SPECTROSCOPIE DE EMISIE

Arderea etaloanelor şi a probelor în arc şi scânteie

Etaloanele şi probele care se află înglobate într-unul din electrozi vor fi aduse în stare de vapori la nivelul arcului electric sau al scânteilor produse între cei 2 electrozi de carbon spectral. Arcul electric şi scânteile sunt realizate prin descărcări la înaltă tensiune (zeci de mii de volţi), tensiune asigurata de generatorul din figura de mai jos:

Atomii elementelor analizate se vor găsi pentru scurt timp (=10-9 s) în stare excitată. După absorbţia energiei de către atomii elementelor, aflaţi la temperatura de mii de grade Celsius a arcului electric sau scânteilor, urmeaza dezexcitarea lor prin emisia de energie sub formă de radiaţie electromagnetică. Înregistrarea emisiei specifice fiecărui element se realizează pe placa fotografică sau computerizat, sub forma unui spectru de linii în domeniul UV-VIS.

După reglarea generatorului de înaltă tensiune la prametrii de lucru se selecteaza forma şi dimensiunile fantelor de intrare în colimator, poziţia spectrului pe placă şi poziţiile scalei.

Se stabileste timpul comun (optim) de expunere al fiecărei determinari pentru etaloane şi probe, se procedează la înregistrarea pe aceeaşi placă a spectrelor de emisie, în ordine succesivă şi la pozitii diferite.

Probele solide sunt soluţii solide alcatuite din solvent şi solut astfel: -solventul este reprezentat de pulberea de carbon spectral, fin mojarat, obţinut din materialul electrozilor,

- solutul este reprezentat de probă sau de etaloane sub forma de oxizi, pregătiţi special, sau achizitionaţi sub forma etaloanelor comercializate (amestec al unui număr mare de oxizi Na2O, K2O, Cs2O, Rb2O, MgO, CaO, ... în aşa fel încât concentraţia exprimată în părţi pe milion (ppm), din fiecare element să fie aceeaşi). 1 ppm = 1parte de element la un milion părţi de amestec.

În practică este necesar să fie utilizate mai multe concentraţii ale etaloanelor; din acest motiv se procedeaza la diluţia etaloanelor pentru a obţine din etalonul cu concentraţia maximă etaloane cu concentraţie mai mică conform următorului tabel:

C0

Etalon iniţial

“C1”C0 (8/10)

“C2”C0 (6/10)

“C3”C0 (4/10)

“C4”C0 (2/10)

“C5”C0 (1/10)

10 ppm 8ppm 8părţi+2 părţi(C0 + SCSP)

6ppm 6părţi+4 părţi(C0 + SCSP)

4ppm 4părţi+6 părţi(C0 + SCSP)

2ppm 2părţi+8 părţi(C0 + SCSP)

1ppm 1părţi+9

părţi(C0 + SCSP)

SCSP = Solvent: Carbon Spectral- Pulbere

După pregatirea etaloanelor de bază şi a celor diluate, se procedează la înglobarea lor în electrozi. Pentru acest lucru se realizează un orificiu cu diametrul = 3mm şi adâncime 10 mm, în electrodul de grafit spectral. In orificiul format se introduce etalonul sau proba şi taseaza uşor.

Electrodul ce conţine etalonul sau proba este pregatit pentru a fi introdus în suportul electrozilor, asa cum arata figura alăturată:

Suportul electrozilor

Electrod de grafit

Electrod de grafit ce conţine proba

- se fixeaza suportul ce conţine electozii în camera de ardere, aşa cum arată figura de mai jos

- se reglează curentul descărcării şi ceilalţi parametrii şi se porneşte generatorul de înaltă tensiune, de către cadrul didactic - camera de ardere este perfect aliniată pe bancul optic cu axa optică a colimatorului

Suport cu placa spectrală

Monocromator cu prismă

Intrare colimator

Odată intrate în colimator radiaţiile electromagnetice sunt dispersate în monocromatorul cu prismă şi apoi spectrul dispersat este înregistrat pe placa fotografică.

La final placa spectrala este extrasă impreuna cu suportul ei şi este prelucrată la intuneric, sau în lumina roşie, în camera obscura prin următoarele operaţii:

- revelare (developare), în soluţia revelatorului, - spălare în apă distilata acidulată cu puţin acid acetic,- fixare într-o soluţie de tiosulfat de sodiu,- uscare.

- După developare, spălare şi fixare, imaginea plăcii fotografice spectrale se prezintă o succesiune de linii verticale, de-a lungul domeniului spectral, peste care se suprapune scala spectrului.

Placa spectrală este pregătită astfel pentru analiza calitativă şi cantitativă.

Analiza spectrală de emisie calitativa

Analiza spectrală calitativă, în sectroscopia de emisie în arc şi scânteie, se bazeaza pe identificarea şi recunoaşterea principalelor linii spectrale emise de elementele aduse în stare de excitare, la nivelul arcului electric şi al scânteilor. În domeniul UV-VIS elementele analizate pot prezenta mai multe linii dispersate în spectru, în funcţie de energia dezexcitărilor, respectiv de frecvenţele liniilor emise.

În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva exemple ale principalelor linii emise de elementele: Fe, Mn, Cr, Pt, Au. Elementul Lungimea de undă (nm)

Fe

438*440*

523**527*533*537*

Mn

403**471*473*474*475*476*477*478*482*601*

602***

Cr

420*421*425*427*429*429*520*541*

Pt

523*530*537*539*548*584*

Au 506* 584* 628*

* singlet, ** dublet, *** triplet

Mod de lucruAnaliza calitativa presupune identificarea tuturor liniilor menţionate în tabelul de mai sus pentru fiecare elemnt. Se va utiliza microscopul comparator prezentat în figura de mai jos:

Fiecare linie asociată unui element va fi analizată din punct de vedere al corespondenţei cu o lungime de undă astfel :

Se măsoară, cu precizia maximă a instrumentului utilizat, distanţa dintre poziţiile liniilor etalon cunoscute ale fierului (a2-a1) exprimată în mm sau m; poziţia a2 corespunde liniei spectrale etalon λ2, iar poziţia a1 este corespunzătoare liniei etalon λ1.

Se măsoara poziţia ax corespunzătoare liniei elementului de analizat, în raport cu poziţiile a2

şi a1 corespunzătoare liniilor etalon, cunoscute ale Fe. Lungimea de unda λx a liniei necunoscute se calculează cu ajutorul relaţiei:

λX =ax( λ2−λ1 ) +a2 λ1 − a1 λ2

(a1−a2)

unde: a1, a2 şi ax sunt poziţii determinate pe scala instrumentului (exprimate în μm în cazul utilizării

microscopului comparator, sau în mm în cazul utilizării spectroproiectorului),λ1 , λ2 sunt lungimile de undă ale elementului etalon (Fe), exprimate în nm, obţinute din

consultarea tabelelor speciale cu date spectrale.

Se fixează placa spectrală pe platoul microscopului comparator. Prin ocularul din stânga se vizează şi fixează linia investigată. Prin ocularul din dreapta, se citeşte, pe scala divizată în micrormetri, poziţia corespunţătoare liniei vizate. Se alege drept etalon una din linile spectrale ale fierului, apoi se determină lungimea de undă x, a elementului analizat fata de aceasta linie.

Ocularul scalei microscopului Ocularul plăcii spectrale

Micrometrul microscopului

Scala micrometrică Placă spectrală

Pe acelaşi principiu se bazează analiza calitativă care utilizează spectroproiectorul, cu deosebirea că precizia determinărilor parametrului a1, a2 şi ax este mai mică (de ordinul milimetrilor).

Schema optică a spectroproiectorului este redată în figura de mai jos:

http://www.docstoc.com/docs/26800331/Laboratoare-Chimie

Oglindă SCHEMA OPTICĂ A UNUI SPECTROPROIECTOR

Placă spectrală Imaginea mărită a plăcii LentilăConvergentă

Sursă