Спектральный способ определения концентрации веществ Советский патент 1985 года по МПК G01N21/72 G01J3/42 

Фг/г./ Изобретение отноеится к технике аналитического контроля веществ и мажет найти применение для определе ния концентрации атомов в различных веществах. Известен способ определения концентрации атомов в веществе lj. Недостатком этого способа являет ся невозможность обеспечения эффективного учета неселективных помех. Известен спектральный способ опр деления концентрации веществ, включающий изменение ширины линии источ ника излучения за счет его возбужде НИН импульсами тока, изменяющимися по амплитуде, измерение коэффициента поглощения анализируемого вещест ва при различной ширине линий 2J. Изменение ширины контура линии излучения осуществляется за счет питания спектральной лампы прямоугол ными импульсами тока с различной ам плитудой и длительностью. Измерения провойятся на паре импульсов при ус ловии равенства интегральных интенсивностей излучения. Необходимость реализации различных коэффициентов атомного поглощения (2-10 раз) при выбранном способе возбуждения излучения приводит к тому, что амплитуды нмг:ульсов тока и, как следстви интенсивностей излучения существенно отличаются друг от друга. В этом случае при равенстве интегральных интенсивностей длительности импульсов будут отличаться в 10-100 раз. Последнее приводит к уменьшению час тоты следования импульсов при сохра нении номинального среднего тока через лампу (условие долговечности) и как следствие - к увеличению длительности измерений. Измерение опти ческих, плотностей за существенно различные интервалы времени снижает точность учета спектральных помех, особенно при нестационарном процесс атомизации - непламенной атомизации, так как в этом случае непрерьтно изменяется не только уровень н селективного поглощения, но и величина атомного поглощения. Целью изобретения является повышение точности анализа при определении оптической плотности аналитической ячейки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определен концентрации веществ, включающему возбуждение источника излучения импульсами тока, изменякяцимися по амплитуде, измерение коэффициента поглощения анализируемого вещества при различной ширине линий резонансного излучения, резонансное излучение возбуждают суперпозицией прямоугольных импульсов тока и затухающих гармонических колебаний, а измерения проводят в первом полупериоде и по окончании процесса затухания, соблюдая условие ; Tufin 6 имп ют где I кмп -длительность прямоугольного импульса, -период затухания гармонических колебаний; -частота гармонических колебаний ; if (5-10)-. в предлагаемом способе реализуется эффект аномального увеличения коэффициента атомного поглощения при форсированном возбуждении спектральной лампы с полым катодом. Наложение затухающих гармонических колебаний на прямоугольный импульс тока приводит в начальной момент (до 50-100 мкс) действия импульса к существенному повышению интенсивности излучения (в 2-3 раза) без характерного уменьшения коэффициента атомного поглощения. Это обусловлено тем, что при форсированном возбуждении в начальный момент времени перед полостью катода спектральной лампы не успевает образовываться облако атомных паров достаточной плотности и контур линии излучения не претерпевает ущирения за счет самопоглощения. Измерения, проведенные в начальный момент ( в первом полупериоде колебания), позволяют получить максимальный коэффициент атомного поглощения при высокой интенсивности излучения, тем самым повьшшется соотношение сигнал/шум.По истечении времени формирования облака ато1мных паров (по окончании процесса затухания) коэффициент атомного поглощения, за счет уширения линии излучения, резко падает и устанавливается на определенном уровне, после чего целесообразно проводить второе измерение. Таким образом, за время действия одного импульса возбуждения проводятся два измерения, максимально ПРИ.3. 1 ближенные друг к другу, и при благо. приятных соотношениях сигнал/шум, чт позволяет повысить точность учета не селективных помех. На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 - эпюры сигналов. Блок-схема состоит из спектральной Лампы 1, атомизатора 2, монохроматора 3 и последовательно соединенных фотоэлектронного умножителя 4, измерительного устройства 5, регистратора 6, при этом управлякщий вход устройства 5 соединен с выходом формирователя 7 импульсов и через усилитель 8 мощности - со спектральной лампой 1, а вход формирователя 7 подключен к импульсному генератору 9 и к генератору 10 затухающих колебаний, выход которого соединен с уси лителем 8 мощности. Устройство работает следующим образом. Импульсный генератор вырабатывает импульсное напряжение (фиг.2, эпюра. - 11) с частотой i «г . Устройство 7 формирует импульсы (фиг.2, эпюра 12) с амплитудой ig и длительностью I 4н/V КЛГЛЛЛ ЛЯЛ . J f ff:I я. -«л л Л-ГА ....„. Управляемый импульсным генератором 9 генератор ГО формирует последователь ность затухающих гармонических колебаНИИ у (фиг.2,эпюра 13)с частотой и временем затухания ат Сигналй с устройств 7 и 10 суммируются (фиг.2. эпюра 14) на входе усилителя 8 мощности и подаются на спектральную лампу 1. Излучение спектральной лампы 1 (фиг. 2, эпюра 15), повторяющее форму тока (с некоторьм изменением амплитудных соотношений), проходит через аналитическую зону атомизатора 2 и поступает на вход монохроматора 3. Сигнал с фотоэлектронного умножителя 4, установленного на выходной щели монохроматора, поступает на вход измерительного устройства 5. Последнее при помощи сигналов синхронизации (фиг.2, эпюра 16) проводит измерение поглощательных способностей в первом полупериоде затухающих гармонических колебаний (фиг.2, эпюра 15,ie-t) ) и по окончании процесса затухания (фиг.2, эпюра 15,), т.е. в те интервалы времени, когда коэффициенты атомного 124 поглощения отличаются наиболее существенно (фиг,2, зависимость 17, ij-i j) . Затем разность измеренных значений регистрируется устроиством 6. Приведенная (фиг.2) зависимость 17 коэффициента атомного поглощения обусловлена изменением ширины контура линии резонансного излучения, при форсированном нарастании тока возбуждения в период времени i.tt перед полостью катода не успевает образоваться облако атомных паров достаточной плотности и излучение, испускаемое катодом, не претерпевает самопоглощения и имеет узкий контур линий. Затем с течением времени происходит увеличение плотности атомных паров перед полостью катода, резонансное излучение испытывает самопоглощение, ее контур линии уширяется уменьшается коэффициент атомного поглощения. Это происходит до тех пор. пока этот процесс в лампе не устанавливается (фиг.2, зависимость 17{ I . . ) . Наиболее существенно коэффициенты атомного поглощения отличаются в случае, если измерения проводить за первьШ полупериод затухания г.армонических колебанийТ, ).. и ° окончании процесса затухания а время Tj. При равенстве длитель«° измерений Т,Т (фиг.2, 17; t 7 Длительность импульса должна бытьТ,,Т2 илиТ, Диапазон изменения T.j. и If определяется физическими процессами. Резкое нарастание тока приводит к интенсивному катодному распылению и, как следствие, к повьш1ению концентрации атомного пара в полости катода, при этом резко увеличивается интенсивность излучения. Однако ширина линии в этот момент достаточно узкая, поскольку в основном определяется эффектом Доплера. Время выхода атомного пара за счет диффузии его в прикатодную область для большинства элементов, исходя из экспериментальных данных, составляет 50-100мкс. Тем самым,, в предлагаемом способе величинаTj, должна быть менее 50 мкс. S1 Для обеспечения минимального уширения линии за время первого измерений ( у фиг.2) I/fj. выбирается в 5-10 раз меньшей . П р и м е-р . Использовался опыт ный образец атомно-абсорбционного анализатора Спектр-5 с атомизацией в пламени пропан-воздух. Измерения проводились на линии еди (324,8 нм) при напряжении на ФЭУUmgu OO В, входной ширине щели монохроматора SB 0,25 мм и выходной ширине щеАи Sgij|x 0,5 мм. Амплитуда гармонического колебания в первси полупериоде составляла 300 мА, амплитуда основно го импульса тока (фиг.2, эпюра 12) , мА. Частота следования импуль сов тока - 80 Гц, if 50 кГц. Время измерения выбиралось равным и составляло 10 мкс. При этом был получен следугойщй аналитический результат: предел обнаружения меди 0,005 мг/л при отношении фонового поглощения к атомномуЫ р / oi д 100. Фоновое поглощение возникло за счет 12 присутствия в анализируемом растворе солей лантана (2% La). Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность анализа при атомно-абсорбционном определении концентрации веществ. Предлагаемый способ может быть использован в атомно-абсорбционньЬс анализаторах при массовом экспрессанализе технологических продуктов горноперерабатывающих производств, предприятий цветной и черной металлургии, химической промышленности и др. Использование способа в средствах аналитического контроля позволяет оперативно получать точную информацию о содержании анализируемых продуктов, что в свою очередь позволяет оптимизировать технологический процесс. Использование предлагаемого способа в атомно-абсорбционной аппаратуре позволит получить эффект от внедрения около 40% экономического эффекта от внедрения анализатора Спектр 4А-1.

tr it t,

9m.t

СПЕКТРАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРА1ЩИ ВЕЩЕСТВ, включающий возбуждение источника излучения импульсами тока, изменяющимися по амплитуде, измерение коэффициента поглощения анализируемого вещества при различной ширине линий резонансного излучения, отличающи йс я тем, что, с целью повышения точности анализа при определении оптической плотности аналитической ячейки, резонансное излучение возбуждают суперпозицией прямоугольных импульсов тока и затухающих гармонических колебаний, a измерения проводят в первом полупериоде и по окончании процесса , соблюдая условие . ° гдеТу,((, - длительность прямоугольных импульсовf Тздт - период затухания гармонических колебанийj Лг - частота гармонических колебаний причем ij.