СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАСТВОРЕННЫХ В ВОДЕ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01N23/22 

Изобретение относится к физико-химическим методам исследования материалов, а именно к применению вторично-ионной масс-спектрометрии для анализа примесей в водных растворах, и может быть использовано при решении различных аналитических, в том числе экологических, задач.

Известен способ масс-спекртометрического анализа примесей, основанный на явлении вторичной ионной эмиссии с поверхности твердого тела. [Заявка ФРГ N1957311, кл. G 01 N 23/22. Способ масс-спекртометрического анализа поверхности твердого тела. Публикация 1972, N42, (12.10)] который заключается в том, что поверхность исследуемого образца твердого тела облучают сфокусированым пучком первичных ионов с энергией 2-4 кэВ, регистритуют масс-спекр вторичных ионов, выбитых из поверхностного слоя образца, определяют концентрации химических элементов в образце по измеренным токам вторичных ионов этих элементов.

Однако этот способ рассчитан на изучение химического состава только твердых тел.

Известен также способ определения примесей в природных и сточных водах, основанный на применении атомно-абсорбционного метода [Басаргин Т.В. Розовский М.К. Чернова Н.В. Синтез, исследование и применение хелатообразующих сорбентов для концентрирования и определения микроколичеств элементов в природных и сточных водах. Журнал аналитической химии, 1992. т.47, N5, с.787-793] в котором до ввода исследуемого образца в атомно-абсорбционный спектрометр типа AAS-IN использовали предварительное концентрирование на специально синтезированных для этого хелатообразующих сорбентах. Приводится методика синтеза нового сорбента полистиролазо-оксибензинлиминодиуксусной кислоты. Необходимые для количественной сорбции условия определены для пяти элементов: марганец, железо, цинк, медь и свинец.

Способ позволяет определять концентрации указанных элементов на уровне 0,1 мг/л, однако для ограниченного числа элементов.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ качественного и количественного анализа водных растворов с помощью вторично-ионной масс-спектрометрии, в котором в качестве образца использовалась замороженная и охлажденная до температуры кипения жидкого азота капля водного раствора [Танцырев Г.Д. Ляпин Г.Ю. Анализ водных растворов методом масс-спектрометрии вторичных ионов. Журнал аналитической химии, 1991, т.46, N9, с.1767-1771] Упругость пара воды при 144К равна 10^-6Па, поэтому она практически не испаряется в вакуум.

Измерения проводили на масс-спектрометре МИ 120Э. Образец бомбардировали пучком атомов аргона с энергией 5 кэВ, интенсивность пучка 10¹¹ат/с. Для этого разработано специальное устройство ввода образца. Держатель образца представляет собой жесткую металлическую рамку, в центре которой на четырех тонких нейлоновых растяжках (диаметр 0,1 мм, длина 5 мм) подвешена подложка размером 10х5х2 мм, изготовленная из нержавеющей стали. На подложку наносят каплю раствора, рамку с образцом погружают в жидкий азот, а затем вводят в источник ионов масс-спектрометра. Способ позволяет определять анионы и катионы по масс-спектрам вторичных ионов с применением метода внутреннего стандарта с пределом обнаружения 10^-3г/л.

Недостатком данного способа является низкая чувствительность (порядка 1 мг/л) и необходимость технически сложного переоборудования экспериментальной установки.

Сущность способа заключается в том, что в способе определения содержания растворенных в воде примесей, включающем подготовку исследуемого раствора к вторично-ионному масс-спектрометрическому анализу путем фильтрации и перевода профильтрованного раствора из жидкой в твердую фазу, проведение бомбардировки ионами поверхности образовавшейся твердой фазы, регистрацию спектров вторичной ионной эмиссии и определение концентраций элементов по зарегистрированным спектрам, перевод из жидкой в твердую фазу осуществляют путем постепенного упаривания без выплесков и с исключением потерь твердых фракций, отбора нескольких капель концентрата и помещения их друг на друга на подложку из моноизотопного тугоплавкого металла и высушивания.

Кроме того, способ становится более эффективным, если концентрат после упаривания фильтруют.

Наилучшие результаты способ дает при использовании подложки из тантала.

Для подготовки образца берут 50 мл водного раствора, фильтруют фильтром "синяя лента" для удаления нерастворимых в воде примесей, упаривают при температуре около 100^oC до объема 25 мл, повторно фильтруют для удаления выпавших в осадок карбонатов кальция и магния. 10 капель (300 мкл) концентрата последовательно выкапывают на танталовую подложку с высушиванием, например, под настольной лампой.

Поверхность танталовой подложки предварительно зачищают мелкой абразивной шкуркой, обезжиривают бензином, затем ацетоном и промывают дистиллированной водой.

Повторная фильтрация необходима для устранения наложения пиков молекулярных ионов кальция и магния на пики исследуемых элементов.

Пример.

Примером реализации предложенного способа является определение элементного состава образца речной воды. Для проверки воспроизводимости результатов были подготовлены по приведенной методике три пробы одного и того же образца природной воды (река Волга). В таблице 1. приведен масс-спектр этого образца, полученный по результатам трех параллельных измерений. Из таблицы видно, что воспроизводимость измерений удовлетворительна, относительное стандартное отклонение не превышает величины 0,2. Абсолютные концентрации элементов могут быть получены методом добавок и путем построения градуировочных кривых. При этом эталонный раствор может содержать несколько элементов. Для данного образца были получены градуировочные графики для Mn и Co, которые оказались линейными с коэффициентами корреляции 0,988 для марганца и 0,998 для кобальта в диапазоне концентраций от 15 мкг/л до 15мг/л.

Определенная по приведенной методике концентрация марганца в исследуемом образце составила 0,02 мг/л.

Использование: анализ примесей в водных растворах с помощью вторично-ионной масс-спектрометрии, который может быть использован при решении различных аналитических, в том числе экологических, задач. Сущность изобретения: исследуемый раствор готовят к вторично-ионному масс-спектрометрическому анализу путем фильтрации и перевода профильтрованного раствора из жидкой в твердую фазу. Проводят бомбардировку ионами поверхности образовавшейся твердой фазы, регистрируют спектры вторичной ионной эмиссии и определяют концентрацию элементов по зарегистрированным спектрам. Перевод из жидкой в твердую фазу осуществляют путем постепенного упаривания без выплесков и с исключением потерь твердых фракций, отбора нескольких капель концентрата, помещения их друг на друга на подложку из моноизотопного тугоплавкого металла и высушивания. Способ становится более эффективным, если концентрат после упаривания фильтруют. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ определения содержания растворенных в воде примесей, включающий подготовку исследуемого раствора к вторично-ионному масс-спектрометрическому анализу путем фильтрации и перевода профильтрованного раствора из жидкой в твердую фазу, проведение бомбардировки ионами поверхности образовавшейся твердой фазы, регистрацию спектров вторичной ионной эмиссии и определение концентраций элементов по зарегистрированным спектрам, отличающийся тем, что перевод из жидкой в твердую фазу осуществляют путем постепенного упаривания без выплесков и с исключением потерь твердых фракций, отбора нескольких капель концентрата, помещения их одна на другую на подложку из моноизотопного тугоплавкого металла и высушивания. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный после упаривания концентрат фильтруют. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве моноизотопного тугоплавкого металла используют тантал.