CC BY
31Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 25 (64). 2012. № 1. С. 284-288.
УДК 543.4
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЦЕЗИЯ ЭМИССИОННОЙ ФОТОМЕТРИЕЙ ПЛАМЕНИ
Губа Л.В., Довгий И.И., Рыжкова М.А.
Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности,
Севастополь, Украина
E-mail: dovgy@ukr.net
Предложена методика определения цезия эмиссионной фотометрией пламени с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра Сатурн-4 ЭПАВ. Ключевые слова: эмиссионная фотометрия пламени, цезий.
ВВЕДЕНИЕ
Цезий и его соединения находит широкое применение в производстве фотоэлектрических и электронно-лучевых приборов, стекольном и керамическом производстве, волоконной оптике, производстве катализаторов для органического и неорганического синтеза [1].
Метод атомно-эмиссионной спектроскопии (эмиссионной фотометрии пламени, пламенной фотометрии) используют в аналитической практике с 30-х годов. Он основан на измерении интенсивности атомных линий и молекулярных полос определяемых элементов, возбуждаемых в пламени. Наиболее широко этим методом анализируются щелочные, щелочноземельные и редкоземельные металлы. Анализ прост и точен.
У приборов, выпускаемых в ближнем зарубежье, для проведения анализов методом эмиссионной фотометрии, в технических характеристиках не предусмотрена возможность определения цезия, у ПАЖ-3 это литий, натрий, калий и кальций, а ФПА-2-01 - натрий, калий, кальций и литий или стронций по выбору заказчика. В тоже время НПП Антексавтоматика (г. Северодонецк) выпускают атомно-абсорбционный спектрофотометр Сатурн-4, обладающий опцией атомно-эмиссионного анализа, позволяющей определять щелочные и щелочноземельные металлы. Однако в руководстве по эксплуатации [2] отсутствует раздел, посвященный порядку настройки прибора и проведения анализа методом пламенной фотометрии.
В связи с этим актуальна разработка методики определение микроколичеств цезия с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра Сатурн-4 ЭПАВ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Вся работа по атомно-эмиссионному определению цезия проводилась на атомно-абсорбционном спектрометре Сатурн-4 ЭПАВ с пламенным атомизатором в пламени «ацетилен - воздух».
Для приготовления всех типов растворов использовали бидистиллят полученный в стеклянном бидистилляторе (тип БС). Для приготовления стандартных растворов цезия использовали стандартные образцы состава растворов МСО 1061:2004.
Параметры настройки оптического блока при проведении пламенной атомизации:
- номер рабочей дифракционной решетки - 1 (спектральный диапазон 190-855 нм, 1200 штр/мм);
- рабочая длина волны - 852,1 нм;
- ширина щели монохроматора - 1 мм;
- единицы измерения - мг/дм3;
- рабочий фотометрический диапазон - от 0 до 2 Б;
- горелка с длиной щели 10 см.
Значение оптической плотности нулевого раствора автоматически вычитается из результата измерения. Математическая обработка проводилась с использованием программного обеспечения Сатурн-4 ЭПАВ, а также Microsoft Office Excel 2003.
Приготовление градуировочных растворов цезия с массовой концентрацией 10; 20; 30 мг/дм3 в колбах на 50 см3 (оптимальный диапазон концентраций цезия при прямом определении в пламя - 0,5-45 мг/л).
1. Основной (стандартный) раствор цезия с массовой концентрацией 50 мг/ дм3.
Пипеткой отбирают 5 см3 раствора стандарта (МСО 1061:2004 с концентрацией
1 мг/см3) и переносят в мерную колбу на 100 см3, доводят до метки деионизированной водой. В 1см3 полученного раствора содержится 0,05 мг цезия.
2. Градуировочные растворы цезия с массовой концентрацией 10; 20; 30 мг/дм3 (табл. 1).
В мерные колбы вместимостью 50 см3 приливают 10; 20; 30 см3 рабочего раствора цезия с массовой концентрацией 50 мг/дм3, доводят до метки азотной кислотой, с массовой долей 0,2 %.
Таблица 1
Приготовление градуировочных растворов
Используемые растворы Номер градуировочного раствора
1 2 3
Объем стандартного раствора, см3 (50 мг/дм3) 10 20 30
Объем азотной кислоты, с массовой долей 0,2%, см3 40 30 20
Массовая концентрация растворов, мг/дм3 10 20 30
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Данный метод анализа является относительным (сравнительным). Для определения содержания элемента по измеренному сигналу излучения необходимо предварительное установление функциональной связи между интенсивностью излучения и концентрацией определяемого элемента в растворе (градуировочный график) [3].
При анализе данным методом необходимо произвести отбор представительной пробы, разложение и подготовка для анализа, распыление полученного раствора в пламя газовой горелки.
Для пламенной атомно-эмиссионной спектрометрии применяют ламинарное пламя предварительно смешанных газов, которые спокойно распространяются над горелкой. Для данной работы мы использовали источник возбуждения спектра -пламя ацетилен-воздух. При использовании пламени «ацетилен - воздух» ацетилен является горючим газом, а кислород воздуха - окислителем. Температура такого пламени достигает 2400°С. В зоне горения идут следующие реакции [4]:
С2Н2 + О2 ® 2СО + Н2;
2Н2 + О2 ® 2Н2О; 2СО + О2 ® 2СО2 + hu.
Проба вводится в пламя с помощью пневматического распылителя в виде жидкого аэрозоля. В пламени протекают сложные физико-химические процессы [3].
- Десольватация мокрого аэрозоля. При этом вода или другой растворитель пробы испаряются из капелек мокрого аэрозоля и остается соль - сухой аэрозоль.
- Испарение сухого аэрозоля. При высокой температуре пламени сухая соль испаряется и превращается в газообразные молекулы.
- Диссоциация газообразных молекул. Часть или все газообразные молекулы диссоциируют с образованием свободных атомов.
- Возбуждение атомов или молекул. Нейтральные атомы элементов возбуждаются при термическом столкновении с частицами в пламени и частично ионизируются за счет термической энергии пламени.
- Эмиссия. В возбужденных атомах происходит переход электронов с возбужденных уровней на основной с излучением света, длина волны (частота) которого является характерной для элемента, а интенсивность пропорциональна количеству введенного в пламя аналита.
Для работы в режиме эмиссии необходимо предварительно настроить аналитическую линию. Для этого зажечь пламя воздух-ацетилен, ввести в пламя аэрозоль раствора, содержащий высокую концентрацию определяемого элемента (в нашей работе цезий с концентрацией 30 мг/дм ) и сканировать спектр пламени (рис. 2).
Измеряем оптическую плотность нулевого раствора (азотной кислоты, с массовой долей 0,2%) по выбранному элементу для учета загрязненности раствора по данному элементу. В нашей работе наблюдались большие показатели «нулевого раствора», несмотря на то, что для приготовления растворов использовался бидистиллят, поскольку излучение пламени и рабочая длина волны находятся в одном диапазоне. Следствием этого является принципиальная невозможность выполнения требования по оптической плотности «нулевого раствора» при выполнении атомно-абсорбционного анализа [2].
Измерение градуировочных растворов проводят последовательно, в порядке увеличения концентрации определяемого элемента, поочередно опуская капилляр в измеряемый раствор не менее трех раз. Далее строят градуировочный график зависимости оптической плотности от концентрации. Результаты наших измерений приведены в Табл. 2 и на Рис. 3
Рис 2. Вид спектра в диапазоне 842-872 нм.
Таблица 2
Значения оптической плотности цезия в пламени «ацетилен-воздух»
Тип раствора Концентрация, мг/л Оптическая плотность, Б
Нулевой 0 0,148
Градуировочный 1 10,0 0,1722
Градуировочный 2 20,0 0,3000
Градуировочный 3 30,0 0,4146
10 15 20 25 Концентрация, мг/л
0
5
30
35
Рис.3 Градуировочный график зависимости оптической плотности от концентрации.
Статистическая обработка данных дает следующие уравнения градуировочной зависимости:
А = 0,0121с + 0,0532; величина достоверности аппроксимации R2 = 0,999; А = 0,0144с, R2 = 0,9578;
Видно, что градуировочная зависимость лучше описывается уравнением со свободным членом.
ВЫВОД
Предложена методика выполнения измерений цезия методом эмиссионной фотометрии пламени. Полученные результаты позволяют проводить определение цезия в водных растворах с использованием атомно-абсорбционного комплекса Сатурн-4 ЭПАВ отечественного производства, поскольку его анализ на распространенных пламенных фотометрах ПАЖ-3 и ФПА-2 невозможен.
Список литературы
1. Плющев В.Е. Аналитическая химия рубидия и цезия / В.Е. Плющев, В.Д. Степин - Москва: «Наука», 1975 - 224 с.
2. Комплекс Сатурн-4. Руководство по эксплуатации. 5Г1.370.013РЭ. - Северодонецк: НПП «Антекс-автоматика». - 109 с.
3. Пупышев А.А. Атомно - абсорбционный спектральный аналiз / Пупышев А.А. - Москва: Техносфепа, 2009. - 784 с.
4. Алемасова А.С. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия: уч. пособие / Алемасова А.С., Рокун А.Н., Шевчук И.А. - Донецк: ДНУ, 2003. - 327 с.
Губа Л.В. Методика виконання вимiрювань цезто емiсiйною фотометрieю полум'я / Л.В. Губа, 1.1 Довгий, М.О. Рижкова // Вчеш записки Тавршського нацiонального унiверситету iм. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, хiмiя". - 2012. - Т. 25 (64), № 1. - С. 284-288. Запропонована методика визначення цезш емюшною фотометрieю полум'я з використанням атомно-абсорбцiйного спектрофотометра Сатурн-4 ЕПАВ. Ключовi слова: емiсiйна фотометр1я полум'я, цезш.
Guba L.V. Method of measuring of cesium by flame emission photometry method / L.V. Guba,
I.I Dovgyy, M.A. Rizhkova // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2012. - Vol. 25 (64), No. 1. - P. 284-288.
The method of determination of cesium by emission photometry of flame is offered with the use of atomic absorption spectrometer Saturn-4 EPAV. Keywords: emission photometry of flame, cesium.
Поступила в редакцию 25.01.2012 г.
