Способ спектрального анализа порошкообразных проб на трудновозбудимые элементы и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01N21/67 

2. Устройство для спе ктрального анализа порошкообразных проб на трудновозбудимые элементы содержащее источник возбуждения, подключенные к источнику камерный электрод и противоэлектрод, отличающееся тем, 4TOj с целью повышения чувствительности и точности анализа, противоэлектрод вьшолнен из металла с высокой эрозийной способностью с углублением в торце в ввде полусферы, причем расстояние между электродами и радиус полусферы равны и связаны с диаметром электрода, соотношением 0,5-1,

1. Способ спектрального анализа порошкообразных проб на трудновозбудимые элементы, заключающийся в помещении пробы в камерный электрод, возбуждении ее импульсным разрядом и регистрации спектра, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности анализа, на пробу воздействуют двумя импульсами амплитудой 10-14 кА, причем первый предназначен для осаждения пробы на противоэлектрод из металла с высокой эро(Л зийной способностью,, а вторым импульсом проводят возбухдение спект ра осажденной пробы.

Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу и может быть использовано при количественном определении трудновозбудимых элементов в горных породах, рудах, минералах, продуктах металлургического, химического и других производств при возбуждении спектра с помощью импульсного разряда в вакууме.

Известны способы спектрального анализа порошкообразных проб в импульсном разряде, основанные на испарении анализируемого вещества, закрепленного с помощью коллодия или полистирола на торце электрода, либо помещенного на поверхности движущегося электрода D 3Однако под действием ударной волны проба разбрасывается с их поверхности в первые несколько импульсов и чувствительность определения не превьш1ает 0,1-1%, Кроме того, введение пробы в виде брикета, изготовленного из порошка пробы и токопроводящего материала, при любом соотношении компонентов значительно увеличивает сопротивление разрядного контура, снижает силу тока и не позволяет получить оптимальный режим для возбуждения спектров гаплоидов. В этом случае повьштают чувствительность определения только путем химического обогащения.

Несколько большую чувствительность спектрального определения удается получить при просыпке порошковой пробы из отверстия верхнего камерного электрода. Проведение анализа возможно только при смешивании пробы со специальным инициирующим порошком. Разряд возникает только при йросыпке этого порошка через

межэлектродньй промежуток. При этом размеры частиц порошка не должны быть меньше, чем 0,01 Мм. Более тонкие фракции слипаются и не поступают

в разряд. Источником возбуждения служит высоковольтная конденсированная искра. Анализ проводят по линиям нейтральных или однократно ионизированных атомов.

Недостатком способа является то, что в разряд просыпается только порошок определенной крупности (/ 0,01мм) Интенсивность спектральных линий, а . следовательно, и результаты анализа

5 зависят от молекулярного состава, размера частиц порошка, присутствия щелочного элемента или воды, адсорбированной порошковой массой. Кроме того, расходуется большое количество

d пробы. В условиях аналитической лаборатории при массовом анализе геологических проб различного минералогического состава применение указанного метода не дало положительных

5 результатов. Чувствительность определения при анализе природных объектов не превьшгает 0,1-0,03%, что недостаточно для проведения геохимических работ.

0 Наиболее близким к предлагаемому является метод анализа с использованием в качестве источника возбужде. ния импульсного разряда в вакууме с введением вещества в разряд из уголь,, ного стержня с польм объемом в торцовой части для помещения пробы . 2 3«

Недостатком такого метода является низкая чувствительность анализа (0,01%), связанная с невысоким коэффициентом использования пробы в разряде. Вследствие того, что полость электрода, куда набивается проба.

полностью открыта в торцовой части, под действием разряда она выбрасьгоается большими порциями и только незначительная ее часть поступает в разряд.

Цель - повышение чувствительности и точности анализа.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу спектрального анализа порошкообразных проб на труднрвозбудимые элементы, заключающемуся в помещении пробы в камерный электрод, возбуждении ее импульсным разрядом и регистрации спектра, на пробу воздействуют двумя импульсами амплитудой 10-14 кА, причем первый предназначен для осаждения пробы на противоэлектрод из металла с высокой эрозийной способностью, а вторым импульсом проводят испарение и возбуж- дение спектра осажденной пробы.

Кроме того, устройство для реализации способа, содержащее источник возбуждения и подключенные к источнику камерный электрод и противоэлек трод, противоэлектрод выполнен из металла с высокой эрозийной способностью с углублением в торце в виде полусферы, причем расстояние между электродами и радиус полусферы равны и связаны с диаметром электрода соотношениями 0,5-1 .

На фиг. 1 изображены электроды, их расположение и вьтолнение; на фиг. 2 - спектры проб при импульсном воздействии; на фиг. 3, 4 - зависи-. мость количества вьш1едшего порошка и интенсивности линий .от величины промежутка .

Способ осуществляется следующим образом (фиг, 1).. .

Навеску анализируемой пробы 1 размещаеют в полом электроде 2, выполненном в виде угольного стержня с полостью, закрытой угольной пробкой с отверстием посередине. Электрод 2 включают в разрядный промежуток нижним электродом. Противоэлектрод 3 выполняется из металла с высокой эрозийной способностью, например алюминия с углублением в торце для аккумуляции порошка. Электроды помещаются в камеру источника света, где создается вакуум . К держателям электродов подключается генератор импульсного разряда. В мекэлектродном промежутке создается ш пульсйый разряд. Образовавшаяся плаз ма ооздает импульс избыточногс)давления. То количество плазмы, которое входит внутрь камеры через отверстие в крышке, проникает в слой порошка. Когда давление в разряде уменьшается, слой порошка под воздействием выходящей плазмы выбрасывается в межзлектродный промежуток. Выход порошка происходит в виде струи, так как слой порошка 4 йа торце противоэлектрода имеет форму круга диаметром, близким к диаметру электрода.

Для определения необходимости двух разрядов при ползгчении аналитического сигнала была проведена опытная съемка спектра с экспозицией в один разряд. Фотографировался каждый следующий друг за другом разряд. Установлено, что в спектре (фиг.2) первого импульса линии материала порошка отсутствуют, хотя на торце противоэлектрода образуется слой порошка. Во втором импульсе в спектре уже появляются линии мышьяка и одновременно из камеры вытягивается новая порция порошка, которая переносится на противоэлектрод. . В случае, если камерный электрод с пробой убрать и заменить его чистым угольньм электродом, как это было сделано после третьего разряда, то через несколько разрядов (например -го, фиг. 2) линии ,мышьяка уменьшают свою интенсивность. Это свидетельствует о выгорании порошка, перенесенного на противоэлектрод t

г .

Б целях установления оптимального режима возбуждения, обеспечивающего наибольшую чувствительность определения, были проведены исследования зависимости интенсивности линий, принадлежащих атомам различных состояний ионизации мьш1ьяка, кремния,кальция и других элементов от величины межэлектродного промежутка и параметров разрядного контура.

Величина меэжлектродного промежутка.

Расстояние между электродами 1 менялось от 1 до 12 мм. На фиг. 3 прведена зависимость количества вьштедшего порошка m (кривая 5.) и интенсив ности линий Igl от величины промежутка (примеры для конкретных веществ кривые 6, 7, 8). Количество вьш1едшег из камеры порошка контролировалось весовым методом. С ростом 1 происхо дит уменьшение выхода порошка, интен сивность линий и зависимости от элемента и состояния ионизации атома достигает наибольшей интенсивности при расстоянии 3-6 мм. С увеличением мёжэлектродного промежутка уменьшается эрозия электродов, а следовательно, общее количество паров материала электродов и давления в облаке разряда. В результате в камеру входит меньшее количество газа, что и приводит к з еньшению выхода порошка из отверстия в крышке камеры. Оптимальная величина радиуса углубления в торце противоэлектрода установлена экспериментально. При увеличении радиуса уменьшается площадь торца и ухудшаются условия осаждения пробы, а при уменьшении .радиуса углубления появляется нестабильность разряда (начинает перемещаться по кромке). Параметры контура менялись в следующих пределах: индуктивность 0,620 мкГн, сопротивление 0,005-0,01 Ом, емкость 500-4000 мкф, напряжение 0,25 1,0 кВ. При сведении индуктивности и сопротивления Контура к остаточным 3начениям при изменении напряжения от 0,25 до 0,9 кВ сила тока в разряде изменялась от 8 до 30 кА. Установлено, что если при любых значениях параметров контура сила тока в разряде не менее 10 кА, в спектре наблюдаются спект- ральные линии материала порошка. В качестве примера на фиг. 4 приведена зависимость интенсивности линий Ca-iv CaV и Са Vf (кривые 9, 10, 11) от индуктивности при неизменной силе то ка, равной 11 кА. При введении в кон тур индуктивности величина силы тока поддерживалась, постоянной за счет увеличения напряжения. Как видно из рисунка, интенсивность линий мало меняется с увеличением L. В то же время введение L (фиг. 5) (кривые 12, 13, 14) при неизменном напряжении на конденсаторах приводит к уменьшению интенсивности линий, так как падает сила тока. Аналогичные зависимости получены и при введении в контур омического сопротивления и емкости. П р и м е р. Навеска порошка помещается в камерный электрод, изготовленный из угольного стержня диаметром 6 мм. Глубина камеры 15 мм,внутренний диаметр 3,5 мм. Камера закрывалась угольной крьш1кой с отверстием диаметром 1,2 мм и устанавливалась нижним электродом. Противоэлектродом служил алюминиевый стержень диаметром 6 мм с углублением в торце радиусом 3 мм. Параметры контура: емкость 2000 мкф, напряжение 500 В, сопротивление 0,005 Ом, индуктивность 0,6 мкГн. Межэлектродный промежуток 3 мм. Сила тока 13 кА. Спектрограф дфс - 29, дисперсия 4 А/мм, пленка УФ-4, экспозиция 15 разрядов. Чувствительность определения мьшхьяка As IV 892, 62А-0,001%, селена Se -V 759,0 А - 0,001%. Использ.ование изобретения существующими обеспечивает повьппение чувствительности прямого определения на два порядка. Способ может быть применен для порошка любой крупности, причем результаты анализа не зависят от минералогического состава проб.

.S С ff /03.6 СП m.7

1-регЗря9

ж--ТТ -ж-

Фиг. 2

70 50 3010I /2

W

/,АГМ

Фиг 4 U L,