Пламенные фотометры

3-10-2017, 19:43

Промышленностью выпускаются различные типы пламенных фотометров, отличающихся конструктивными особенностями и назначением. В агрохимических исследованиях наиболее широкое распространение получили отечественные пламенные фотометры ПФМ, ПАЖ-2 и др. и приборы фирмы «Цейс» (ГДР) Флафо-4.
Принцип действия эмиссионных пламенных фотометров показан на рисунке 20. Исследуемый раствор 1 под влиянием разрежения, возникающего в инжекторе при движении воздуха 2, засасывается через капилляр из стаканчика или пробирки и попадает в виде аэрозоля (тумана) в смесительную камеру горелки 4, где происходит смешивание его с горячим газом 3. Смесь подается в пламя горелки 5 и сгорает с выделением большого количества тепла. Под влиянием образующейся энергии жидкость испаряется, а содержащиеся в ней элементы возбуждаются и излучают световую энергию определенных длин волн. Спектр излучения, выделенный с помощью монохроматора 6, состоит из отдельных линий (для атомов) или ряда полос (для молекул). Интенсивность излучения зависит от природы и концентрации исследуемого вещества в растворе. Поэтому величина фототока, возбуждаемого излучением при его попадании на фотоэлемент или фотоумножитель 7, будет в определенном диапазоне отражать содержание вещества в растворе.

Таким образом, определение концентрации вещества в исследуемом растворе сводится к сопоставлению показаний гальванометра (8) с показаниями эталонных растворов.
Фотоэлектрический пламенный фотометр ПФМ (рис. 21) предназначен для пламенно-спектрофотометрического количественного определения натрия, калия, лития, цезия, рубидия, кальция, магния, стронция, бария, бора, хрома и марганца. Рассчитан он на использование ацетилена или природного газа (метана, пропана или бутана), что позволяет с высокой точностью определять как щелочные, так и щелочноземельные элементы. Для выделения излучения указанных элементов используют интерфенционные светофильтры.

Прибор состоит из фотометра 1 и блока питания 2. В блоке фотометра расположены горелки 4, монохроматор, усилитель, миллиамперметр 5, краны для регулировки расхода воздуха и газа, а также рукоятки установки нуля миллиамперметра и чувствительности прибора. В блоке питания находится компрессор с ресивером и стабилизированный выпрямитель.
Порядок работы. Несмотря на некоторые различия в конструктивном оформлении пламенных фотометров типа ПФМ, порядок работы на них отличается несущественно.
Перед включением прибора тщательно проверяют состояние системы его питания газом и воздухом. Для этого закрывают расположенный на фотометре входной вентиль, открывают вентиль газового баллона и с помощью маховичка первого редуктора устанавливают давление в подводящей системе в пределах 1-2 атм. Затем плотно закрывают вентиль баллона и по манометру первого редуктора контролируют положение стрелки манометра в течение 10-15 мин.
Если стрелка манометра будет оставаться на одном и том же месте, газовая магистраль считается исправной. При падении давления в ней с помощью мыльной пены находят течь и устраняют ее. Аналогичным образом поступают при работе с любым газом.
Для приведения прибора в рабочее состояние необходимо следующее:
1) включить прибор в сеть 220 В;
2) установить диафрагмы светового потока в положение «Закрыто» и скомпенсировать темновой ток прибора по шкале миллиамперметра до совмещения стрелки с нулем;
3) включить компрессор 2 и рукояткой 6 вентиля «Воздух» установить по манометру 8 давление воздуха в сети в пределах 0,2-0,4 атм (20-40 кПа);
4) перед подачей газа (пропана или ацетилена) в горелку необходимо проверить исправность зажигания - при нажатии кнопки 9 «Зажигание» через смотровое окно наблюдают проскакивание искры;
5) для подачи газа (ацетилена) открывают вентиль на баллоне с газом, а затем вентилем 7 фотометра «Газ» плавно увеличивают подачу горючего газа, контролируя его давление по манометру. Рабочее давление природного газа (сетевого, пропана, бутана) должно составлять 40-80 мм вод. ст., а давление ацетилена - 100-200 мм вод. ст. Если давление газа достигает указанной величины, нажимают на кнопку «Зажигание» до воспламенения горючей смеси;
6) регулируя подачу (давление) газа и воздуха, добиваются устойчивого горения пламени. При этом внешний конус пламени должен быть светло-голубым. При давлении воздуха 0,3-0,4 атм оптимальное рабочее давление для пропана и сетевого газа - 50-60 мм вод. ст., для ацетилена - 140-180 мм вод. ст.
Выбранный режим работы горелки записывают в журнал и при повторном включении прибора устанавливают такое же давление газа и воздуха, так как от режима работы горелки зависит интенсивность излучения элементов и чувствительность прибора
Определение концентраций исследуемых элементов следует начинать с построения градуировочного графика для каждого элемента по стандартным растворам известной концентрации. Для их приготовления используют химически чистые перекристаллизованные соли.
Для построения градуировочной кривой сначала в стаканчик наливают наиболее концентрированный раствор из данной серии растворов и погружают в него заборный капилляр, при этом стрелка гальванометра отклонится на определенное число делений. Оптимальным считается отклонение (размах) стрелки на 2/3 рабочей шкалы прибора при измерении наиболее концентрированного раствора. Если стрелка миллиамперметра отклоняется недостаточно или очень сильно, ее устанавливают в оптимальном диапазоне вначале с помощью диафрагмы (увеличивая или уменьшая поток света на фотоэлемент), а если это не удается, то путем переключения чувствительности фотометра.
Затем, когда диафрагма и чувствительность прибора выбраны, в пламя горелки вводят дистиллированную воду и по ней ручками грубой и тонкой настройки нуля стрелку миллиамперметра выводят на нуль. В пламя горелки поочередно вводят через капилляр распылителя эталонные растворы с известной, равномерно возрастающей концентрацией определяемого элемента. Для каждой концентрации раствора по отклонению стрелки миллиамперметра снимают отсчет шкалы прибора и записывают в журнал. Отсчеты берут спустя 10-15 с после начала распыления очередного раствора. Если растворы сильно отличаются своей концентрацией, то в пламя горелки после каждого раствора вводят дистиллированную воду и проверяют положение стрелки относительно нуля. При смещении нуля прибора стрелку снова корректируют на нуль с помощью потенциометра тонкой настройки нуля миллиамперметра. Число эталонных растворов обычно колеблется в пределах 6-8, что позволяет получить достаточное число точек для построения кривой калибровочного графика. Наибольшая концентрация эталонного раствора должна быть не меньше возможной концентрации вещества в исследуемых растворах.
Во время измерений давление газа и воздуха, а также степень раскрытия диафрагмы должны быть одинаковы при измерении эталонных и исследуемых растворов.
Градуировочный график строится по показаниям гальванометра и концентрации эталонного раствора. На графике следует указать режим работы прибора: давление газа и воздуха, степень раскрытия диафрагмы, положение рукоятки чувствительности прибора, а при необходимости и другие сведения. Затем приступают к определению концентраций вещества в исследуемых растворах. Для этого капилляр распылителя снова помещают в дистиллированную воду и устанавливают нуль миллиамперметра. Затем в пламя горелки в определенной последовательности вводят исследуемые растворы и по соответствующему отклонению стрелки делают отсчет по шкале прибора.
Сопоставляя величину полученных отсчетов с показаниями эталонных растворов, по градуировочной кривой определяют концентрацию элемента в исследуемых растворах. Градуировочной кривой при постоянном режиме работы прибора можно пользоваться длительное время, лишь периодически проверяя ее по эталонным растворам.
После окончания измерений следует промыть распылитель и горелку дистиллированной водой до получения бесцветного пламени и затем дать прибору некоторое время поработать без воды, чтобы высушить распылитель потоком сухого воздуха. Прекращают подачу газа, закрыв сначала вентиль на газовом баллоне, а затем на редукторе. Выключают компрессор и электропитание прибора.