Способ спектрального анализа

 

Изобретение относится к области атомного эмиссионного, абсорбционного , флуоресцентного и лазерного спектрального анализа трудноатомизируемых элементов. Целью является повышение чувствительности и точности анализа трудноатомизируемых элементов. В пламя дополнительно вводят легкоионизирующуюся добавку и пропускают электрический ток вдоль фронта распространения пламени. 1 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А) (19) (11) 3СЕСОЕ36! 1

i13 „" „.;„",. ., „13 !

ВМШМФТЕЫ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ>

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3790872/3 1-25 (22) 06.07.84 (46) 23.08.87. Бюл. № 31 (71) ЛГУ им. А.А.Жданова (72) Е.Д.Прудников (53) 543.42(Р88.8) (56) Патент США № 3634884, кл. G 01 N ?1/34, 15.08.7?.

Заявка Англии № 1368810, кл. С 01 J 3/ОО, 02.10.74 (51)4 G01 N21 73 G01 J 342 (54) СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА (57) Изобретение относится к области атомного эмиссионного, абсорбционного, флуоресцентного и лазерного спектрального анализа трудноатомизируемых элементов. Целью является повышение чувствительности и точности анализа трудноатомизируемых элементов. В пламя дополнительно вводят легкоионизирующуюся добавку и пропускают электрический ток вдоль фронта распространения пламени. 1 ил., 2 табл.

1 f332203 2

55

Изобретение относится к области атомного эмиссионного, абсорбционного, флуоресцетного и лазерного спектрального анализа и может найти применение для анализа трудноатомизируемых элементов.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности анализа трудноатомизируемых элементов.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит распылитель

1, горелку ", катод 3, анод 4, образующие зоны разряда 5-7, источник 8 питания.

Проба распыляется распылителем 1 и аэрозоль в смеси с горючими газами вводится в горелку 2 и пламя. На пламя воздействуют электрическим током, для чего в пламя вводят электроды (катод 3 и анод 4, которые подсоединены к источнику 8 питания). Дополнительно в пламя вводят добавки легкоиониэующего элемента в следующей концентрации, ат/см :

Это можно осуществить путем добавки легкоионизующегося элемента в исследуемый раствор до концентрации

5-50 мг/мл, а также при использовании дополнительного распылителя для элемента-добавки или распылении раствора легкоионизующегося элемента непосредственно в пламя, После этого включают источник питания и пропускают через пламя электрический ток в направлении фронта распространения пламени, подводя к пламени напряжение 1РО-400 В.

Сила электрического тока составляет

5-20 А, В случае осуществления в пламени дугового электрического разряда расстояние между электродами составляет

3-10 мм, при этом разряд поддерживается за счет термоэлектронной эмиссии с раскаленного катода. При больших расстояниях между электродами дуговой разряд гаснет и не может быть осуществлен.

Введение легкоионизующейся добавки позволяет осуществить новый тип разряда при больших расстояниях между электродами. При малых расстояниях между электродами 3-10 мм также на блюдается. чисто дуговой разряд, но при увеличении расстояния между элект5

?5

35 родами — три зоны разряда. Иежду катодом и вьш ележащими зонами пламени возникает дуговой разряд диаметром

3-5 мм определяемый термоэлектронной эмиссией с катода (зона 5). Зона 5 разряда вытянута вдоль фронта распространения пламени вследствие потока газов пламени. Температура и другие характеристики этой зоны разряда идентичны параметрам обычного дугового.разряда (Т = 5000-7000 К). Выше этой зоны дугового разряда появляется зона спокойного разряда, аналогичного известному тлеющему разряду в инертных газах (зона 7), Появление подобного разряда обусловлено ионизацией элемента-добавки в вышележащих над дуговым разрядом зонах 7 пламени на высотах более 3-5 мм. Зона

7 разряда расширяется за счет диффузии в ниде воронки над зоной 5 разряда и на высоте 25 мм и выше захватывает весь объем цилиндрического пламени диаметром 20 мм. Длина зоны спокойного разряда зависит от концентрации и типа легкоионизующегося элемента-добавки используемого пламени и характеристик разряда (табл.1).

Температура зоны 7 разряда несколько ниже температуры зоны 5 и составляет 4000-6000 К. Вблизи анода (в зоне 6) за счет ускорения электронов в электрическом поле и бомбардировки анода электронами возникает дуговой разряд диаметром 3 мм, аналогичный известному типу дугового разряда.

В способе реализуется новый тип сильноточного пламенно-плазменного разряда в газах пламени в присутствии легкоионизующейся добавки. Аналитической зоной предлагаемого пламенноплазменного разряда является эона 7 разряда между дуговыми разрядами на катоде и аноде. При стабильном разряде падение напряжения в этой зоне сос,тавляет менее 1/3 приложенного к электродам напряжения, а на катоде и аноде падение напряжения составляет более 1/3 припоженного потенциала, соответственно. Зона 7 тлеющего разряда является наиболее стабильной зоной предлагаемого разряда и ее аналитические.характеристики мало зависят от эффектов блуждания дугового разряда на катоде и аноде, в этой зоне гораздо меньше фоновое излучение самого разряда„ а условия возбуждения элементов приближаются к

1332203

50 условиям «озбуждения в тлеющем раз— ряде. Все это в сочетании с высокой температурой аналитической зоны предлагаемого пламенно-плазменного разряда позволяет повысить чувствитель5 ность и точность анализа труцноатомизируемых элементов.

В устройстве катод 3 расположен у основания горелки а анод 4 — выше каУ 10 тода по оси горелки. Такое расположение катоди и анода обеспечивает совпадение направления пропускаемого через пламя тока с потоком газов пламени и стабилизацию разряда. Расстоя- 15 ние между катодом и анодом составляет

10-100 мм. Минимальное расстояние определяется возможностью осуществления предлагаемого нового типа разряда, а максимальное расстояние связа20 но с практическими соображениями при атомно-абсорбционном анализе элементов в пламени. Для снижения влияния эффекта блуждания дугового разряда на катоде и аноде электроды установо лены под углом не более 90 по отношению к оси горелки.

Пример . Используют эмиссионный и атомно-абсорбционный спектрофотометр с концентрическим распылите30 лем, камерой распылителя и пламенем воздух-ацетилен. В пламени устанавливают электроды из спектрального графита: катод над горелкой и анод на расстоянии 20-60 мм над катодом. К электродам подсоединяют стабилизированный агрегат электропитания постоянного тока,(250 В,15 А). В пламя распыляют растворы, содержащие легкоионизующийся элемент калий и трудноатомизируемые элементы (алюминий и ванадий). Изучают условия получения предлагаемого пламенно-плазменного разряда в пламени и эмиссионные спектры определяемых элементов.

В табл. 1 даны условия получения 45 стабильного пламенно-плазменного разряда с пламенем воздух-ацетилен, калием в качестве легкоионизующегося элемента и агрегатом питания.

Данные табл. 1 показывают, что для получения стабильного пламенноплазменного разряда необходима соответствующая концентрация элементадобавки, которая оценивается по выра жению (1). Пламенно-плазменный 55 разряд может быть реализован и с другими пламенами (пропан-воздух, ацетилен-закипь азота), при этом изменяется необходимая концентрация элемента-добавки и результирующая температура аналитической зоны разряда.

В качестве элемента-добавки могут быть применены не только щелочные, но и щелочно-земельные и другие элементы.

Стабильный пламенно-плазменный разряд получают при установке катода у основания горелки, а анода — выше катода по оси горелки и питании разряда постоянным током. Обратное расположение электродов приводит к нестабильности разряда. Не имеется принципиальных ограничений для питания разряда пульсирующим и переменным током, но здесь снижается стабильность разряда и каждый период необходим поджиг разряда высоковольтной искрой.

Температура пламенно-плазменного раз-, ряда, которая оценивается по интенсивности излучения линий железа, составляет порядка 4000-5000 С и вьпйе, т.е. по температуре пламенно-плазменный разряд занимает промежуточное положение между пламенами и высокотемпературными разрядами: ВЧ-плазмой и плазмотронами.

Изучение аналитических характеристик предлагаемого пламенно-плазменного разряда показало, что стабильность разряда не уступает стабильности пламен и значительно превосходит известные комбинированные пламенно-дуговые источники атомизации. Это позволяет повысить точность измерений трудноатомизируемых элементов и снизить пределы обнаружения. Коэффициент флуктуаций и погрешность измерения с предлагаемым пламенно-плазменным разрядом составляет 0,01-0,03 по сравнению с 0,10-0,3 для известного. Высокая стабильность и температура пламенно-плазменного разряда дают возможность повысить чувствительность измерений.

В табл. 2 показаны пределы обнаружения элементов с различными атомизирующими устройствами.

Данные табл. 2 показывают, что чувствительность измерений для предлагаемого способа на порядок выше, чем для высокотемпературных пламен и не уступает высокочастотной индуктивно связанной плазме.

Возможности изобретения осуществляются наиболее полно, если катод .и анод выполняются в виде тороидальных колец или другой формы держателей,.

133?203 расположенных вокруг пламени, в которые устанавливаются попарно электроды о под углом не более 90 к оси горелки.

Это позволяет снизить влияние обгорания материала катодм и анода при работе разряда. В качестве материала контактов катода и анода можно ис пользовать графит,стеклоуглерод, пирографит, окислы редкоземельных элементов.

Способ спектрального анализа, заключающийся в введении пробы в пламя и воздействии на пламя электрическим током, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствиТаблица 1

Наличие разряда при расстояниях между катодом и анодом, мм

Концентрация калия в растворе, мг/мл

25 40 б0

0,1

0,2

0,5

1,0

3,0

Нестабилен

6,0

12,5

25,0

Формула изобретения тельности и точности анализа трудноатомизируемых элементов, в пламя дополнительно вводят добавки легкоиониэующегося элемента в концентрации ! пан 100

n, = (10 -10 ) e "- " --- a /cM

Т„„ где V — потенциал иониэации элеменпон та-добавки, эВ, Т,„ — температура пламени, К, и пропускают через пламя электрический ток силой 10-?О А в направлении фронта распространения пламени с помощью электродов, расположенных по оси пламени, при этом анод расположен над катодом на расстоянии не менее длины аналитической зоны и оба под углом к ней не более

+ Неста- Нестабилен билен

133. 203

Т а блица 2

Элемент и линия,нм

Предел обнаружения, мкг/мл

Высокочастотная плазма ламя за- Известный Плам.— кись азо- дуга †п- плазм. ист.атота-ацети- мя миз ен

0,01

0,001 0,001

0,001 0,0005

0,001

Ллюминий 396,1

Молибден 386,4

Ванадий 437,9

309,3 ион.

Кремний 251,6

Бор 249,8

0,005

0,01

0,01

0 05

0,01

0,0002

0,002

0,0005

0,005

0,001

0,01

0,01 он

Составитель О.Матвеев

Редактор И.Шулла Техред М.Ходанич Корректор Е.Рошко

Заказ 3825/39 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4