Способ электротермической атомизации
Изобретение относится к спектральному анализу с электротермической атомизацией и может быть использовано для анализа различных материалов. Цель изобретения - снижение пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в аналитической зоне. Способ включает дозировку пробы на зонд, ввод зонда в атомизатор, нагретый до стационарной температуры, импульсный нагрев зонда с задержкой относительно момента прохождения им внешних границ атамизатора, при этом зонд в момент его разогрева помещают в нижнюю точку пересечения контура поперечного сечения аналитической зоны с вертикальной осью этого сечения. Рассмотрены два альтернативных метода выбора величины задержки: расчетный и аналитический. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистичесних
РЕСПУБЛИК.SU» 1567938 д1 (51)5 G 01 N 21 74
ВЫЕИ@ др
nA-,:;:.;I; д, ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4362117/31-25 (22) 11.01.88 (46) 30.05.90. Бюл. ¹ 20 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) М. В. Гребенников, А. А. Емельянов, Ю. П. Ляшенко и В. И. Барсуков (53) 543.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 998927, кл. G 01 N 21/74, 1983.
Гребенников М. В. и др. Электротермическая атомизация вещества при импульс иом введении анализируемои пробы в изотермическую печь с независимо нагреваемого металлического испарителя. — В сб.: Х1Х Всесоюзный съезд по спектроскопии. Ч. 5 Томск, ТФ СО АН СССР, 1983, с. 289 — 291.
Изобретение относится к спектральному анализу с применением электротермической атомизации и может быть использовано для атомизации пробы при определении состава материалов и их испарения и атомизациии.
Цель изобретения — снижение пределов обнаружения элементов.
Способ осуществляется следующим образом.
На поверхность зонда, находящегося вне объема печи, наносят анализируемый материал. Затем проводят нагрев печи до стационарной температуры. После проведения термической обработки пробы зонд вводят во внутренний объем печи через центральное отверстие в стенке печи, например, за счет сил гравитации. В момент, когда зонд находится в точке, определяемой координатами пересечения контура сечения с осью симметрии аналитической зоны, производят им2 (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКО1 1
АТОМИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к спектральному анализу с электротермической атомизацией и может быть использовано для анализа различных материалов. Цель изобретения — снижение пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в аналитической зоне. Способ включает дозировку пробы на зонд, ввод зонда в атомизатор, нагретый до стационарной температуры, импульсный нагрев зонда с задержкой относительно момента прохождения им внешних границ атамизатора, при этом зонд в момент его разогрева помещают в нижнюю точку пересечения контура поперечного сечения аналитической зоны с вертикальной осью этого сечения. Рассмотрены два альтернативных метода выбора величины задержки: расчетный и аналитический.
2 табл. пульсный нагрев зонда от независимого источника питания, например батареи конденсаторов. Под действием тепла проба испаряется и атомизируется во внутреннем объеме печи. Полученное в результате облако атомного пара используется в анализе, например атомно-абсорбционном.
Сущность изобретения заключается в следующем.
При импульсном испарении пробы с поверхности зонда атомное облако имеет форму вытянутого и смещенного вертикально вверх за счет конвективных потоков относительно головки зонда сфероида. В связи с этим при включении импульсного нагрева зонда в момент, когда он находится у отверстия его ввода в печь, атомное облако лишь частично перекрывает просвечивающее излучение, т. е. не полностью заполняет аналитический объем. Кроме того, большая
1567938 дол . атомныi паров выносится через входИОЕ ОтВЕРсзИе.
Величина аналитического сигнала при азомно-абсорбционном методе анализа определяется плотностью атомных паров определяемого элемента в просвечивающем луче.
Плотность паров в луче зависит от соотношения скоростей испарения пробы при атомизации и диффузного выноса ее паров из аналитической зоны. В идеальном случае необхолимо, чтобы время введения атомных паров в просвечиваюгций луч было гораздо меньше, чем время их выхода из ыналнтической зоны. При этом достигается высокая плотность атомного пара и, с.с>ответственно, увечичение аналитического сигнала. В иышем случае аналитичсской зоной является внутренний объем цилиндрической печи. полностьк>»ыполненной просвечивающим излучением. В эту зону вводится мегаллический зонд в виде петли, в нижней части которой находится точечный сухой остаток пробы. Г1ри испарении с сновная масса паров сосрелс>тс>чена над источником испарения. Поэтому ири погружении зонда в любую то . ку плоскости поперечного сечения печи, отличную от предлагаемой. образовавшееся облако атомных паров булег иерс крыцыгь лишь частично ыналитическук> лону. !ля Ilî I) пения максимального аналичическог0 сигиы.<Н необходимо наложить еще два ус. овия, с|ервое из них — требование единства дейс гвия пространственного факторы (погружение в точку) и временного (момент импульсного нагревы зонда для ис парения и атомизации пробы) Второе условие вытекает из особенносзс и поведения пробы ны зонде ири его движении н горячей зоне виугреииего об.ьемы релварительнс> разогретой печи и ирелставл>«T .обой ещ один временный фактор и>гс рныл времени ныхожлення»онла в рс>зс> рс ой зоне (объеме) атом и»атора.
Действительно, с момента погружения с«>иды с г>с>обой в атомизатор ны него действует тепловой поток. иерелавыемыи It ló»а счет тес110HpoBt>3HoclH газа и и»л;чеиия стенок ытомизатора. Ве чичина > Iî t> потока, оирелеляемая температурой внутренних cleнок атомизатора, может оказаться достаточной для начала испарения пробы прежде, чем»онд будет разогрет дополнительным импульсом. В таком случае часть пробы покинет поверхность испарения и будет находиться в газовой фазе к моменту действия импульса, а за счет процессов переноса может покинуть аналитическую зону. Тогда масса пробы, испускаемая с поверхности зонда ири действии импульсного нагрева, уменьшится, в результате уменьшится плотность образующегося атомного облака, т. е. не обеспечивается максимальный положительный результат несмотря на одновременное ссн>людение остальных упомянутых двух условий: зонд помещен в заданную точку во время действия импульсного нагрева.
Таки м образом, существует необходимость ограничить время нахождения зонда в объеме атомизатора ло подачи разогревающего импульса. Это время или величина задержки будет зависеть от ряда параметров: от теилофизических свойств зонда, газовой среды, ытомизатора и др., и внешне проявляется в появлении и регистрации аналитического сигнала до воздеиствия импульса нагрева. Поэтому для определения величины
>ыдержки использованы два различных, но равнозначных по достижении> положительного эффекта подхода: расчетный, анали)5 тический.
Расчетный вариант. Исходя из условий реализации способа мы имеем случай нагрева тонкого тела в печи с постоянной температурой. Согласно законам термодинамики величина задержки выбирается из условия
1п(— 1"":--т — ") S,V,С т = — --- - >- — — -- — ---, Ка (1) где T. — температура стенок атомизатора, К;
T -- начальная температура зонда, К;
Т . — — температура плавления анализируе
?5 мого материала, находящегося на зонде, К; толщина прогреваемого слоя материала зонда, м; р — плотность материала зонды, 30 кг/см ;
С теилоемкость материала зонда, Дж/кг К; а -- средний коэффициент теилоотдачи для лиапазона температур
Т вЂ” Т., Втlм- . К;
К постоянный коэффициент, зависящий от конфигурации зонда (для пстлевого нз проволоки К=2, для шара К=3).
Аналитический вариант. Как было отмече40 Iî, появление паров элемента в ана.читической зоне проявляется в появлении и регистрации аналитического сигнала. В таком случые необходимо, чтобы время появления паров совпало с моментом действия импульсного нагрева зонда.
"5
Как показали эксперименты, время задержки, определяемое расчетным путем по формуле (1), и время задержки, определяемое llo моменту появления аиалитического сигнала, практически совпадают по достигаемому положительному результату (табл. 2).
Указанные признаки являются альтернативным и.
Выполнение одновременно всех трех условий (пространственного и двух временных -- действие импульса в заданной точке с определенной задержкой) приводит к повышению эффективности использования атомных паров при формировании аналитического сигнала абсорбции, и, как следствие, к снижению пределов обнаружения.
1бо 7938
Форму га изобретения
ХарагстеристггчесКОЕ КОЛИ гЕСтВО
10 l.
Глубина погружения зонда, мм
160
67 о
0
2
3,5
1п(—" — — ") S р.С
Тп Тпа т—
Ка о виси
7 с
Лпалитический сигнал, отн.ед. и.с
0,25
0,3
0,38
0,33
0,21
200 50
q0г1
217
Составитель В Веля в
Редактор М. Келемеш Техред И Верее
Заказ 1318 Тираж 511
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям
113035, Москва, Ж--35, Ра ндкая
Г1роизводственно-издательский комбинат «Патент». r
Короентор (! Цинике
Потписное и о г к р м хи я и п р и Г К Н Т (. д 1 наб., д, 4 3
Уж .)po;, ул. Гагарин,, 1О!
Пример. Раствор меди концентраиией
0,01 мкг/мл готовили из базового раствора, составленного на основе азотно-кислой соли. С помощью микрошприца анализируемый раствор объемом 1 мкл наносили на зонд. Металлический зонд из сплава ВР5, диаметр проволоки 0,2 мм, радиус петли
0,5 м м, длина вол ны Оп ределен ия меди
324,8 нм. Стационарная температура печи
2300 К. Регистрация аналитического сигнала по амплитудному методу. Скорость нагрева зонда 300 К/мс.
Результаты измерений сведены в табл. 1, из которой, видно, что чувствительность определения меди с предлагаемым способом атомизации увеличивается в 80 раз.
Т а б л и ц а 1
В табл. 2 представлены результаты изменения величины аналитического сигнала (абсорбция-А) 17 ПГ меди при различной величине задержки (т.«.) подачи импульса нагрева на зонд, помещенный в заданную точку аналитической зоны.
Таблица ф
Расчетная величина задержки, полученная па формуле (1) .
11роведенные исследования показали, что чувствительность определения элементов улучшается в 10 — 100 раз. Величина и стабильность поправки контрольного опыта в данном способе остались прежними и поэтому указанное увеличение чувствительности и приводит к пропорциональному снижению пределов обнаружения.
Способ электротермической атомизации с применение.< зонда-испарителя, включающий дозировку пробы на зонд, ввод зонда в атомизатор, причем температуру аналитической зоны атомизатора поддерживают постоянной, импульсный нагрев зонда, испарение и превращение пробы в атомный пар, отли гающийся тем, что, с целью снижения пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в анали20 тической зоне, нагрев зонда проводят с задержкой 11О времени относительно момента прохождения им внешних границ атомизатора, при этом величина задержки т или выбирается из условия где T„— температура стенок атомизатора, К;
Т: — начальная температура зонда, К;
30 Т .. — температура плавления анализируемого материала, находящегося на зонде, К; — толщина прогреваемого слоя материала зонда, м; р — плотность материала зонда, кг/м ;
З5 С вЂ” теплоемкость материала зонда, Дж/кг. К; а — средний коэффициент теплоотдачи для диапазона температур T.—
-Т;:, Вт/м К;
К вЂ” постоянный коэффициент, зависящий от конфигурации зонда (для петлевого из проволоки К=2, для шара К=З), или соответствует времени появления аналитического сигнала, причем до момента
45 времени т зонд помещают в нижнюю точку пересечения контура поперечного сечения аналитической зоны с вертикальной осью
ЭТОГО СЕЧЕНИЯ.
