Устройство для определения щелочных металлов Советский патент 1985 года по МПК G01N21/67 

4;

-5

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, содержащее угольные электроды для получения горизонтального дугового разряда, блок стабилизации дугового разряда и блок регистрации спектра излучения, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности определения путем обеспечения устойчивого переноса паров пробы в ореол дугового разряда, в устройство введен графитовьи стержень с каналом для помеп(ения пробь, при этом верхний край стержня совмещен с продольной осью дугового разряда и стержень установлен на одинаковом расстоянии от электродов и с возможностью вращения вокруг своей оси, а блок стабилизации дугового разряда выполнен в виде кварцевой трубки, которая установлена над графи товьм стержнем так, чтобы ореол дугового разряда был размещен внутри трубки.

11 Изобретение относится к эмиссноиному спектральному анализу, и частности, к устройствам для определения щелочных металлов в алюмосиликатах и гли roзeмe и может найти применение на предприятиях цветной металлургии, в горно-рудной промьшшенности, Б научных исследованиях. Известно устройство для ог ределения щелочных металлом путем фотометрии возбуждаемого в пламени излучения нейтральных атомол этих элементов, включающее фульгуратор для полу чения аэрозоля, газовую горелку для получения гшамерп- и блок pertCTpai.y-in спектра ll . Дамно. yci-poiCTBo характеризуется Бысо1а:)й стабильностью источника возбуждени;. что обеспечи.вает малую относительную ошибку eтo да (до 1%); за счет использования довольно большой для эмиссионного спектрального анализа напески ( г) уменьшается случайная , обусловле1И{ая остаточной неоднородноет.ю исследуемого образца; кроме того, устройство обеспечивает экспресснос обработки аналитического сигнала. Недостатками да1П1ого ycTpoiicrria является необходимость проведеии.ихимической подготовки проб, которая делает анализ достаточно длительным. Кроме того, пведеьгие в анализ дополнительньк реактивов, iianpi-iMep борной кгтслоть, всегда связано с опасностью зараже1 И5 пробы посторонными элементами, т.е. нес. ошибки. Извест 1о также усгройс:во сиоииого спектрального лиализа щелочнь х метал:гов, содс-Р я сс- ппа гр афит овых эле к тр од а, р а ciio o;t;e и 11 под углом 90 друг к лругу, блок для стабш;изацйи дугового разряда путем обдува его ноз;;ухом (нанриг-гор пьшесос) и блок для регистрап.ип спектра излучения 2 j , Лнали:, проводимый с помощью ( устропства экономичен и ;-1Кспрес;сен, посколы у исключает химическую ; одото -:у иг.обы„Недостатком чзБестно;,о устройства является ijepaBHCiMepiioe )аии п.чектродов npi-i его работе что не:;.;т к нерегулярности процес:са ,4cn,v;ic:H ;;; пробы и к большой случа о: псмреп:ности анализа (до 30%) . И.ель июбретен.ия - тювышеш т;;.; ности определе {ия путем обес 1ечс;;ич 42 устойчивого переноса паров пробы в ореол дугового разряда. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения п елочных металлов, содержащее угольн1)1е электроды для получения горизонтального дугового разряда, блок стабилизации дугового разряда и блок регистрации спектра излучения, введен графитовый стержень с каналом для помещения пробы, при этом верхний край стержня совмещен с продольной осью дугового разряда и стержень установлен на одинаковом расстоянии от электродов и с возможностью вра|дени5г вокруг своей оси, а блок ciaбилизат1ии дугового разряда ныполне}: в виде кварцевой трубки, которая установлена над трафитовым стержнем так, чтобы ореол дугового разряда был разме1(ен внутри трубки. Пре.члаг.емое устройство обеспечивает получение хорошо оформле1и ого ореола дуги, который отличается от и,ентральной части дугового разряда низкой температурой. Такая температура (1800-2000-К) является оптимллыюй для 15озбуждения атомнрлх ли1И-ГЙ ще л очных мет а л л о в . I На фиг. 1 дана схема устройс.ва ;на фиг. 2 - результаты измере};ия вертикального распределени.я эффективной температуры в ореоле ;;уги; на фиг. 3лир|ии Na 588,9 нм и Na 589,6 нм, полученные при использовании блока для пр Пудительно1ч сбд.ува; на фиг. 4 .тинии Na 588,9 нм и Na 589,6 нм без принудительжно обдува; на фиг. 5 ьсинематические развертки спектра гранита ггри различных услсчвиях стабнлизаци испарения робы и по.чожепня ореола дугового разряда. Устройство содержит горизо.чтально расг1о: ОЛ;енные графитов,le электроды 1, графитовый стержень 2 с канало-м- для помещения нрсбы, держате1 ь 3 стержня 2, П11МВОД 4 к мСТору, вращающему стержень вокруг его оси, К1)арцевую трубку 5 для стабилизации Среола ЛУГИ. Графитовый стержень имеет канал 6 для иоме.цения пробы и :1ей(;у 7 5 про гочепну;() ira расстоянии 1,5 мм от дна канала 6. Ус| эойство работает следующим образом. Истертую в пудру пробу или эталон плотно набивают в канал 6 графитовоio стержня 2. Стержень 2 помещают между электродами 1 на равном рассто янии от каждого электрода и таким образом, чтобы верхний край стержня 2 находился на продольной оси дугового разряда. Положение стержня и электродов корректируют до их проекции на промежуточной диафрагме осветительной системы спектрального прибора. Стержень 2 с пробой приводя.т во вращательное движение с помощью электромотора. Зажигают шестнадцатиамперную, дугу. В первые секунды горения дуги в канале стержня 2 образуется расплав (при анализе проб алюмосиликатного состава) или спек (при анализе глинозема). Испарение пробы начинается через 1-2 с и заканчивается через 100 с после зажигания дуги. Кривая испарения образует два максимума. Формирование первого происходит в течение 40 с. После зажигания дуги в кварцевой трубке 5 благодаря разнице температур на ее концах возникает интенсивная тяга. Пламя дуги втягивается в трубку 5, образуя в ней отчетливо различимые на глаз по цвету зоны. На расстоянии мм от торца стерж ня 2 с пробой по оси пламени наблюдается зона, окрашенная свечением атомов щелочных металлов (ореол), ко торая на расстоянии 20 мм достигает максимальной интенсивности. Тяга обеспечивает стабильность положения пламени на оптической оси спектрального прибора и сдувает внешний холод ный слой дугового облака, уменьшая самопоглощение аналитических линий. Для стабилизации положения дугового разряда стержень 2 устанавливают с возможностью вращения вокруг своей оси. Вращающийся стержень 2 с пробой обеспечивает равномерный радиальный разогрев се, а следовательно и устойчивое горение дуги. Образующийся при этом поток паров пробы отличается стабильной осевой симметрией, благодаря которой област с наибольшей концентрацией паров рас полагается над каналом стержня 2с пробой. Тем самым осуществляется устойчивьм перенос паров из канала стержня 2 в ореол дуги. Если изменит положение стержня 2 с пробой, например поднять его относительно продоль ной оси электродов 1, то образуется двойная дуга в течение всего времени испарения пробы. Вращение стержня 2 в этом случае также обеспечивает регулярный и осесимметричньпЧ поток паров пробы. Но этот поток нй попадает- в ореол дуги, который располагается сбоку от стержня 2 с пробой. Более низкое положение стержня 2 не обеспечивает необходимого ею разогрева. Предлагаемое устройство позволяет выделить для анализа излучения той области разряда, для которой наиболее полно выполняются два условия: температура оптимальна для возбуждения нейтральных атомов щелочных металлов и в спектре излучения незначительна интенсивность линий и полос основных компонентов пробы, а также незначительна интенсивность сплошного фона. Аналитический сигнал может быть зарегистрирован фотографическим или фотоэлектрическим способом. Пример. Для электродов 1 и стержня 2 использовали стандартные спектральные углы диаметром 6 мм. Канал стержня высверливали глубиной и диаметром 3 мм. Стенки канала имели толщину 0,7 мм, длина шейки 5 мм, диаметр - 2 мм. Скорость вращения стержня 15 об/мин. Опыт показывает, что скорость .вращения при стандартных электродах не выходит за пределы 8-25 об/мин. Стабилизирующая кварцевая трубка 5 имела размеры: длина 250 мм, диаметр 40 мм. Тяга, возникающая в трубке, обеспечивает стабильность положения пламени на оптической оси спектрального прибора и сдувает внешний холодный слой дугового ореола, уменьшая самопоглощение аналитических Л1И-И-1Й. Аналитическим параметром является логарифм интегральной интенсивности ли ./а; Na 589,6 им, К 404,4 им, Li 670.; им. Время регистрации аналитического сигнала ограничивается време- нем формирования первого максимума на кривых испарения. Время экспозицииАО с Калибровочную кривую строят в координатах gl - gC по серии эталонов с содержанием определяемых элементов, изменяющимся от 1-10 до 10%, Результатом анализа является среднее значение концентрации, определенное по параллельным измерениям. Измерение вертикального распределения эффективной температуры в оре31 UOO

оле дуги (фигч 2). ripoi3e;T,ennoe по неполностью .раз регаел ной нращательной структуре полосы CN 338 3 им и неиные расчеты показывают, что ia расстоянии 20 мм от Topiia стержня 2 5 с пробой степень ионизац;-: атогчоз натрия пренебрежительно мяла,

Сопоставление контзФов лнинГ; N;i 588,9 нм и Na 589,6 пм (5% Na,,0 а пробе), полученных при использованииблока для принудительного o6;iy ia лугового разряда в предлагаемом снос:о5е и без него (фиг, 3 и 4), дег-юпстрирует уменьшепле самологлогцения этид .линий в лерлом , Ts этих опмтах 5 использованы ciiei / joi p ub MflC- 3 и микрофотометр Hf40-A5K,

На . 5 ггреЛ: гав.:.сми-; ки}1ема:и-чес ;Г г развертки crieKTpa IpaHiTa (4% ) 3 вьцюлнешн; -:а cnoF,трог п;-- 2G фе ИС11-31 с фотоэлектр1- ческо11 приставкой ФЭГ1-1. Крилая 8 тюлучена без вращения стержня с пробой и без стабилизации положе И1я ореола дуги; кривая 9 - при вращени; стержня с нрс- 2 бой, но без стабилизации ноложе ия ореола дуги; кривая 1C - при стержня с И1юб(й и ри С гбилизацтп положения ореола дуги с: о.т;вого разряда. Этот огь:т liOKanwnrtf-T,,

как последователтлгое лведси -; г тащилизирумщих факторов у7Ш1игч ;вает :)егулм)ность псступлеиип ь атериала iipof:;

в зону :;азряда и улучпгает Н1К;;р()И;ию-

димость аналитИ1-;еского сигнала гч:

в 5еменг-т.

При -чоигролс ,1и.нос ; 1олучснных pesyjfbTaTOB иро едеио онргделсг-ие натрия, калия и лития в ста;лартны:- образцах, иолз, гюрод, танталониобиевых концептрато ; и иоф()огой

1А6

руды (см, таб.:ииу) , Лля г;острое И Я кaJИIбpoвo:и ;)й j;:pHBon ;1Спо:и зова1П1СЬ эталоны, cooTBeiCTnyionuie но макросостану , Т риведе1И 1.:е i таблице результаты,, я1 ЛЯ:оцисся -.л едними десяти на)аллел ных гнтределений, указывагот на незна титеньность :;гияния состава при ана.пизс .,и;::; атн :х матеp.na.jjOB.

Проведенный с г( 1;ре/1:ла гаe ioio с гройстяа аиял:- :; тлинозеыол (;,1 т t; л .} ыл с о о т т е т с т в vaoii о г о - а ic р о с о с т ава) дает б(л;ее высок; : но cpaaiieiH-tro

с ртзлльтатачл, ИЛлуленгтьми с ruiГ-1

.ЫО СТрО1- СТ1 Л Ijs ЗНаЧГИИЯ,, НОДтноржд ;;о; И ся OHiiaKCj добавок. идимо снгкамии ;,:инозема 5; г-уфемьно гкчи не доста7( нолнсмч- всК) ,г:;-1ческой рслаетки. 1Й1И анализе :I:K: нроизводимостч г-по;.,-| чбрага:; лтк/ись ;езуЛ7. та Л; текуи; -; аиашзоч -очг-: ; г,т:-ноземол, ;ч, нараллечь-И :;-; (,елений . Т;.1(Л ро;;31и-;- - :ст.) :л1;еиивас:тся сгедней чо гч JCUI CTMO ,

И интервале кгл це;-чгр;1:;; й 7 лО - 2И оча равна 7%. С;:а /а-мчс: -ц-носи1Ч Л Л 0 HaTjMfH ci4iancvj..;o ,глг cHjie; :ч Ч:я Чиил и литм;- чЧЧ j-a J44iy) li Ч;к л; может Члч ис чгч: ь-;о::а:ч ч.ля огч)е;Ч1 ения ,J;,HJ; ч леи--ч ччсч.гч1гае --;ое уст;чич ; ч чpl. чзк; се Л;Ч1 опр :л/лг ми;я ч ;чЧ: а ; -j/jopa

чь:х ..галлон ,

1Тр(.-дл,а чаег-чч ; тэ-4 C4f)io н.чч хчяет

И;1еСЛ ,г) 1 -i : Il ,. : : ЧН:ЧЧ 1Чч;ОЛ ; ч

аччич, без ир л ччагиТел чпоч нл,.ло гсвкп чр;)чьч а тччжч анач1ч- пзилжглс

руча tЧГPpпaЧO но {ЧЛЧЧ.;МУ КОМ ГЛПКIV чталОЧч;,

Т; К

2500

гооо то

1000

о 5 Ш f5 20 25 t,MM

Фиг.З Фиг 2

Л,нм