Về Quang kế ngọn lửa ( Flame Photometer)

Nguyễn Phi 18/ 07/ 2022

Về Quang kế ngọn lửa ( Flame Photometer)

Khái niệm

Quang kế ngọn lửa quang điện là một công cụ được sử dụng trong phân tích hóa học vô cơ để xác định nồng độ của các ion kim loại nhất định, trong số đó có natri, kali, liti và canxi. Các kim loại nhóm 1 và nhóm 2 khá nhạy cảm với phép đo quang ngọn lửa do năng lượng kích thích thấp của chúng.

Phân tích mẫu bằng quang kế ngọn lửa

Về nguyên tắc, nó là một thử nghiệm ngọn lửa có kiểm soát với cường độ của màu ngọn lửa được định lượng bằng mạch quang điện. Cường độ của màu sắc sẽ phụ thuộc vào năng lượng đã được hấp thụ bởi các nguyên tử đủ để làm chúng bốc hơi. Mẫu được đưa vào ngọn lửa với tốc độ không đổi. Bộ lọc chọn màu mà quang kế phát hiện và loại trừ ảnh hưởng của các ion khác. Trước khi sử dụng, thiết bị yêu cầu hiệu chuẩn với một loạt các dung dịch chuẩn của ion cần kiểm tra.

Cấu tạo

Một quang kế ngọn lửa đơn giản bao gồm các thành phần cơ bản sau:

Nguồn của ngọn lửa: Đầu đốt trong quang kế ngọn lửa là nguồn của ngọn lửa. Nó có thể được duy trì ở nhiệt độ không đổi. Nhiệt độ của ngọn lửa là một trong những yếu tố quan trọng trong phép đo quang ngọn lửa

Hỗn hợp nhiên liệu-ôxy hóa	Nhiệt độ (°C)
Natural gas-Air	1700
Propane-Air	1800
Hydrogen-Air	2000
Hydrogen-Oxygen	2650
Acetylene-Air	2300
Acetylene-Oxyen	3200
Acetylene-Nitrous oxide	2700
Cyanogen-Oxygen	4800

Máy phun sương: Máy phun sương được sử dụng để đưa dung dịch đồng nhất vào ngọn lửa với tốc độ cân bằng.

Hệ thống quang học: Hệ thống quang học gồm gương cầu lồi và thấu kính cầu lồi. Gương cầu lồi truyền ánh sáng phát ra từ các nguyên tử. Gương cầu lồi cũng giúp tập trung lượng khí thải đến thấu kính. Ống kính giúp tập trung ánh sáng vào một điểm hoặc khe.

Bộ lọc màu đơn giản: Các phản xạ từ gương đi qua khe và đến các bộ lọc. Các bộ lọc sẽ cách ly bước sóng được đo khỏi bước sóng của các phát xạ không liên quan.

Máy dò ảnh: Cường độ bức xạ do ngọn lửa phát ra được đo bằng máy dò ảnh. Tại đây bức xạ phát ra được chuyển thành tín hiệu điện với sự hỗ trợ của máy dò ảnh. Các tín hiệu điện này tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng.

Nguyên lý của quang kế ngọn lửa

Các hợp chất của kim loại kiềm và kiềm thổ (nhóm II) phân ly thành nguyên tử khi đưa vào ngọn lửa. Một số nguyên tử này tiếp tục bị kích thích lên các cấp độ cao hơn nữa. Nhưng những nguyên tử này không bền ở các mức cao hơn.

Do đó, những nguyên tử này phát ra bức xạ khi trở về trạng thái cơ bản. Những bức xạ này thường nằm trong vùng khả kiến của quang phổ. Mỗi kim loại kiềm và kiềm thổ có một bước sóng xác định.

Đối với các phạm vi nồng độ nhất định, Cường độ phát xạ tỷ lệ thuận với số nguyên tử trở về trạng thái cơ bản. Và ánh sáng phát ra lần lượt tỷ lệ với nồng độ của mẫu.

Các bước hoạt động của máy quang kế ngọn lửa

Cả dung dịch gốc chuẩn và dung dịch mẫu đều được chuẩn bị trong nước cất mới.
Ngọn lửa của quang kế được hiệu chỉnh bằng cách điều chỉnh không khí và khí. Sau đó ngọn lửa được để ổn định trong khoảng 5 phút
Bây giờ thiết bị được bật và các nắp của buồng lọc được mở ra để chèn các bộ lọc màu thích hợp.
Các số đọc của điện kế được điều chỉnh về 0 bằng cách phun nước cất vào ngọn lửa.
Độ nhạy được điều chỉnh bằng cách phun dung dịch làm việc tiêu chuẩn đậm đặc nhất vào ngọn lửa. Bây giờ độ lệch thang đo đầy đủ của điện kế được ghi lại.
Một lần nữa nước cất được phun vào ngọn lửa để đạt được các số đọc liên tục của điện kế. Sau đó, điện kế được điều chỉnh lại về không.
Bây giờ mỗi dung dịch làm việc tiêu chuẩn được phun vào ngọn lửa ba lần và các kết quả đọc của điện kế được ghi lại. Sau mỗi lần phun, thiết bị phải được rửa kỹ.
Cuối cùng, dung dịch mẫu được phun vào ngọn lửa ba lần và các số đọc của điện kế được ghi lại. Sau mỗi lần phun, thiết bị phải được rửa kỹ.
Tính giá trị trung bình của số đọc điện kế.
Vẽ biểu đồ của nồng độ so với số đọc điện kế để tìm ra nồng độ của nguyên tố trong mẫu.

Các chất oxy hóa trong quang kế ngọn lửa chủ yếu là không khí, oxy hoặc nitơ oxit. Nhiệt độ của ngọn lửa phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu và chất oxy hóa.

Các quá trình xảy ra trong quá trình phân tích quang kế ngọn lửa được tóm tắt dưới đây:

Làm khô: Khử khô liên quan đến việc làm khô mẫu trong dung dịch. Các hạt kim loại trong dung môi bị ngọn lửa khử nước và do đó dung môi bị bay hơi.
Hóa hơi: Các hạt kim loại trong mẫu cũng bị khử nước. Điều này cũng dẫn đến sự bay hơi của dung môi.
Nguyên tử hóa: Nguyên tử hóa là sự phân tách của tất cả các nguyên tử trong một chất hóa học. Các ion kim loại trong mẫu bị ngọn lửa khử thành nguyên tử kim loại.
Kích thích: Lực hút tĩnh điện giữa các electron và hạt nhân của nguyên tử giúp chúng hấp thụ một lượng năng lượng cụ thể. Các nguyên tử sau đó sẽ nhảy lên trạng thái năng lượng cao hơn khi bị kích thích.
Sự phát xạ: Vì trạng thái năng lượng cao hơn không ổn định, các nguyên tử nhảy trở lại trạng thái cơ bản hoặc trạng thái năng lượng thấp để đạt được sự ổn định. Bước nhảy này của các nguyên tử phát ra bức xạ có bước sóng đặc trưng. Bức xạ được đo bằng máy dò ảnh.

Các ứng dụng của quang kế ngọn lửa

Máy đo quang ngọn lửa có thể được áp dụng cho cả phân tích định lượng và định tính các nguyên tố.

Các bức xạ do quang kế ngọn lửa phát ra là đặc trưng cho kim loại cụ thể. Do đó, với sự trợ giúp của quang kế ngọn lửa, chúng tôi có thể phát hiện sự hiện diện của bất kỳ nguyên tố cụ thể nào trong mẫu đã cho.
Sự hiện diện của một số nguyên tố nhóm II rất quan trọng đối với sức khỏe của đất. Chúng ta có thể xác định sự hiện diện của các kim loại kiềm và kiềm thổ khác nhau trong mẫu đất bằng cách tiến hành thử nghiệm ngọn lửa và sau đó đất có thể được cung cấp phân bón cụ thể.
Nồng độ của ion Na + và K + rất quan trọng trong cơ thể con người để thực hiện các chức năng trao đổi chất khác nhau. Nồng độ của chúng có thể được xác định bằng cách pha loãng và hút mẫu huyết thanh vào ngọn lửa.
Nước ngọt, nước trái cây và đồ uống có cồn cũng có thể được phân tích bằng cách sử dụng phép đo quang ngọn lửa để xác định nồng độ của các kim loại và nguyên tố khác nhau.