Связь интенсивности спектральных линий с концентрацией элемента в пробе.

Авторы:

сотрудники компании

Часть 1. Введение. Применимость для неразрушающего контроля. Принципы Часть 2. Плазма – наиболее распространенный источник возбуждения спектров Часть 3. О связи интенсивности спектральных линий с концентрацией (или содержанием) анализируемого элемента в пробе Часть 4. О градуировании (или калибровке) по стандартным образцам для количественного спектрального анализа Часть 5. О внутреннем стандарте и линиях сравнения Часть 6. О влияниях. Построение градуировочных характеристик

В качестве источников возбуждения спектров в атомно-эмиссионном спектральном анализе наиболее часто используют различные плазменные разряды в газе: искровой, дуговой, тлеющий, высоко-частотный (индукционный и емкостной), СВЧ и др., а также их комбинации. Наибольшее распространение при анализе металлов и сплавов получили электроискровые, дуговые и тлеющие разряды.

В общем виде интенсивность линий спектра нейтральных атомов данного химического элемента в плазме описывается выражением:

(1) $I_n=N\tau_0(1-\alpha)\frac{g_n}{g_0}e^{\frac{-E_n}{kT}}A_n h \nu_n$

Интенсивность спектральных линий однократно ионизированных атомов (однозарядных ионов) данного химического элемента в плазме описывается аналогичным выражением:

(2) $I_m=N\tau_1\alpha\frac{g_m}{g_0}e^{\frac{-E_m}{kT}}A_m h \nu_m$

Здесь $N$ — общее число атомов и ионов данного химического элемента в излучающем облаке разряда; $\alpha$ — степень ионизации атомов;
$g_n$ , $g_m$ , $g_0$ — статические веса соответствующих уровней; $E_n$ и $E_m$ — энергия возбуждения атома и иона; $T$ — температура разряда;
$A_m$ и $A_m$ — вероятность спонтанного излучения атома и иона с соответствующего уровня, $\nu_n$ и $\nu_m$ — частоты соответствующих спектральных линий, $\tau_0$ и $\tau_1$ — времена пребывания в разряде атомов и ионов, соответственно.

Выводы

Таким образом, измеряя интенсивность некоторой спектральной линии элемента, можно определить концентрацию $N$ этого химического элемента в плазме. Но предметом количественного спектрального анализа является определение концентрации того или иного химического элемента не в плазме, а в анализируемой пробе.

Для того, чтобы определить концентрацию $C$ химического элемента в анализируемой пробе по результатам измерения интенсивности линий спектра этого химического элемента, необходимо знать зависимость концентрации $N$ определяемого химического элемента в плазме от его концентрации в анализируемой пробе: $N_relation$ .

Функция $atoms_arrival$ описывает особенности поступления атомов анализируемого элемента из пробы в разряд. Эта функция может иметь очень сложный характер, завися не только от концентрации определяемого элемента, но и от концентраций всех элементов в пробе (этот факт отражен тем, что обозначение концентрации $C$ заключено в фигурные скобки), а также и от времени воздействия разряда на пробу, температуры пробы, от вида межэлементных химических связей в пробе и т.д.

Формула (1) приобретает вид:

(3) $I_n=f(\{C\})\tau_0(1-\alpha)\frac{g_n}{g_0}e^{\frac{-E_n}{kT}}A_n h \nu_n$

На первый взгляд может показаться, что формула (3) бесполезна на практике для аналитических целей из-за наличия в ней многих неизвестных или недостаточно точно известных атомных констант, температуры и сложной, также, вообще говоря, неизвестной функции $atoms_arrival$ . И это перечеркивает, несмотря на всю ее привлекательность, саму идею количественного атомно-эмиссионного спектрального анализа — определять концентрации элементов в пробе по интенсивностям эмиссионных спектров. Читать дальше ›