ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Источники света из "Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ" При использовании пламени как источника света (метод ПЭС) и как поглощающего слоя (метод ПАС) техника анализа по существу одна и та же. Не удивительно поэтому, что применяемые на первых порах развития атомно-абсорбционного анализа приборы конструктивно мало отличались от эмиссионных спектрофотометров. Эти простые по своему устройству приборы можно было смонтировать в лаборатории, используя подходящий по дисперсии монохроматор и другие необходимые узлы и детали. Однако быстрое расширение области применения атомно-абсорбционного анализа, возросшие требования к воспроизводимости и производительности аналитических операций, стремление максимально снизить пределы обнаружения стимулировали поиски новых конструктивных решений, способных удовлетворить этим требованиям. [c.102] Лучшими приборостроительными фирмами в относительно короткие сроки были разработаны многочисленные модели спектрофотометров и необходимой вспомогательной аппаратуры. Благодаря этому, в свою очередь, оказалось возможным практически реализовать результаты новейших научно-исследовательских разработок в области атомно-абсорбционной спектроскопии, например методов анализа, основанных на применении электротермических атомизаторов, и многих других эффективных приемов. [c.102] По желанию экспериментатора, в зависимости от характера аналитической задачи, возможно монтировать различные варианты аналитических установок, используя ту или иную комбинацию отдельных приборов и блоков. Многие приборы, аппараты и вспомогательные приспособления, входящие в комплект установки, например компрессоры, потенциометры, циф-ропечатники, микро-ЭВМ и т. п., являются общеупотребительными, и описание их легко можно найти в специальной литературе. Здесь мы подробно опишем только аппаратуру, предназначенную непосредственно для атомно-абсорбционного анализа. Общее же устройство современных спектрофотометров представляется полезным рассмотреть на примере некоторых наиболее удачных моделей, в том числе и отечественного производства. [c.103] Свет от источника 1 модулируется обтюратором 2, проходит через поглощающий слой 3 и далее направляется на входную щель монохроматора (зеркала 4—4 и светоделитель 5 в однолучевой схеме не используются). Приемником излучения обычно служит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Сигнал ФЭУ регистрируется селективным регистрирующим устройством, настроенным на частоту модуляции. Таким образом постоянная составляющая сигнала от немоду-лированного излучения пламени отсекается. Это снижает уровень помех от пламени, которые в некоторых случаях могут довольно значительно уменьшить точность измерений. [c.104] Основной недостаток рассмотренной однолучевой схемы состоит в том, что интенсивность падающего на поглощающий слой светового потока и потока, проходящего через слой, измеряется поочередно, иногда с довольно большим интервалом времени. Поэтому нестабильность излучения источника света регистрируется прибором и вносит свою долю в погрешность измерений. В двухлучевой схеме в качестве обтюратора используют секторное зеркало 2, которое при вращении попеременно пропускает свет либо через пламя (как и в однолучевой схеме), либо, минуя пламя, направляет его с помощью двух зеркальных объективов 4 и светоделителя 5 на щель монохроматора. [c.104] Таким образом, на фотокатод ФЭУ попеременно с частотой модуляции попадает пучок света либо интенсивности /о (падающий на поглощающий слой), либо / (прошедший через слой). [c.105] При равенстве интенсивностей обоих пучков на выходе селективного усилителя (настроенного на частоту модуляции) сигнал не появляется. Если же в поглощающий слой вводят определяемый элемент и происходит поэтому ослабление пучка света, проходящего через слой, на выходе усилителя появляется сигнал разбаланса. Очевидно, что при случайных колебаниях интенсивности аналитической линии, излучаемой источником, разбаланса не возникает (во всяком случае, если колебания яркости источника не совпадают с частотой модуляции, что весьма маловероятно). Благодаря этому двухлучевые схемы позволяют получить более высокую воспроизводимость, чем однолучевые. [c.105] В большинстве современных приборов установлены усилительно-регистрирующие устройства, преобразующие поступающий от ФЭУ входной сигнал таким образом, что на выходе сигнал соответствует величине атомного поглощения. Это весьма удобно для работы, так как не требуются дополнительные расчеты. [c.105] Для устранения, в случае необходимости, влияния неселективного поглощения в приборе дополнительно (как это показано на рис. 3.2) устанавливается, кроме ЛПК (/), газосветная дейтериевая лампа Ог, которая дает в ультрафиолетовой области интенсивное излучение со сплошным спектром. С помощью зеркального объектива 2 свет лампы направляется на секторное вращающееся зеркало 3 и далее через поглощающий слой 4. Таким образом в рассматриваемой схеме фотокатод ФЭУ попеременно освещается светом основного источника и дейтериевой лампы. [c.105] При наличии в поглощающем слое неселективного поглощения происходит одинаковое ослабление обоих световых потоков, и поэтому прибор его не регистрирует. Однако при введении в поглощающий слой определяемого элемента возникает поглощение на длине волны аналитической линии, вследствие чего ее интенсивность уменьшается. Но так как спектральная ширина щели намного больше ширины линии, на интенсивность света дейтериевой лампы это практически не влияет. Таким образом, возникающий сигнал разбаланса соответствует реальному содержанию определяемого элемента в пробе, а дополнительное поглощение неселективного характера компенсируется. Следует учесть, что в описанном случае прибор работает фактически как однолучевой, а погрешность определяется не только флуктуациями светового потока основного источника, но также и потока дейтериевой лампы. Однако в последних моделях спектрофотометров используют схемы, позволяющие скомпенсировать флуктуации обоих источников света (см. разд. 3.7). [c.106] Вопрос о классификации приборов, а также сведения о состоянии приборостроения в области атомной спектроскопии более подробно освещен, например, в обзоре Айдарова [63]. Предложенная автором обзора классификация, согласно которой все спектрофотометры делят на простые (фильтровые, основанные на использовании резонансной монохроматизации и т. п.), средней сложности (одноканальные одно- и двухлучевые) и сложные (многоканальные), представляется целесообразной. [c.107] В дальнейщем мы ограничимся подробным описанием только наиболее распространенных в аналитической практике одноканальных приборов. Эти спектрофотометры обычно конструируются по блочному принципу, что позволяет при использовании одного базового прибора собирать различные варианты установок. [c.107] Вследствие разнообразия моделей спектрофотометров представить их устройство в виде единой блок-схемы затруднительно. Более рационально рассмотреть общую компоновку спектрофотометра на конкретных примерах. [c.107] Базовым прибором спектрофотометра обычно служит монохроматор. В одном блоке с монохроматором монтируют конденсорные (осветительные) оптические системы и приспособления для модуляции света. Там же помещается источник света — лампа с полным катодом (ЛПК) или лампа с СВЧ-возбуждением, а также и дейтериевая лампа (Вг), применяемая для компенсации неселективного поглощения. Питание источников света осуществляется от выпрямителей-стабилизаторов и СВЧ-генераторов. [c.107] Питание распылителя и горелки производится с помощью специального газораспределительного блока, снабженного приборами для измерения давления и расхода газа и автоматической системой регулировки режима горения, а также устройствами, автоматически отключающими питание при возникновении аварийных ситуаций. В систему питания входит также компрессор для подачи воздуха и баллоны со сжатыми газами. Горелка и распылитель вместе со всеми перечисленными вспомогательными устройствами составляют, таким образом, особую автономную систему. То же можно сказать об ЭТА и его блоке питания и управления. [c.108] Описанная блочная система компоновки спектрофотометров весьма удобна в том отношении, что позволяет при использовании одного и того же базового прибора осуществить по желанию заказчика самые различные варианты монтажа с установкой только горелки или только ЭТА, или и того и другого со встроенным в основной блок газораспределительным устройством или же с помещаемым отдельно, и т. д. [c.108] Перейдем теперь к более подробному рассмотрению устройства и принципов работы отдельных систем спектрофотометра. [c.108] К электродам лампы через впаянные в баллон проводники подводят постоянное напряжение порядка 200—300 В от выпрямителя-стабилизатора. При этом в лампе возникает тлеющий разряд, локализующийся внутри катода. Силу тока разряда регулируют в нужных пределах (обычно порядка 5—30 мА, в зависимости от материала катода и конструктивных особенностей лампы). В рассматриваемых условиях пары металла, из которого изготовлен катод, довольно интенсивно поступают в плазму разряда вследствие катодного распыления и испарения (последнее — для металлов с относительно низкой температурой кипения). [c.109] Плазма тлеющего разряда внутри катода имеет температуру около 800 К очевидно, что при столь низкой температуре термического возбуждения свечения наблюдаться не может. Согласно развитой в разд. 1.2 теории, в рассматриваемых условиях возбуждение свечения происходит, в основном, за счет соударений с электронами. Так как падение напряжения в прикатодной области достигает величины не менее 200 В и электроны разгоняются до довольно больших скоростей, в спектре ЛПК возбуждаются почти все линии атомов и ионов элементов, образующих плазму, т. е. газа-наполнителя и металлов, из которых изготовлен катод. [c.109] С точки зрения возможности использования ЛПК для практического анализа чрезвычайно валены и такие характеристики, как стабильность излучения и срок службы. За последние годы усилиями многих исследователей разработана технология изготовления ЛПК, обеспечивающая достаточно высокую стабильность излучения при сроке службы порядка 1000— 2000 ч. [c.110] Вернуться к основной статье