Способы измерения концентраций химических элементов в природных

Способы измерения концентраций химических элементов в природных средах

n Физическими называют методы анализа, в которых определение химического состава производят путем изучения физических свойств или измерения физических констант вещества. n В спектральных методах анализа используется способность атомов и молекул поглощать и испускать электромагнитное излучение. Качественный и количественный анализ вещества производят, изучая спектры поглощения и испускания. n Электромагнитное излучение одновременно проявляет свойства, характеризующие его как электромагнитную волну и как поток частиц – фотонов. n Фотон – элементарная частица электромагнитного излучения. n Каждый фотон несет порцию энергии, которую принято называть квантом. Энергию фотона часто выражают в электрон-вольтах (э. В) и килоэлектрон-вольтах (кэ. В).

Спектр электромагнитных волн Вид излучения Диапазон энергий кэ. В Диапазон длин волн γ-излучение 10 -5000 0, 0002 -0, 12 нм Рентгеновское 0, 11 -100 0, 01 -12 нм Ультрафиолетовое 0, 0033 -0, 1 10 -380 нм Видимое 0, 0017 -0, 0033 380 -750 нм Инфракрасное <10 -3 760 нм – 300 мкм Микроволновое <10 -3 300 мкм – 300 мм Радиоволны <10 -7 От 300 мм до нескольких километров

Метрологические параметры аналитических методов n Точность ― качество анализа, отражающее близость его результатов к истинному значению определяемой величины. n Правильность ― качество анализа, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в его результатах. n Воспроизводимость ― качество анализа, отражающее близость друг к другу результатов, полученных в одинаковых или различных условиях. n Порог чувствительности (предел обнаружения) – наименьшее содержание определяемого вещества, при котором по данной методике можно обнаружить его присутствие в пробе с данной доверительной вероятностью.

Требования к аналитическим методам при геохимических исследованиях n высокая производительность n низкая стоимость n высокая воспроизводимость определения (случайная погрешность должна быть меньше природной дисперсии содержания химического элемента) n высокая чувствительность (предел обнаружения химического элемента должен быть ниже его среднего содержания в исследуемых природных объектах).

Метод Элемент ПО, %* В, % Mo, Ag, Sn, Hg (1 5)∙ 10― 5 Li, Be, Sc, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, In, Yb, W, (1 5)∙ 10― 4 Tl, Pb, Bi Эмиссионный 10― 25 спектральный B, Mg, Al, Si, Ca, V, Mn, Zn, Sr, Cd, Sn, Sb (1 3)∙ 10― 3 Li, Na, As, Ba, Hf, Ta, Th (1 5)∙ 10― 2 K, P 1∙ 10― 1 Li, Si, Mg, Ni, Cu, Zn, Ag, Te, Cd (1 5)∙ 10― 4 Атомно-абсорбционный K, Ca, Cr, Mn, Fe, Sr, Pb, Bi (1 5)∙ 10― 3 5― 20 Al 5∙ 10― 2 Se 2∙ 10― 5 Рентгено- As, Y, Zr, Rb, Sr, Pb, Th, U (2 6)∙ 10― 4 3― 6 спектральный Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Nb (2 6)∙ 10― 3 Ge, Ba, W 1∙ 10― 2 As, Sb, Hf, Au (2 6)∙ 10― 5 Нейтронно-активационный Cs, Cr, Co, Se, Th (1 5)∙ 10― 4 4― 10 Fe, Zr, Rb, Ba (1 2)∙ 10― 2 Пламенно- Li, Rb, Cs (2 5)∙ 10― 4 5― 20 фотометрический Na, K, Ca, Sr (0, 5 2)∙ 10― 2 Mo, W, Re, Au (1 5)∙ 10― 5 5― 10 Ga, Ge, Se, Ag, Tl, Th (1 5)∙ 10― 4 10― 20 Фотометрический Be, B, F, P, Sc, Ti, V, Cr, Ni, As, Sr, Nb, Ta, Bi (1 5)∙ 10― 3 10― 20 Mg, Al, Cl, Mn, Fe, Co, Zr, Sn (1 5)∙ 10― 20 Ge 1∙ 10― 6 Полярографический Mo, Re (5 8)∙ 10― 4 10― 30 Cu, Zn, As, Se, Cd, Hg, Pb (1 5)∙ 10― 3

Классификация методов спектрального анализа

Преимущества спектрального анализа n универсальность метода, т. е. общность схем проведения анализа любого объекта n быстрота определений и возможность автоматизации n высокая избирательность, позволяющая одни элементы определять в присутствии других без предварительного разделения n возможность обнаружения и определения очень малых содержаний (следов) элементов в различных веществах

Схема атомно-эмиссионного анализа

Вдувание порошка в дуговой разряд

Предел обнаружения Цена 1 опред. в руб. без НДС Объект Элемент Метод Испарение из канала угольного Способом электрода в % просыпки в % за 31 эл. за 24 эл Минеральное Барий 0, 01 Приближённо- 238 207 сырьё Бериллий 0, 00003 количественный Ванадий 0, 003 0, 001 спектральный Висмут 0, 0001 0, 0003 анализ Вольфрам 0, 003 0, 010 Галлий 0, 001 0, 0005 Германий 0, 003 0, 0001 ССН в. 7 Иттербий 0, 0001 - т. 3. 1 Иттрий 0, 001 - норма 398, 399, Кадмий 0, 001 0, 0003 400, 401 Кобальт 0, 0001 0, 0003 Лантан 0, 01 - Литий 0, 01 - Марганец 0, 001 - Медь 0, 001 Молибден 0, 0001 Мышьяк 0, 01 0, 005 Никель 0, 001 0, 0005 Ниобий 0, 003 - Олово 0, 0005 0, 0003 Ртуть 0, 01 0, 001 Свинец 0, 0005 0, 0003 Серебро 0, 0003 0, 00001 Скандий 0, 001 - Стронций 0, 01 - Сурьма 0, 003 0, 001 Тантал 0, 1 - Титан 0, 001 - Хром 0, 001 Цинк 0, 003 Цирконий 0, 001 -

Эмиссионный спектрометр ЛИЭС-2 М n ЛИЭС-2 М – экспресс-анализатор элементного состава объектов природной среды предназначен для измерения массовой концентрации химических элементов в различных твердых пробах без использования «мокрой химии» в лабораторных условиях. Преимуществом данного прибора является определение наличия и концентрации химических элементов в пробах породы, руды, металлах, почвах, донных отложениях и других твердых объектах в течениие 1 -3 минут

Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) n РФА - это быстрый, неразрушающий и безопасный для окружающей среды метод анализа, обладающий высокой точностью и воспроизводимостью результатов. n Метод позволяет качественно, полуколичественно и количественно определять все элементы от бериллия до урана, находящиеся в порошкообразных, твердых и жидких пробах. n С помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра можно определять как очень низкие концентрации на уровне от 0, 1 до 10 ppm (одна часть на миллион), так и очень большие - вплоть до 100% без всякого разбавления пробы.

Модель атома Бора