Способ определения концентрации веществ в растворах

 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения концентраций веществ в растворах. Целью изобретения является повышение воспроизводимости и точности масс-спектрометрического анализа. Способ включает диспергирование исследуемого раствора в потоке воздуха, осаждение аэрозольных частиц на испаритель источника ионов, нагрев испарителя. Особенностью способа является использование градуировки устройства инерционного осаждения аэрозолей и определение зависимости массы осадка на испарителе от концентрации контрольного раствора. Градуировочный график позволяет определить количество буферного и эталонного веществ. Использование в анализе буферного и эталонного веществ позволяет в несколько раз увеличить точность определения концентраций веществ в растворах. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Н 01 J 49/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ графической зависимости. Затем в исследуемый раствор добавляют такие количества буферного и эталонного веществ, отличных по составу от исследуемых компонентов раствора, чтобы их концентрация составляла соответственно:

10 С+, приm cш»;

Б 9<Р

»

10 С, при mac где С вЂ” о 6щая ко нцен тр ация в се х обем компонентов в исследуемом неразбавленном растворе, значение которой соответствует значению m« H on1 (21) 4371164/24-21 (22) 07. 1 2 ° 87 (4б) 15. 01. 90. Бюл. 11- 2 (71) Московский инженерно-физический институт (72) А.А. Сысоев, С. Н. Борисов и А. С, Гюльбадамов (53) 621.384(088.8) (56) Манов В.В. Пьезорезонансные датчики. M. Энергия, 1978, с. 8?-89.

Борисов С.Н. Отбор проб для массспектрометрического- анализа. — В кн.:

IV Всесоюзн.конф.по масс-спектрометрии.Тезисы докл. — Сумы, 1986, секция 8, с. 30-32. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ВЕЩЕСТВ В РАСТВОРАХ (57) Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения концентИзобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для определения концентрации веществ в растворах.

Целью изобретения является повышение воспроизводимости и точности массспектрометрического анализа.

Согласно предлагаемому способу предварительно проводят градуировку устройства инерционного осаждения аэрозолей (импактора) и определяют зависимость массы осадка на испарителе от концентрации контрольного раствора. По этой зависимости находят значение массы осадка т«, соответствующее точке перегиба на этой

2 рации веществ в растворах. Целью изобретения является повышение воспроизводимости и точности масс-спектрометрического анализа. Способ включает диспергирование исследуемого раствора в потоке воздуха, осаждение аэрозольных частиц на испаритель источника ионов, наГрев испарителя. Особенностью способа является использование градуировки устройства инерционного осаждения аэрозолей и определение зависимости массы осадка на испарителе от концентрации контрольного раствора. Градуировочный график позволяет определить количество буферного и эталонного веществ. Использование в анализе g буферного и эталонного веществ позволяет в несколько раз увеличить точность определения концентраций веществ в растворах. 2 ил.

1536455

S $f

2,3 10 f, 35 площадь электрода, см ; собственная частота пьезодатчика, мГц; разность измеряемой и соб- 40 ственной частот. где S о

Последовательно изменяя концентрацию контрольного раствора в интервале возможных значений концентраций исследуемого раствора и определяя соответствующие значения массы осадка на контрольной подложке, строят градуировочную зависимость массы осадка ш на подложке от концентрации контрольного раствора С (фиг. 1). По

50 графику определяют точку перегиба кривой, которой соответствуют координаты (m+, С ). Значение С соот+ + ветствует такой концентрации буферного раствора, при которой дисперги55 руемые из него и высушенные аэрозольные частицы с некоторым распределением по размерам (кривая I, фиг.2) ределяется по градуировочному графику;

С соответствует m H С = С

Далее проводят масс-спектрометри5 ческий анализ полученного раствора по описанной методике и по измеренному отношению ионных токов эталонного раэбавителя и i-го исследуемого вещества I, /I а также по известно- 10 му значению концентрации эталона в, растворе С определяют приближенно значения концентраций исследуемых веществ в растворе С„, причем буферное, эталонное и исследуемое вещест- 15 ва должны быть различными по элементному составу.

На фиг. 1 изображен градуировочный график; на фиг. 2 — график распределения по размерам аэрозольных 20 частиц..

Масс-спектрометрический анализ проводят следующим образом.

Предварительно осуществляют градуировку импактора. Лля этого раст- 25 вор, содержащий буферное вещество, распыляют, полученный жидкий аэрозоль высушивают, дисперсную фазу осаждают в одноступенчатом импакторе на контрольную подложку, представ- З0 ляющую собой масс-чувствительный пьезодатчик, и определяют массу осадка на ней по формуле осаждаются в импакторе на подложку начиная с некоторого размера d

P С" 1р Пк / р где П =Р для растворителя 1 воды

С - 5, 10" кг/л;

0 „ — размер диспергируемых капель.

После. этого исследуемый раствор диспергируют и полученный аэрозоль осаждают на контрольную подложку.

Определяют массу осадка m и сравнивают ее со значением m ". При этом, если т а т, то соответствующее т значение концентрации С будет меньше С (фиг. 1). Соответствующее С „ /г распределение по размерам аэрозольных частиц (кривая II, фиг.2) будет смещено относительно кривой I (распределение по размерам. аэроэольных частиц, соответствующее С ) в сторо+ ну меньших размеров. Соответственно, уменьшится и масса осадка на подложке (заштрихованная площадь S>). Чтобы заведомо осаждать частицы практически всего спектра размеров аэрозоля необходимо передвинуть распределение частиц по размерам в сторону больших значений размеров, т.е. укрупнить частицы. В соответствии с формулой (1) это может быть достигнуто увеличением концентрации раствора С . Таким образом, если добавить в раствор с концентрацией С некоторое количество буферного вещества, отличного по составу от исследуемого, то диспергируемые из этой смеси аэрозольные частицы укрупнятся и максимум их распределения по размерам в соответствии с зависимостью смеси р к сместится в сторону больших размеров частиц, Соответственно увеличится эффективность осаждения аэрозоля, т.е. количество осаждаемых с диаметром большим d частиц. Следователь% но, увеличится и общая масса осадка ш на подложке. Для того, чтобы на ос подложке импактора осаждалось 977 от массы всего аэрозольного вещества, входящего в импактор, необходимо в исходный раствор с концентрацией

С (кривая Е, фиг. 2) добавить столько буферного вещества, чтобы отноше55 6

С = К вЂ” С

I т т

5 15364 ние их концентраций в новом раствоС„+ 10 ре составило — . с

Кроме того, десятикратное разбавление исследуемого раствора буферным

5 веществом приводит к стабилизации эффективности осаждения аэрозольных частиц, которая зависит не только от размеров частиц, но и от их физико- 10 химических свойств. При таком разбавлении эффективность осаждения аэрозольных частиц, состоящих на 90Х из буферного вещества и на 10Х из исследуемых компонентов, определяется в основном свойствами буфера. При неизменном содержании буфера в растворе и вариации содержания исследуемых веществ в нем эффективность осаждения диспергируемых из него частиц практически 20 не меняется и определяется свойствами буфера.

Далее в разбавленный буфером исследуемый раствор добавляют такое количество эталонного вещества, чтобы кон- 25 центрация составила С = С,„ . Полученный раствор переводят в аэрозольное состояние и анализируют массспектрометрическим способом, определяют ионные токи эталона I и исследу- 30 емых компонентов раствора I,. По формуле

5 где К вЂ” коэффициент относительной чувствительности масс-спектрометрического прибора, определяют значения концентраций компонент в разбавленном исследуемом 40 растворе.

Пример. Проводился масс-спектрометрический термический анализ водного раствора, содержащего LiC1

PbN0 и БРИО . 45

Анализ проводился на серийном массспектрометре МИ-1201 с источником ионов с электронным ударом. Анализ заключался в определении абсолютных концентраций веществ, входящих в исследуемый водный раствор. . Генерация аэрозольных частиц производилась с помощью аэрозольного медицинского ингалятора АИ-1 путем диспергирования водного раствора LiCI, .

PbNO> и ScNO> в статическую камеру.

Полученные аэрозольные частицы, содержащие LiC1, PbNO и ScNO» с помощью одноступенчатого импактора осаждали на подложку испарителя источника ионов либо на контрольную подложку. B качестве контрольной подложки использовался масс-чувствительный пьезорезонансный датчик с собственной частотой 8 ИГц, что позволяет проводить измерение массы осадка в интервале 10 -10 г. Объемный рас-9 ход воздуха через импактор составлял

5 х 10 м /с, диаметр выходного сечения сопла для формирования ускоренного потока — 10 м, расстояние межь ду соплом и подложкой -10 м, время отбора пробы — 30 с.

Предварительно проводилась градуировка импактора. Для этого снималась зависимость массы пробы, осажденной на подложку-, от концентрации контрольного раствора соли NaCI (фиг.1). Градуировочная зависимость снималась для всего диапазона возможных значений концентрации исследуемого раствора -С = 10 + 10 г/л. На градуировочной графической зависимости определялась точка ее перегиба с координатами т, С ф

Для данного импактора значения С и m составляли соответственно

4,2 10 г/л и 5,1 10 г.

После этого исследуемый раствор диспергировали и высушенные аэрозольные частицы осаждали на контрольной подложке ° Определяли массу осадка moc

Fe значение составило 4,5 ° 10 г.

Таким образом в соответствии с формулой разбавления исследуемого раствора буферным веществом (NaC1) приняли СБ = 10 С = 4,2 г/л и добавляли такое количество буферного вещества в исследуемый раствор, что его концентрация составила величину С Р. Кроме того, в исследуемый раствор добавили такое количество эталонного вещества (InNO>), чтобы его концентрация составила С = С

= 3,6 ° 10 г/л, где С Бщ соответствует

m на градуировочном графике (если бы значение массы осадка превысило величину 5,1 ° 10 г, например составило бы 1, 0 .10 r, тогда по градуировочному графику импактора необходимо было бы определить величину С

В случае m = 1,0 10 г соответствуос

topee eH значение С Б составляет

5,3 "10 r. Тогда в соответствии с формулой разбавления С = 10 С „„

= 5,3 г/л). Разбавленный исследуемый раствор анализировали масс-спектро1536455 метрическим способом и определяли ионные токи для разбавленного исследуемого вещества I РЪ ° 15с

1;

По формуле С ° = К вЂ” С где

I М

In

Li, РЪ, Sc определяли искомые значения концентраций веществ С1 С

L< Pb

С в разбавленном исследуемом раст10 воре. Эти значения составили С, 1,1 ° 10 г/л; С = 2,3 ° 10 г/л;

С = 8 ° 10 г/л.

Формула изобретения 15

Способ определения концентрации веществ в растворах, заключающийся в том, что исследуемый Раствор предварительно диспергируют, полученный аэрозоль высушивают в потоке воздуха, 20 дисперсную фазу осаждают на контрольную подложку и испаритель источника ионов, на контрольной подложке определяют массу осадка m для исследуемого раствора и проводят масс-спектрометрический анализ, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости и точности масс30 спектрометрического анализа, в исследуемый раствор добавляют буферное (С >) и эталонное (C„) вещества так, чтобы их концентрации С удовлетворяли следующему соотношению (10 ° ..15)С при т„ m (10, ° 15) Сд при m Ф m

» где m — значение массы осадка, соответствующее точке перегиба на градуировочной зависимости массы осаждаемой пробы от концентрации исследуемого вещества, кг;

C ù — общая концентрация всех компонентов в исследуемом неразбавленном растворе, значение которой соответствует m no градуировочному графику, кг;

С* - соответствует m» по градуировочному графику, кг7л С

= С ©а кг/л, причем буферное и эталонное С вещества выбирают любыми различными по элементному составу и отличными от исследуемого вещества.

Составитель В. Кудрявцев

Редактор Т. Лазоренко Техред М.Дидык Корректор С. Шекмар

Заказ !13 Тирах 389 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ухгород, ул. Гагарина, 1О1