Метод атомного эмиссионного спектрального анализа позволяет определять химический состав вещества по спектрам излучения. Анализируемый материал диспергируется под действием источника возбуждения (электрическая дуга или искра, пламя, плазма). На короткий (порядка 10-7с) промежуток времени электроны атомов или ионов испарившегося вещества переходят на более высокие энергетические уровни и возвращаются в устойчивое невозбуждённое состояние. При этом происходит выделение энергии в виде излучения с определённой длиной волны, характерной данному энергетическому переходу.
В результате возникает серия спектральных линий, присущих определённому химическому элементу, которая может быть зарегистрирована с помощью оптических приборов. Длина волны излучения регистрируемого в атомном анализе находится в пределах от 150 до 800 нм.
По способу регистрации различают:
- визуальный спектральный анализ (стилоскопирование, видимая область спектра 400-760 нм);
- спектрографический метод (регистрация атомных спектров на фотопластинку);
- спектрометрический метод (приборы с фотоэлектрической регистрацией спектра).
Интенсивность спектральной линии пропорциональна количеству излучающих атомов. Эмпирически формула зависимости интенсивности спектральной линии от концентрации элемента в пробе была установлена в 1930 году Б.В. Ломакиным:
I=a*C b (формула Ломакина-Шайбе).
Здесь I – интенсивность спектральной линии, С – концентрация элемента в пробе. Вариационные параметры a и b будут различны для разных условий возбуждения спектра, условий атомизации и концентраций элементов. На узком диапазоне измеряемых концентраций мы можем считать их постоянными и тогда зависимость lg I – lg C будет линейной. На практике для определения концентраций используют аналитическую пару линий: вместе с линией элемента выбирают линию сравнения (как правило линию основы с потенциалом возбуждения, близким или равным потенциалу аналитической линии) и строят график в координатах: логарифм относительной интенсивности – логарифм концентрации lg(Iан/Iср) – lg C.
Пользуясь известной зависимостью, построенной по трём и более эталонам, находят концентрацию неизвестного элемента.
Для экспресс-анализа пользуются одним эталоном или стандартным образцом с известными концентрациями, по которому корректируют дрейф графика (метод контрольного эталона).
Оптические схемы аппаратуры для атомного эмиссионного анализа весьма разнообразны. Схема устройства спектрометра с фотоумножителем демонстрирует общие принципы формирования и регистрации атомных спектров:
Техника современного атомного спектрального анализа сталей и сплавов чаще всего использует ультрафиолетовую часть спектра. В качестве средств регистрации используются CCD матрицы (Charge-Coupled Device).
Более полно с методиками и техникой спектрального анализа можно познакомиться в следующих книгах:
- Свентицкий Н.С., Визуальные методы эмиссионного спектрального анализа, М., 1961.
- Сухенко К.А., Спектральный анализ сталей и сплавов. Оборонгиз, 1954.
- Зайдель А.Н., Основы спектрального анализа, М., 1965.
- Ротман А.Е. Воробейчик В.М., Справочная книга по эмиссионному спектральному анализу, М, 1981.
- Дробышев А.И., Основы атомного спектрального анализа, СПб.,1997.