07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Регистрирующая система
 02.09.2012

В качестве приемников света широкое распространение получили фотоэлементы (вентильные и с внешним фотоэффектом) и фотоэлектронные умножители (ФЭУ), преобразующие световую энергию в электрическую. В качестве отсчетных устройств применяются зеркальные, теневые и стрелочные гальванометры и самописцы. Выбор оптического устройства, приемника света и отсчетного прибора взаимосвязаны. Например, применяя вентильные фотоэлементы, интерференционные светофильтры и зеркальный гальванометр чувствительностью 10в-9-10в-10 а, можно выполнить определение некоторых элементов начиная с концентраций в 1 мг/л раствора. Но нельзя решить ту же задачу, заменив светофильтры монохроматором, который резко уменьшает световой поток и тем самым понижает чувствительность определения.
Применяя монохроматор, фотоэлектронный умножитель или фотоэлементы с внешним фотоэффектом с последующим усилением фототока, можно резко повысить чувствительность и отказаться от применения высокочувствительных зеркальных гальванометров и применять менее чувствительные теневые или стрелочные гальванометры, что представляет некоторые практические преимущества при использовании фотометров.
Основные узлы установки приводятся ниже:

Регистрирующая система

Для наглядности на рис. 4 приводится схема простейшего пламенного фотометра.
Пламенный фотометр ГП-21 (схему см. на рис. 5). Пламенно-фотометрическая установка ГП-21 позволяет определять калий, натрий, литий и кальций в растворах, начиная с концентраций в 1 мг/л раствора, при средней точности определения +5% от определяемой концентрации. При наличии соответствующих светофильтров и фотоэлементов возможно определение и некоторых других элементов (Sr, Cs, Ва и др.) без конструктивного изменения самого фотометра.
Регистрирующая система

Как правило, установка дает возможность выполнить анализ при совместном присутствии в растворе определяемых элементов без предварительного их химического разделения. Эта возможность обеспечивается применением интерференционных светофильтров и метода компенсации.
Фотометр рассчитан на применение ацетилено-воздушного пламени (возможно использование пропано-бутано-воздушного пламени и пламени бытового газа).
Оптическая схема фотометра включает в себя серые светофильтры с коэффициентом пропускания 1/2, 1/5, 1/10, которые служат для ступенчатого ослабления интенсивности излучения при определении больших концентраций элементов или установления необходимой степени разбавления раствора; ирисовые диафрагмы, позволяющие осуществлять компенсацию фототоков и изменять чувствительность определения.
Приемниками излучений лития, натрия и кальция служат селеновые, а калия - сернисто-серебряные фотоэлементы. Измерительными приборами служат два зеркальных гальванометра с линейной и логарифмической шкалой отсчета.
Оптическая и регистрирующая схема позволяют определять одновременно два элемента (например, натрий и калий) и выполнять анализ по относительной интенсивности излучения элементов.
Пламенный фотометр ФПФ-58. Фотометр позволяет определять калий, натрий, литий и кальций в растворах, начиная с концентраций в 1 мг/л раствора с средней точностью +3-5% от определяемой концентрации.
Фотометр рассчитан на применение ацетилено-воздушного пламени (возможно применение пропано-бутано-воздушного пламени). В комплект входит воздушный компрессор.
Оптическая система прибора включает в себя интерференционные светофильтры, линзы, зеркало и диафрагмы. В приборе осуществлена компенсационная схема. В регистрирующую систему входят мультищелочные фотоэлементы, усилитель постоянного тока и микроамперметр.
Схема позволяет работать при разных ступенях чувствительности прибора.
Пламенный фотометр ППФ-УНИИЗ. Фотометр предназначен для определения калия, натрия и кальция в растворах. Согласно паспорту, чувствительность определения натрия и калия составляет 1 мг/л раствора. При наличии соответствующих светофильтров возможно определение лития, стронция и некоторых других элементов.
Фотометр рассчитан на применение ацетилено-воздушного, пропано-бутано-воздушного и пропано-бутано-кислородного пламени. Для выделения излучений определяемых элементов служат интерференционные светофильтры, в приборе осуществлена компенсационная схема. Приемниками света являются селеновые и сернисто-серебряные фотоэлементы. Фототок регистрируется микроамперметром.
Существенной особенностью рассмотренных трех вариантов пламенных фотометров является то, что в них осуществлена компенсационная схема измерения интенсивностей излучения определяемых элементов. Необходимость этой схемы вызывается недостаточной монохроматичностью светофильтров, которая приводит к завышению данных по определяемым элементам.
Рассмотрим компенсационный метод на примере определения натрия в присутствии кальция.
Светофильтр для выделения излучения натрия с максимумом пропускания в области 5890 А в некоторой мере пропускает излучение кальция (красная полоса), а светофильтр для выделения излучения кальция с максимумом пропускания в области 6200 А в некоторой мере пропускает излучение натрия. Для выполнения анализа применяют одновременно две фотометрические головки, которые включают в себя светофильтр, фотоэлемент и диафрагму. Фотоэлементы включены на измерительный прибор по компенсационной схеме.
Введение натрия и кальция в пламя вызывает фототоки; значения токов определяются концентрацией этих элементов и параметрами светофильтров и фотоэлементов. Пусть I1 и i1 - фототоки, вызываемые излучением натрия, падающим на фотоэлементы первой и второй головок, а I2 и i2 - фототоки, вызываемые излучением кальция, падающим соответственно на вторую и первую головки. Положим
Регистрирующая система

Суммарный фототок, регистрируемый гальванометром, будет равен:
Регистрирующая система

Предварительно, до выполнения анализов, введем в пламя раствор чистой соли кальция в концентрации С. При помощи оптической диафрагмы или шунтов в электрической цепи Са-головки уменьшим ток I2 в этой цепи в т раз. Тогда I2=i2. Сохраняя эти условия опыта при выполнении анализов, мы исключим влияние кальция, присутствующего в концентрации С на результаты определения натрия. Учитывая, что при выбранных условиях чувствительность Са-головки уменьшается в т раз, получим из формул (3) и (4):
Регистрирующая система

Компенсируя фототоки, вызываемые излучением кальция, мы вместе с тем систематически уменьшаем на величину I1/nm электрические сигналы, создаваемые излучением натрия в Са-головке. При n=20 и m=25 уменьшение сигнала равно I1/20•25, или 0,2% от измеряемой величины. Это практически не влияет на точность определения натрия.
Необходимость компенсации возникает при применении ацетилено-воздушного пламени и других более высокотемпературных. При использовании пропано-бутано-воздушного пламени необходимость применения компенсационного метода отпадает, так как интенсивность излучения щелочноземельных элементов при этом виде пламени очень мала.
Пламенный фотометр модель III. Пламенный фотометр модель III нашел широкое распространение в нашей стране. Он конструктивно прост и надежен в работе. Фотометр позволяет определять содержание в растворах натрия, калия и кальция. Для определения других элементов дополнительные части и оборудование поставляются по требованию заказчика. Фотометр позволяет количественно определять щелочные элементы с концентрацией в 1 мг/л раствора.
Фотометр рассчитан на применение ацетилено-воздушного или пропано-бутано-воздушного пламени, что обеспечивается соответствующими горелками и смесителями. Воздух и горючий газ поступают из специальных баллонов. Возможно использование воздушных компрессоров и технического газа (при соответствующей стабилизации его поступления). Расход воздуха и газа контролируется соответственно стрелочным и водяным манометрами (приблизительно 0,4 атм и 40-50 мм).
Распылитель прибора выполнен из стекла и имеет сменные сопла, что позволяет изменять расход анализируемого раствора и степень его распыления.
Оптическая часть прибора включает в себя интерференционные светофильтры, осветительные линзы и сферическое зеркало. Хотя светофильтры и имеют сравнительно узкую область пропускания, все же они не могут полностью обеспечить монохроматичность излучения определяемых элементов. Например, светофильтр для натрия частично пропускает излучение кальция, что приводит к завышению получаемых данных. Поэтому при определении небольших концентраций натрия (и калия) в присутствии высоких концентраций кальция необходимо делать соответствующие поправки, осаждать кальций или вводить его в эталонные растворы.
Селеновый фотоэлемент прибора обеспечивает определение натрия, калия и кальция. Для определения других элементов служит цезиевый фотоэлемент.
Измерение интенсивности фототока производится при помощи специального гальванометра чувствительностью порядка 10в-9 а, который располагается на аналитическом столе рядом с прибором.
Пламенный фотометр модель III не требует какой-либо специальной подготовки анализируемых проб, которая определялась бы конструктивными особенностями прибора. Анализ выполняется по абсолютной интенсивности излучения того или иного элемента. Возможен анализ по относительной интенсивности, но он будет сопряжен с двумя раздельными измерениями - интенсивности излучения определяемого элемента и внутреннего стандарта, вводимого в анализируемый раствор в постоянных концентрациях.
В настоящее время разработано значительное число вариантов пламенных фотометров, но, как правило, они отличаются в основном конструктивными особенностями при осуществлении рассмотренных выше узлов фотометра. Поэтому основные приемы работы и методические положения остаются справедливыми при работе на всех пламенных фотометрах.
Пламенные спектрофотометры. Значительное распространение получили пламенные спектрофотометры индивидуального изготовления, осуществленные на основе монохроматора УМ-2 и спектрофотометра СФ-4. Первый прибор имеет стеклянную оптику и позволяет определять элементы, имеющие излучения в видимой и инфракрасной областях спектра (литий, натрий, калий, рубидий, цезий, кальций, стронций, барий). Второй прибор имеет кварцевую оптику и позволяет работать в ультрафиолетовой области спектра. Число определяемых элементов может быть значительно расширено.
Из заграничных вариантов пламенных спектрофотометров можно указать на приборы, выпускаемые фирмами «Unicam» и «Веckman», позволяющие определять около 20 элементов.