, 72кг.
Пламенный атомизатор Титановая горелка, Pt/Ir капилляр, керамический импактор, коррозионностойкая распdылительная камера, высокотемпературная горелка для пламени С2H2 – N2O.
Юстировка положения горелки Ручная настройка вертикального и горизонтального положения, автоматическая установка оптимальной высоты горелки.
Контроль газов Автоматическая регулировка расхода горючего газа, автоматический поиск оптимального расхода горючего газа; автоматическая коррекция потока горючего газа при использовании органического растворителя или при изменении высоты горелки.
Система безопасности при работе c пламенем Автоматический поджиг, автоматический контроль пламени, автоматическое гашение пламени при отключении электричества, предотвращение обратного проскока пламени, контроль герметичности газовых линий, автоматическое переключение с пламени С2H2 – воздух на пламя С2H2 – N2O. Наличие сенсора вибрации пламени.
Электротермический атомизатор Высокочувствительная графитовая печь GFA - 7000 с цифровым контролем температуры и газовых потоков. Кюветы из высокоплотного графита, с пиропокрытием и с платформой.
Контроль нагрева графитовой кюветы Автоматическая калибровка температуры при каждом включении печи, оптический контроль температуры на стадии атомизацииТемпературная программа Максимум 20 стадий; набор температуры с заданной скоростью; стабилизация температуры на заданном уровне; выбор газа для внутреннего продува- переключение на одну из двух линий; режим высокой чувствительности; функция поиска оптимальной температурной программы;
Расход газа для внутреннего продува- от 0 до 1,5 л/мин
Меры безопасности Контроль водяного охлаждения, контроль давления газа, защита от перегрузки по току
Требования к электропитанию 220 ± 5%, мах 6000 ВА, 50/60 Гц
Размеры, вес блока питания 255 * 428 * 460 мм, 41кг
Автодозатор ASC – 6100, работает с пламенем, графитовой печью и гидридной приставкой, автоматическая промывка, произвольный порядок дозирования, количество образцов – 60. Для графитовой печи: дозируемый объем – 2 – 200 мкл ,воспроизводимость дозирования – 1 % СКО, одновременное дозирование до 4-х различных реагентов, автоматическое разбавление пробы (до 10 раз)
Требования к электропитанию 100 – 240 В (автоматический выбор), 100 ВА, 50/60 Гц
Размеры, вес 430 * 320 * 360 мм, 15 кг
Атомно-абсорбционный спектрометр AA-7000 АА-7000 – двухлучевой атомно-абсорбционный спектрофотометр нового поколения для пламенного и электротермического атомноабсорбционного анализа (ААС), позволяющий проводить высокочувствительные анализы и отличающийся компактностью, гибкой конфигурацией, полной безопасностью в работе и удобным управлением.
Система безопасности при работе c пламенем
Автоматический поджиг, автоматический контроль пламени, автоматическое гашение пламени при отключении электричества, предотвращение обратного проскока пламени, контроль герметичности газовых линий, автоматическое переключение с пламени С2H2 – воздух на пламя С2H2 – N2O. Наличие сенсора вибрации пламени.
Максимальная эффективность
Новая трехмерная, двухлучевая оптическая схема АА-спектрометра с использованием цифровых оптических элементов, сокращающих потери излучения, позволяет достичь максимальной эффективности определения элементов, как в пламени, так и в печи. Прибор имеет автоматическую турель на 6 ламп с полым катодом, юстировка ламп не требуется. Функция автоматической оптимизации условий определения любого элемента в специфичных матрицах для пламени и печи обеспечивает превосходную чувствительность и надежность результатов в области сверхнизких концентраций. АтомизаторыЭлектротермический атомизатор GFA-7000 является одним из наиболее чувствительных в мире. Конструкция печи, а также цифровой контроль температуры и газовой среды гарантируют долговременную стабильность графитовых кювет. Графитовые кюветы Шимадзу изготавливаются из специального сорта графита и отличаются рекордным временем жизни: выдерживают более 2000 циклов атомизации при определении такого высоко-температурного элемента, как хром, т.е. при 2700°С. Пределы обнаружения при определениях Pb и Mn составляют величины менее 0,05 мкг/л и 0,01 мкг/л, соответственно.Пламенный атомизатор Шимадзу состоит из титановой горелки, распылительной камеры из термоустойчивого и ударопрочного пластика, платино-иридиевого распылителя и керамического импактора. Благодаря уникальной конструкции и материалам он практически не подвержен коррозии. Оптимальная высота горелки может автоматически устанавливаться с шагом 0,5 мм. Возможности автодозатораАвтодозатор ASC-7000 обеспечивает возможность работы как с пламенным, так и с электротермическим атомизаторами, а также возможность автоматического дозирования пробы при работе с ртутно-гидридной приставкой. Он позволяет выполнять всю после-довательность измерений без участия оператора, включая автоматическое построение градуировочного графика и его рекалибровку при выполнении измерений в пламени, в графитовой печи и при использовании генератора гидридов. Дополнительная функция автоматического микродозирования в пламя позволяет анализировать образцы малого объема (от 50 мкл) и разбавлять пробы для пламенного анализа в автоматическом режиме. При измерениях в графитовой печи или при микродозировании в пламя автодозатор приготавливает набор градуировочных растворов из исходного и проводит автоматическое разбавление проб при выходе сигналов за пределы линейности калибровочных графиков. Автодозатор обеспечивает возможность полностью автоматизированного анализа до 60 проб. Двойная коррекция фонаМодель имеет мощную двойную систему коррекции фона: дейтериевый корректор и корректор по самообращенной спектральной линии, что позволяет с легкостью компенсировать любые помехи и спектральные влияния.
Теоретическая информация
Абсо́рбция (лат. absorptio от absorbere — поглощать) — поглощение сорбата всем объёмом сорбента. Является частным случаем сорбции.
В технике и химической технологии чаще всего встречается абсорбция (поглощение, растворение) газов жидкостями. Но известны и процессы абсорбции газов и жидкостей кристаллическими и аморфными телами (например, абсорбция водорода металлами, абсорбция низкомолекулярных жидкостей и газов цеолитами, абсорбция нефтепродуктов резинотехническими изделиями и т.п.).
Часто в процессе абсорбции происходит не только увеличение массы абсорбирующего материала, но и существенное увеличение его объема (набухание), а также изменение его физических характеристик – вплоть до агрегатного состояния.
На практике абсорбция чаще всего применяется для разделения смесей, состоящих из веществ, имеющих различную способность к поглощению подходящими абсорбентами. При этом целевыми продуктами могут быть как абсорбировавшиеся, так и не абсорбировавшиеся компоненты смесей.
Обычно в случае физической абсорбции абсорбировавшиеся вещества могут быть вновь извлечены из абсорбента посредством его нагревания, разбавления неабсорбирущей жидкостью или иными подходящими способами. Регенерация химически абсорбированных веществ также иногда возможна. Она может быть основана на химическом или термическом разложении продуктов химической абсорбции с высвобождением всех или некоторых из абсорбированных веществ. Но во многих случаях регенерация химически абсорбированных веществ и химических абсорбентов бывает невозможной или технологически/экономически нецелесообразной.
Явления абсорбции широко распространены не только в промышленности, но и в природе (пример - набухание семян), а также в быту. При этом они могут приносить как пользу, так и вред (например, физическая абсорбция атмосферной влаги приводит к набуханию и последующему расслоению деревянных изделий, химическая абсорбция кислорода резиной - к потере ею эластичности и растрескиванию).
Следует отличать абсорбцию (поглощение в объёме) от адсорбции (поглощения в поверхностном слое). Из-за схожести написания и произношения, а также близости обозначаемых понятий эти термины часто путают.
Виды абсорбции
Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию.
При физической абсорбции процесс поглощения не сопровождается химической реакцией.
При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с веществом абсорбента.
II. Принцип работы
Принцип действия атомно-абсорбционного спектрометра основан на измерении величины поглощения луча света определенной (резонансной) длины волны от источника, проходящего через атомный пар исследуемой пробы.
Для превращения исследуемого вещества в атомный пар используется атомизатор.
В качестве источника света используется различные узкополосные источники света. Для достижения наилучшего результата необходимо соблюдать правила, сформулированные Уолшем:
длина волны, соответствующая максимальному поглощению атомных паров, должна быть равна длине волны максимальной интенсивности излучения источника
полуширина линии поглощения атомных паров должна быть по крайне мере в два раза больше полуширины линии испускания источника
После прохождения через атомные пары исследуемой пробы луч света поступает на монохроматор, а затем на приёмник, который и регистрирует интенсивность излучения.
Монохроматор — спектральный оптико-механический прибор, предназначенный для выделения монохроматического излучения. Принцип работы основан на дисперсии света.
Устройство
Схема монохроматора Черни-Тернера (Čzerny-Turner).
Монохроматор схемы Фасти enru-Эберта enru (Fastie–Ebert). Тоже самое, что и Черни-Тернера, но одно зеркало используется как коллиматорное и фокусирующее.
В атомно-абсорбционных приборах высокого разрешения с непрерывным источником спектра в качестве источника излучения используется ксеноновая лампа сверхвысокого давления, обеспечивающая интенсивное излучение в диапазоне 190—900 нм. Дуговые ксеноновые лампы высокого и сверхвысокого давления являются источниками стабильного и интенсивного спектра с непрерывным распределением излучения в широком спектральном диапазоне: 190—900 нм с максимумом около 500 нм. В холодном режиме давление ксенона в лампе составляет ~16 — 17 атм, а во время горения давление внутри нее увеличивается в 3 — 4 раза (около 50 атм). Лампа работает при номинальной мощности 300 Вт (типично 20В и 15А) с использованием постоянного тока. Поджиг лампы осуществляется дополнительным электрическим импульсом в 30 кВ. Для получения приемлемой рабочей температуры лампа монтируется в водоохлаждаемом корпусе, который интегрирован с замкнутой автономной системой охлаждения атомно-абсорбционного спектрометра.
Излучение от ксеноновой лампы проходит через атомизатор и раскладывается в спектр высокого разрешения с помощью двойного Эшелле-монохроматора (DoubleEchelleMonochromator — DEMON). Данный вид монохроматоров кардинально отличается от тех, которые применяются в классических атомно-абсорбционных спектрометрах. Свет поступает через входную щель, проходит через поворотную призму, отражается от зеркальной поверхности и выходит обратно, уже будучи разложенным в спектр. Небольшая часть этого спектра направляется через систему зеркал и объективов на дифракционную решётку, в результате чего свет узкого участка спектра дополнительно раскладывается на спектральные составляющие. Затем полученная область спектра шириной чуть более одного нанометра поступает на диодно-матричный детектор. Таким образом, достигается разрешение в 2 пм. Оба поворотных элемента двигаются синхронно. Это позволяет за считанные секунды перейти от анализа одного элемента к другому.
Система детектирования
Для регистрации светового излучения в спектральных приборах, в том числе и приборах атомно-абсорбционного анализа, начали широко применять новый класс фотоэлектрических приемников — светочувствительные твердотельные полупроводниковые (кремниевые) детекторы, работающие по принципу накопления и переноса заряда (CCD), имеющие высокую чувствительность и пространственное разрешение.
Чувствительный элемент (ячейка, пиксель) данного детектора представляет собой МОП (металл — оксид — полупроводник) конденсатор. Скопившийся на конденсаторе заряд, генерированный фотонами, пропорционален интенсивности падающего света и времени экспонирования.
Каждый из миниатюрных чувствительных элементов полупроводникового детектора способен индивидуально сохранять заряд, генерированный в нём фотоном, и может быть отдельно опрошен для получения результатов измерений.
Минимальные чувствительные полупроводниковые элементы детектора (пиксели) имеют ширину микронных размеров и высоту от 12 мкм до 1 мм. Таким образом, линейные размеры ширины пикселя меньше реальной ширины контура спектральной линии, разрешаемой спектральным прибором, что позволяет регистрировать интенсивность или абсорбцию спектральной линии по ее контуру одновременно несколькими пикселями.
Чувствительные элементы могут быть собраны в линейные или двумерные структуры, имеющие от сотен до сотен тысяч пикселей микронных размеров, что позволяет одновременно перекрывать большие спектральные диапазоны и регистрировать попадающие на них оптические сигналы с высоким разрешением.
Виды аналитических сигналов
В атомно-абсорбционной спектроскопии высокого разрешения с источником непрерывного спектра возможно проведение одно- (1D), двух- (2D) и трёхмерных (3D-абсорбция) измерений.
Одномерные измерения: спустя заданное время интегрирования получаем средние значения полного (селективное и фоновое поглощение) и фонового сигналов за этот промежуток времени (обрабатывается серия автоматических дискретных измерений за время интегрирования).
Двухмерные измерения: регистрируется изменение сигналов поглощения (полного и фонового) во времени.
Трёхмерные измерения: регистрация изменения сигнала поглощения во времени и по длинам волн, поскольку линейный CCD детектор регистрирует с высоким разрешением некоторый спектральный интервал. Это позволяет выяснять причину спектральной фоновой помехи, что особенно важно для электротермической атомизации элементов, когда фоновый сигнал сильный, быстро развивается во времени и часто имеет сложную спектральную структуру вблизи аналитической линии. Коррекция фонового сигнала проводится одновременно с измерением селективного сигнала поглощения.
Учёт фона в ААС высокого разрешения с непрерывным источником сплошного спектра
В приборах ААС высокого разрешения не используются традиционные способы коррекции фона (дейтериевая, Зеемановская, Смита-Хифти). Линейная сборка пикселей CCD в приборах contrAA позволяет с высоким разрешением детектировать одновременно аналитическую линию и спектральный диапазон в ~1 нм вокруг нее. Обычно только около трех-семи пикселей сборки CCD используются для изучения сигнала аналитической линии, в то время как все другие из 200 пикселей доступны для проведения процедуры коррекции фона. Фактически система состоит из почти 200 независимых детекторов, которые могут быть использованы для регистрации большого спектрального интервала. Поскольку все пиксели освещаются и читаются одновременно, то данный вид коррекции можно осуществлять мгновенно и синхронно с измерением аналитического сигнала. Поэтому колебания в интенсивности эмиссии ксеноновой лампы с непрерывным спектром и учет фона могут корректироваться автоматически. Значимым также является то, что устройство оптической схемы и системы регистрации позволяет обеспечить разрешение в 100 раз более сильное, чем в традиционных атомно-абсорбционных спектрометрах, что дополнительно позволяет снизить спектральные помехи.
Алгоритм измерений с использованием приборов высокого разрешения выглядит следующим образом:
1. Первоначально, при блокировании света от ксеноновой лампы, записывается темновой спектр.
2. Несколько раз записывается, усредняется и нормализуется распределение интенсивности спектра ксеноновой лампы в выбранного узком спектральном диапазоне в окрестности аналитической линии.3. Несколько раз регистрируется сканы поглощения аналита в реальной пробе, позволяя получить трехмерный график зависимости абсорбции от длины волны и времени.
Это даёт возможность наблюдать и выделять три типа сигналов: селективную абсорбцию аналита, непрерывную фоновую абсорбцию, тонкую структуру атомной и молекулярной абсорбции.
Выбором соответствующих пикселей для коррекции фонового поглощения, то есть участка регистрируемого спектрального диапазона, и времени регистрации во время развития пикового сигнала поглощения можно учесть или устранить фоновое поглощение, найти лучший путь для коррекции спектральной помехи.
Когда нет прямого наложения спектральной помехи на аналитическую линию (непрерывный широкополосный фон — неселективное поглощение), то коррекцию фона производят путём полиномиального преобразования спектрального диапазона по выбранной точке сравнения. Точка сравнения является динамически определяемой для каждого регистрируемого спектра с использованием специального алгоритма. Он основывается на критерии аппроксимации с максимальной точностью для базовой линии на измеряемом пикселе.
Если атомная линия мешающего элемента прямо перекрывается с аналитической длиной волны, то проводят межэлементную коррекцию (IEC). Для такой коррекции применяют другую спектральную линию, которая принадлежит мешающему элементу, свободна от спектральных помех и находится в той же узкой спектральной области наблюдения, что и аналитическая. При разработке методики анализа предварительно определяют относительное поглощение этих двух линий мешающего элемента и вычисляют коэффициент межэлементной коррекции. По этому коэффициенту и находимому сигналу поглощения свободной линии мешающего элемента определяется вклад спектральной помехи в аналитическую линию.
Если тонкая структура фона перекрывает аналитическую длину волны, и она не может быть устранена по координате времени, может быть применён мультивариантный способ коррекции фона. При его исполнении структурный фон может быть устранён предварительным измерением и последующим вычитанием спектра сравнения матричного состава из спектра реального образца с использованием полиномиального преобразования спектров методом наименьших квадратов.
Заключение: спектрометр высокого разрешения и многопиксельный приёмник CCD обеспечивают идентификацию спектральных помех на линии определяемого элемента, идентификацию и компенсацию структурных помех пламени, эффективную идентификацию и коррекцию спектральных молекулярных помех от компонентов пробы. Это приводит к повышению точности и информативности анализа.
«Многоэлементный» анализ с помощью атомно-абсорбционных спектрометров с источником непрерывного спектра
АА спектрометры данного типа позволяют проводить более быстрый, чем на традиционных приборах, последовательный многоэлементный абсорбционный и эмиссионный анализ с применением пламени. В этом случае с использованием образцов сравнения предварительно обычным путем получают градуировочные функции для нескольких определяемых элементов. Затем выполняется анализ проб. При вводе раствора пробы в атомизатор после обычного измерения аналитического сигнала одного элемента спектрометр программно быстро перестраивается на длину волны другого элемента, изменяет условия атомизации для этого элемента, проводит измерение его аналитического сигнала из продолжающего распыляться раствора пробы и т. д.
При использовании электротермической атомизации проведение многоэлементного анализа возможно, но имеет ряд ограничений, а именно: определяемые элементы должны быть близки по термохимическим свойствам атомизации, либо необходимо подбирать специальные модификаторы для унифицирования поведения элементов на стадии предварительной термической обработки. Если концентрации элементов в пробе отличаются на несколько порядков и выходят за пределы градуировочной кривой (в приборах ААС с источником непрерывного спектра используется нелинейная калибровка), возможно использовать дополнительные нерезонансные спектральные линии элементов за счёт того, что ксеноновая лампа имеет гораздо более высокую яркость свечения в отличие от селективных источников света.
Источник света
В соответствии с правилами Уолша, источник света должен быть достаточно узкополосным. Поэтому возникает необходимость иметь отдельный источник света на каждый анализируемый элемент. Обычно атомно-абсорбционный спектрометр содержит несколько источников света, переключаемых с помощью шагового двигателя. Отсюда возникает дополнительная погрешность при смене источника. Для точных измерений необходимо заново производить калибровку прибора после каждой смены источника.
Однако, есть и преимущества в наличии отдельного источника света для каждого анализируемого элемента. Благодаря этому обеспечивается высокая избирательность данного метода.
В качестве узкополосных источников света применяют:
Лампа с полым катодомЛампа с полым катодом — специальный вид ламп, используемый в атомно-абсорбционной спектроскопии как источник излучения с линейчатым спектром и для настройки частоты у лазерных источников.
Лампы с полым катодом обычно представляют собой стеклянный или кварцевый баллон, заполненный инертным газом под низким давлением, внутри которого находятся два электрода — катод и анод. Катод имеет вогнутую форму и изготавливается из чистого металла. При подаче напряжения на электроды возникает тлеющий разряд с формированием положительно заряженных ионов газа-буфера. Эти ионы бомбардируют поверхность катода, выбивая из него атомы металла в газовую фазу. За счет столкновений с другими атомами они переходят в возбужденное состояние. При релаксации происходит процесс излучения света с длиной волны, характерной для соответствующего перехода электронов атома металла.
Таким образом, спектр излучения лампы с полым катодом — это атомный спектр материала катода, включающий также линии, испускаемые возбужденными атомами газа-наполнителя. Из такого спектра с помощью обычного дифракционного монохроматора выделяется одна наиболее интенсивная линия, которая и используется для атомно-абсорбционного определения элемента.
Недостаток ламп с полым катодом — возможность определения только одного элемента. Существуют многоэлементные лампы, где катод выполнен из сплава нескольких элементов, однако они обладают более плохими эксплуатационными характеристиками, по сравнению с обычными одноэлементными лампами.
Безэлектродная лампаБезэлектродная лампа — осветительный прибор, принцип
действия которого основан на газовом разряде в высокочастотном электромагнитном поле. Отсутствие нитей накаливания или электродов позволяет повысить долговечность лампы и её мощность.
Безэлектродныебезлюминофорные лампы имеют высокую стабильность параметров (яркость, спектральный состав) благодаря отсутствию деградирующих элементов конструкции.
Устройство
На стеклянной или кварцевой колбе располагаются один или больше магнитопроводов с первичной обмоткой, на которые подается переменное напряжение высокой частоты. Система аналогична трансформатору, где газовый разряд является вторичной обмоткой. Электронный блок, вырабатывающий высокочастотный ток может быть выполнен как отдельное устройство или находиться в одном корпусе с колбой. Состав газа и люминофора аналогичен обычным газоразрядным лампам.
Области применения
Ртутные лампы могут применяться для обеззараживания вод и помещений.
Наружное и внутреннее освещение.
Лабораторные высокостабильные источники ультрафиолета.
Разновидность безэлектродной лампы –
Серная лампа - получение квазисолнечного света.
Достоинства
Большой срок службы — более 100 тыс. часов[источник не указан 710 дней]
Серная лампа - тоже безэлектродная. Видна сетка подавления СВЧ накачки.
Высокая мощность — до 300 Вт
Более высокая светоотдача — до 120 Лм/Вт
Возможность регулирования мощности лампы
Высокая стабильность параметров
Недостатки
Необходимость борьбы с высокочастотным излучением.
Сложная электроника генераторов накачки.
Атомизатор
Атомизатор — устройство, которое превращает вещество пробы в атомный пар.
Существуют различные методы атомизации:
Нагрев
Воздействие электромагнитным излучением (а именно светом)
Бомбардирование ускоренными частицами
Для атомно-абсорбционного анализа температура пробы должна достигать 2000-3000 °C. Скорость набора температуры 4000-8000 °C/сек (чем больше, тем лучше, хотя некоторые аналитики могут с этим поспорить). Сразу возникает проблема: полученные атомы могут почти сразу вступать в реакцию с окружающими веществами (продукты горения в пламени или материал печки).
На практике применяют такие методы атомизации:
Пламя — обычно используется пламя от горючих газов в смеси с окислителями. Наиболее распространенные пламёнаПропан/воздух — низкотемпературное пламя, более всего пригодно для анализа элементов, которые легко атомизируются, например щелочных металлов. В настоящее время используется достаточно редко. Используется там, где доставка ацетилена либо слишком дорога, либо вообще не доступна.
Ацетилен/воздух — пламя с температурой до 2300-2600С (температура зависит от соотношения потоков ацетилен/воздух), наиболее распространенное в использовании.
Ацетилен/закись азота — высокотемпературное пламя (до 3200С), применяется при анализе трудноатомизируемых элементов и для устранения различных мешающих влияний.
Электротермическая атомизация — проба помещается в кювету, выполненную из электропроводящего материала. Через кювету пропускают ток, который разогревает кювету и находящуюся внутри пробу. Преимущества данного метода в том, что вещество остаётся в замкнутом объёме, и в отличие от приборов с пламенной атомизацией, не уносится газовым потоком. Материал кюветы должен быть электропроводным, выдерживать высокие температуры, не реагировать с атомными парами и обладать высокой корозионной устойчивостью. Единственным подходящим материалом является графит, с допустимой примесью 0,0000007 %.
Генерация гидридов — метод определения элементов, способных образовывать летучие газообразные гидриды — мышьяка, фосфора, сурьмы, селена, теллура, германия, олова. Гидриды образуются при восстановлении пробы боргидридом натрия (NaBH4) в кислой среде, после чего током инертного газа они отгоняются в кварцевую ячейку, установленную в оптическом пути спектрометра. Далее гидриды разлагаются при нагревании (либо с помощью пламени, либо с использованием электрического трубчатого нагревателя), образуют атомный пар, который и вызывает поглощение света.Разновидностью данного метода является т. н. метод холодного пара, который применяется для определения ртути. В данном методе восстановление обычно проводят при помощи другого сильного восстановителя — хлорида олова (SnCl2) в хлористоводородной кислоте. Ртутный атомный пар образуется непосредственно при восстановлении и отгоняется в кварцевую кювету, которая не требует нагревания, за что метод и получил свое название.Преимуществом данного метода является низкий уровень мешающих влияний матрицы (поскольку мешающие компоненты остаются в жидкой фазе), а также высокая чувствительность. Аппаратно данный метод реализуется в виде приставок к атомно-абсорбционному спектрометру.
III. Порядок выполнения
3. Подготовка к выполнению анализа
3.1 Подготовка атомно-абсорбционного спектрофотометра к работе
Подготовку атомно-абсорбционного анализатора «ShimadzuAA - 7000» к работе и оптимизацию условий измерения производят в соответствии с инструкцией по эксплуатации или ИЭ 9107-06-2007.
3.2 Приготовление раствора 1 моль/дм3 (1 М) азотной кислоты
Готовят согласно МУ 9107-04-2010.
3.3 Приготовление стандартного раствора меди
Раствор АГотовят согласно приложению к паспорту ГСО «Инструкция по применению Межгосударственного стандартного образца состава раствора ионов меди».
5 см3 раствора ГСО с аттестованным значением 1,00 мг/ см3 помещают в мерную колбу вместимостью 50 см3, доводят до метки 1 М раствором азотной кислоты и перемешивают.
1 см3 раствора содержит 0,1 мг меди.
Раствор Б10 см3 раствора А помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, доводят до метки 1 М раствором азотной кислоты и перемешивают.
1 см3 раствора Б содержит 0,01 мг меди.
3.4 Приготовление растворов сравнения для определения меди
Для приготовления растворов сравнения используют стандартный раствор Б и В. В мерные колбы вместимостью 100 см3 помещают стандартный раствор в соответствии с таблицей 1, доводят до метки 1 М раствором азотной кислоты и перемешивают.
Т а б л и ц а 1 – Растворы сравнения меди
Объем стандартного раствора Б, см3 Содержание меди в. растворе сравнения, мг/дм3 Объем стандартного раствора А, см3 Содержание меди в. растворе сравнения, мг/дм3
0.5 0.05 1.0 1.0
1.0 0.1 2.5 2.5
2.0 0.2 5.0 5.0
5.0 0.5 7.5 7.5
10.0 1.0 10.0 10.0
3.5 Подготовка пробы к измерению
Навеску пробы массой от 0,2000 г до 0,5000 г (в зависимости от ожидаемого содержания меди) помещают в коническую колбу вместимостью 250 см3, приливают 25 см3 азотной кислоты (1:1), нагревают 5 минут, охлаждают. Затем к пробе приливают 10 см3 соляной кислоты (1:1) и 10 см3серной кислоты (1:1). Раствор выпаривают до густых паров SO3 и охлаждают. Соли растворяют при нагревании в 10 см3 азотной кислоты (1:1). Пробу после охлаждения переводят в мерную колбу вместимостью 100см3, доводят до метки дистиллированной водой.
Аликвотную часть полученного раствора от 0,5 см3 до 10 см3 (в зависимости от ожидаемого содержания меди) отбирают в мерную колбу вместимостью 25 см3, доводят 1 М раствором азотной кислоты до метки, перемешивают.
Одновременно проводят контрольный опыт со всеми применяемыми реактивами.
П р и м е ч а н и е – Растворы подготовленной пробы могут быть использованы для определения цинка.
Требования к выполнению анализа
4.1 Подготовленные растворы сравнения и растворы пробы распыляют в пламя спектрофотометра “Shimadzu АА-6300” согласно параметрам, приведенным в таблице 2.
Таблица 2 - Параметры съемки на спектрофотометре “Shimadzu АА-6300”Опреде-ляемыйэлемент Длина волны,
нм Высота горелки Ширина
щели,
мм Ток
лампы,
мА Вид
пламе-ниРасход, дм3/мин Коррек-
тор фона
С2Н2 воздух медь 324,8 7 0.7 6 С2Н2-воздух 1,2 15,0 D2
4.2 Для учета влияния примесей в используемых реактивах перед измерением пробы проводят измерение контрольной пробы.
4.3 Все растворы проб и шкала растворов сравнения должны измеряться относительно 1 М раствора азотной кислоты.
4.4 При построении градуировочного графика с использованием растворов сравнения меди от 1 мг/дм3 до 10 мг/дм3, горелку разворачивают под углом 900 к оптической оси.
4.5 Выполнение измерений проводят согласно инструкции по эксплуатации ИЭ 9107-06-2007 при работе на спектрофотометре “Shimadzu АА-7000”.
Требования к обработке результатов анализа
5.1 Величину абсорбции раствора контрольной пробы вычитают из величины абсорбции анализируемого раствора.
5.2 По найденному значению абсорбции анализируемого раствора находят содержание меди в миллиграммах на кубический дециметр по градуировочному графику.
5.3 Градуировочный график строят в прямоугольных координатах в виде линейной зависимости, проходящей через начало координат. Строят график, откладывая по оси ординат - оптическую плотность, а по оси абсцисс - количествомеди в мг/дм3.
5.4 Массовую долю меди (ХCu) в процентахвычисляют по формуле
C x К х V
ХCu= ----------------,
m х 10000
где C– концентрация меди в анализируемом растворе пробы, найденная по градуировочному графику, мг/дм3;
К – коэффициент разбавления анализируемого раствора по отношению к исходному;
V – вместимость мерной колбы для разбавления раствора пробы, см3;
m – масса навески пробы, г;
10000 – перевод измерения в проценты.
5.5 За результат анализа пробы принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений, если абсолютное значение разности результатов параллельных определений (повторяемости) не превышают 20 % относительныхв диапазоне содержаний от 0,01 % до 1,0 % и 10 % относительныхв диапазоне содержаний от 1,0 % до 5,0 %.
П р и м е ч а н и е – При использовании атомно-абсорбционного спектрометра в комплекте с компьютером обработка результатов измерений аналитических сигналов и вычисление результатов анализа предусмотрены программным обеспечением и проводятся в автоматическом режиме без вмешательства оператора.
Контроль качества результатов анализа
Контроль правильности результатов анализа проводят с помощью стандартных образцов состава растворов ионов методом “добавок” по РМГ 76-2004.
Контроль правильности результатов анализа проводят при смене реактивов, растворов, аппаратуры после длительного перерыва в работе.
Оформление результатов анализа
Результаты анализа заносятся в таблицы, специальные журналы для исследований.
Т а б л и ц а 3 – Погрешность измерений
Диапазон определений массовой доли меди, % Характеристика погрешности (границы в которых находится погрешность), , %
От 0,001 до 0,002 0,0005
Св. 0,002 “ 0,005 0,0011
“ 0,005 “ 0,010 0,0023
“ 0,010 “ 0,020 0,0032
“ 0,020 “ 0,050 0,006
“ 0,050 “ 0,10 0,010
“ 0,10 “ 0,20 0,015
“ 0,20 “ 0,50 0,026
“ 0,50 “ 1,00 0,043
“ 1,00 “ 2,00 0,07
Программа выполнения лабораторной работы:
При поступлении пробы на анализ, ее регистрируют в журнал. Из направления необходимо выделить наименование, номер пробы, элементы определения.
По методике ФХИ определиться с навеской, оборудованием, инструментом и методом анализа.
Уточнить диапазон разложения концентрации в атомно-абсорбционном методе для данной навески, согласно МИ провести растворение.
Включить прибор ААС, настроить параметры согласно МИ, провести анализ со ссылкой на определение элемента, на инструкцию эксплуатации прибора.
Полученные результаты на приборе обработать по программе ПК в необходимых параметрах и вписать результаты анализа в журнал.
Для точного результата анализа необходимо измерить влагу в образце и внести поправку в результат.
Результаты вынести с учетом влаги, с поправками.
Примечание: если не уложились в погрешность анализа заданной параллелями исследований, то делают анализ повторно со второй параллелью.
Определение влаги влагомером МА-35.
Анализаторы влажности
Анализатор влажности - компактный прибор, который предназначен для определения уровня влажности в исследуемом материале. Высокотехнологичные влагомеры позволяют упростить и увеличить скорость анализа, получить точный результат.
В основе работы приборов чаще всего лежит термогравиметрический метод. Анализатор влажности высушивает исследуемое вещество с помощью нагревательного модуля. Масса объекта измерения фиксируется до и после сушки. На основе этих данных прибор вычисляет влажность исходного сырья. Таким образом, влагомер в одном корпусе совмещает измерительный и сушильный модуль. В среднем, анализатор влажности делает одно измерение за 5-15 минут.
Сферы применения
Прибор используется для определения содержания влаги в сырье и готовых твердых, сыпучих, пастообразных продуктах. Особенно востребованы современные модели, которые позволяют проводить быстрые и максимально точные измерения (с дискретностью 0,001%).
Влагомеры находят применение в производственной и исследовательской сфере, а также в области контроля качества товаров. В частности, с помощью анализатора можно замерить влажность лекарственных средств и субстанций, пищевых продуктов, химических веществ, строительных материалов, удобрений, полимерного сырья и т.д. Универсальные приборы используются в любой отрасли промышленности.
Преимущества:
быстрые измерения
высокая точность (разрешение 0,01%-0,001%) и надежность
практически полное отсутствие ошибок
оптимальная грузоподъемность
интуитивно понятный интерфейс, обеспечивающий комфорт при работе с прибором
сертификация и аттестация в Госстандарте, Госреестре СИ РФ
Анализатор влажности Sartorius MA-35 позволяет получать информацию о содержании воды практически в любом веществе: в твердых монолитных, сыпучих, пастообразных материалах, водных суспензиях, неводных жидкостях.
Особенности термогравиметрического инфракрасного влагомера Sartorius MA-35:
возможность выбора при заказе одного из вариантов инфракрасных тепловых излучателей:
керамического нагревательного элемента, обеспечивающего исключительно равномерный и бережный нагрев образца;
галогенной лампы, обеспечивающей быстрый нагрев;
кварцевого (CQR) нагревателя, который нагревается также быстро, как и галогенный источник, с равномерностью распределения керамического нагревателя;
отображение расчетных результатов измерения в % влажности, % сухой массы, значении ATRO, единицах массы (г) и т.д.;
легкая чистка благодаря практичной конструкции прибора со сменными кюветами и пылезащитному чехлу;
для жидких и пастообразных веществ предусмотрены специальные стекловолоконные фильтры (СВФ), которые защищают поверхность термочувствительных материалов от перегрева, предотвращают образование корки, обеспечивают однородное распределение тепла.
Преимущества:
высокаявоспроизводимость результатов;
энергонезависимая память, от 5 до 30 индивидуальных программ;
статистическая обработка до 9999 данных - для оптимизации процесса и контроля качества;
защита паролем параметров сушки для предотвращения несанкционированных изменений;
в корпус прибора может быть встроен принтер для протоколирования, согласно требованиям стандартов ISO/GLP;
3 режима сушки: нормальный, ускоренный и плавный;
прибор имеет встроенную калибровочную гирю, что позволяет быстро и легко проводить контроль точности автоматической калибровкой и функцией reproTEST в соответствии со стандартами DIN/ISO.
Эксплуатация:
автоматическое и / или полуавтоматическое завершение процесса сушки;
автоматический поиск / автоматическое программирование (режим ASAP) для определения параметров процесса сушки;
эргономический дизайн прибора с подвижным источником нагрева;
удобный доступ к сушильной камере благодаря подвижному блоку нагревателя;
дисплей с подсветкой - результат легко считывается даже при недостаточном освещении;
задаваемые в меню подсказки для оператора отображаются на дисплее;
дополнительные принадлежности, включающие порт интерфейса RS-485, набор для контроля температур.
Технические характеристики:
Параметры Значение
Диапазон измерения влажности, % 0,02 - 99,98
Цена наименьшего разряда в единицах влажности, % 0,001
Максимальная масса пробы, г100
Нагревательный элемент инфракрасный ТЭН или галогенная лампа
Диапазон устанавливаемых температур сушки, °С30 - 200
Встроенный интерфейс RS-232