Способ определения концентрации химического элемента при атомно-абсорбционном анализе

 

Способ определения концентрации химического элемента в пробе при атомно-зб-° сорбционном анализе, заключающийся в измерении величин абсорбционности излучения просвечивающего источника на характеристической длине волны этого, элемента. Регистрируемая величина абсорбционности после каждого измерения преобразуется в число создающих эту величину поглощающих атомов, а градуировочный график строится как зависимость числа поглощающих атомов от концентрации элемента в пробе. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (II) (я)л G 01 N 21/74

УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ДОМСТВО СССР

СПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПАТЕНТУ с

i.,.,:i.:,;",д д ч - Ы(Р . (КЛ (5

А

Предполагаемое изобретение относится к спектральному анализу и может быть ис ользовано при определении неизвестно концентрации химического элемента в ан лизируемой пробе методами атомно-абсо бционного анализа (ААА), Известен способа ААА определения ко центрации химических элементов в пробе заключающийся в измерении абсорбцио ности характеристического излучения определяемого элемента при его прохождении через поглощающий слой атомных па ов,создаваемых в атомизаторе (пламя, гр фитовая печь и др.), причем сначала изм ряются величины абсорбционности, созд ваемые атомными парами при введении в томизатор эталонных растворов с извест(2 (2 (4 (7

on (7 (7

Н (5

СП

) 4891234/25

) 17.12.90

) 30.08.93. Бюл. N 32

) Государственный институт прикладной ики

) А.Х.Гильмутдинов и С,Ф.Горбачев

) Научно-производственное объединение сударственный институт прикладной оптики"

) Л ь вов Б.В. Атомно-а бсорбцион н ый ктральный анализ. М.: Наука. 1966, с. 300.

Патент США М 4238830, 6 01 J 3/ 42, 1980.

) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТЦИИ ХИМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ

ОМНО-АБСОРБЦИОННОМ АНАЛИЗЕ (57) Способ определения концентрации химического элемента в пробе при атомно-абсорбционном анализе, заключающийся в измерении величин абсорбционности излучения просвечивающего источника на характеристической длине волны этого, элемента. Регистрируемая величина абсорбционности после каждого измерения преобразуется в число создающих эту величину поглощающих атомов, а градуировочный график строится как зависимость числа поглощающих атомов от концентрации элемента в пробе, 3 ил. ными концентрациями, затем строится график зависимости величины абсорбционности от концентрации элемента в эталонных растворах (градуировочный график), измеряется абсорбционность при введении в атомизатор пробы с неизвестной концентрацией, значение этой концентрации опре- 00 деляется по графику. Этот способ (д) трудоемок, требует большого числа этало- QQ нов,- значительного времени на обработку 4 данных и обладает ограниченной точностью, Наиболее близким к заявляемому является способ; включающий атомизацию анализируемой пробы, просвечивание атомного пара посредством источника све- 4) та, излучающего на характеристической

1838778

А - (д (2) длине волны, измерение абсорбционного сигнала А поглощающего слоя определяемых атомов, определение искомой концентрации по величине информационного параметра, Способ осуществляется следующим образом: за величину информационного параметра принимается абсорбционный сигнал . А, причем сначала последовательно измеряются величины поглощения атомных паров, создаваемых при введении в атомизатор эталонных проб с известной концентрацией "С" определяемого элемента.

Значения этих величин фиксируются в памяти ЭВМ спектрометром, которая по соответствующей программе производит аппроксимацию градуировочного графика рациональной функцией:

С =(К1А+ КзА ) /(К2А — 1) (1) где Ki, Е2, Кз — константы аппроксимации.

Затем производится измерение. величины поглощения А в слое атомных паров при введении в атомизатор пробы с неизвестной концентрацией Сх определяемого элемента и ЭВМ.по соотношению (1) вычисляет эту концентрацию.

Этот способ обладает следующими недостатками;

1) Из-за кривизны градуировочного графика для их корректной реализации требуется значительное число эталонов.

2) Наименьшая относительная погрешность анализа этими способами составляет величину порядка 2-3 %; тогда как значение абсорбционности измеряется в спектрометре с погрешностью порядка долей процента, т,е. стадия калибровки, основанная на этих, способах, значительно ухудшает метрологические характеристики ААА.

3) Градуировочные графики ряда элементов (Ni, РЬ и др.) являются сильно искривленными, что значительно ограничивает диапазон определяемых концентраций.

Основная причина указанных недостатков заключается в том, что все известные способы аппроксимаций градуировочного графика являются формальными, никоим образом не связанными со спектральными характеристикамй используемой аналитической линии.

Целью изобретения является сокраще-. ние числа эталонов для построения градуировочного графика, увеличения диапазона определяемых концентраций и уменьшение погрешности измерений, Поставленная цель достигается тем, что в способе определения концентрации хими-, ческого элемента в пробе при атомно-аб25

55 сорбционном анализе, включающему атомизацию анализируемой пробы, просвечивание атомного пара посредством источника света излучающего на характеристической длине волны, измерение абсорбционности А поглощающего слоя определяемых искомой концентрации по величине информационного параметра, во время атомизацией измеряют температуру излучающего слоя в просвечивающем источнике Тп и температуру поглощающего слоя атомов Тп регистрируют (определяют) контур линии испускания I (м ) и контур линии поглощения К (со ) и в качестве информационного параметра используют число поглощающих атомов N, которое рассчитывают из соотношения

/ф(и) хрj — àи K (и))д rv

00 где а — параметр определяющий оптическую толщину поглощающего слоя.

На фиг.1 представлен пример зависи-. мости измеренной на выходе спектрометра абсорбционности от числа поглощающих атомов для аналитической линии свинца; на фиг.2-экспериментально построенный градуировочный график для определения свинца (кривая 1) и преобразованный градуировочный график (кривая 2); на фиг.3— графическое представление реализации предлагаемого способа в электротермическом атомизаторе.

Способ определения концентрации химического элемента в пробе осуществляет ся следующим образом.

Производится атомизация анализируемой пробы, образуемый при этом атомный пар просвечивается посредством источника света излучающего на характеристической длине волны, при этом измеряется величина абсорбционного сигнала. Производится измерение температуры излучающего слоя в просвечивающем источнике и температура поглощающего слоя атомов Т> регистрируются (определяются) контур линии испускания l(cu) и контур линии поглощения К(й)) .

С использоваяием этих данных производится преобразование измеренной величины абсорбционности А (инструментальный параметр) в число поглощающих атомов N (физический параметр). создающих эту абсорбционность и затем построение градуировочного графика в новых переменных

N = F(C) причем преобразование осуществ1838778

I (В) = „bt )ч (1=1 и —, 2 ты г

Ave

ЛМЬ

ЗЬ соб реализуется следующим образом.

Текущее значение нестационарного

35.сигнала А (t) с помощью выражения (4) на

50

; гтаемога.. способа -определения концентра55:ции: хиМического; элемента в пробе при . атомйб-збсорбционном.анализе; позволяет

"сократить необходимое количество .эталонов- до 2-3 с. соответствующим повышение производительности анализа, уменьшить ляется по формуле (2) строго учитывающей все спектральные характеристики используемой аналитической линии.. 0) — Лй)( т„гт„

1 Ф вЂ” контур линии испускания, в общем случае состоящий из и компонент сверхтонкой структуры (СТС) с относительными интенсивностями Ь и имеющими положение

Лв) на шкале нормированных частот

Лво — доплеровская ширина линии поглощения а/и — параметр Фойхта для линии испускания. б, k(cU) = g II((ll — 6(d+Oтза,;а,)—

I =j контур линии поглощения, состоящий из тех же компонент СТС, что и контур линии испускания, но смещенных относительно него

* на величину ударного сдвига 0,73 an (an— параметр Фойхта для линии поглощения).

Здесь учтено, что каждая компонента

CTC испытывает в общем случае доплеравское и лоренцовское уширение и т.о. опись(вается Фойхтовской функцией:

Н(в, а)= — .(оу — <)О а +(ж — у) В соотношении (2) параметр а, определяющий оптическую толщину поглощающего слоя имеет вид

I 1 а=2 ча In2

mc ЛИi где f - сила осциллятора используемого спектрального перехода; е,m — соответственно заряд и масса электрона, с — скорость света в вакууме.

Параметры Ьь Лм. f. аи и ал являются .фундаментальными характеристиками спектральной линии и поэтому известны ап -! риОри. Параметры Т,, Тп и ЛИ ЗавиСят От ,условий эксперимента и при выбранных ус ловиях анализа могут быть измерены или ( вычислены. Таким образом при проведении

20 конкретного ААА в память ЭВМ заносятся все данные, необходимыедля преобразования по выражению (2) измеренной на выходе спектрометра абсорбционности А в число поглощающих атомов M. Пример такой зависимости построенный для условий воздушно-ацетиленового пламени, представлен на фиг, 1 для аналитической линии (винца

286.3 нм. состоящий из пяти компонент CTC с параметрами

Это обстоятельство обусловливает значительное искривление эависимости А - F (Й); а следовательнО и ipapytepoaouwoiq графика. Экспериментально построенный градуировочный график для определейия свинца прй испЬльэовании в качестве атомизатора воздушно-ацетиленового пламе- . ни представлен на фиг,2 кривой 1.

Преобразованная на основе выражения (2) (см. также фиг.1) зависимость N (С) представлена на том же рисунке кривой 2. Видно, что эта зависимость (преобразованный, градуировочный график) является значительно менее искривленной, имеет больший диапазон линейности и больший диапазон определяемых концентраций. Соответственно, точность ААА по кривой 2 возрастает, при этом для его построения требуется меньшее число эталонов.

8 электротермических атомизаторах, в которых абсорбционность A(t) является переменной величиной, предложенный спомикро ЭВМ спектрометра преобразуется в меняющееся число поглощающих атомов N (t) (см. ф иг.3), т.е,. инструментальный сигнал пропускается через своеобразный "компьютерный фильтр", преобразующий его в физическую величину.

Дальнейшее построение градуировочного графика осуществляется по традиционной схеме либо по пиковому. либо по интегральному значению сигнала с использованием вместо А полученных значений N.

Преобразованный градуировочный график

N F (С) вновь является менее искривленным, обладает большим диапазоном линейности, чем исходный градуировочный график А - F (С). Все преобразования производит микро ЭВМ. Гаким образом; использование предла1838778

Ли, см

0,1897,2643

0,3473

0,4440

0,1474

0,0736

0,014

0,241

0,524

0.2 0.4 0.6 0.8 I.Î I.2 I.4 I.á и, IOI cu

Фиг, f погрешность и увеличить диапазон определения концентраций.

Технико-экономическим и реимуществом данного способа является воэможность без изменения в конструкции прибора ограничиться 1-2 эталонами (против 5-8 в известном), на порядок уменьшить погрешность аппроксимации, значительно расширить диалазон измеряемых концентрации и таким образом уменьшить. время одного элементо-определения и точность измерений.

Формула изобретения

Способ определения концентрации химического элемента при атомно-абсорбци„-„ онном анализе, включающий атомизацию анализируемой пробы, просвечиванив атомного пара посредством источника света, излучающего на характеристической длине волны, измерение абсорбционного сигнала А поглощающего слоя определяемых атомов, определение искомой концентрации по величине информационного параметра,о тл и чаю щи йс я тем, что. с целью сокращения числа эталонов для построения градуировочного графика увеличения диапазона определяемых

5 концентраций и уменьшения погрешности измерений, во время атомизации измеряют температуру излучающего слоя в просвечивающем источнике Тп и температуру поглощающего слоя атомов Т,. регистрируют

10 контур линии испускания l(в ) и контур линии поглощения К (в ), и в качестве информационного параметра используют число поглощающих атомов N, которое рассчитывают из соотношения

15 г Ти1Тв 4

А=!д

Л(в) ехр -aN к(и))б и

20 где а — параметр, определяющий оптическую толщину поглощающего слоя.

1838778

1з г

12.г

4.Д7, юл

ad,ХОР

ДЬс . Я

Составитель С.Горбачев

Техред М,Моргентал Корректор Т. Вашкович

P дактор

Заказ 2923 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101