Способ атомно-абсорбционного определения элементов в жидких растворах Советский патент 1986 года по МПК G01N21/74 

Изобретение относится к спектраль ному анализу и может быть использовано при определении элементов в различных материалах, переведенных в раствор или находящихся в жидком состоянии.

Цель изобретения - увеличение чувствительности определения элементов и повышение точности анализа.

Способ осуществляют следую11;им образом.

Из анализируемого раствора отбирают пробу и дозируют на поверхность атомизатора, при этом проба занимает определенную его площадь Затем осуществляют сушку нанесенного раствора, В результате изменения процессов смачивания и растекания жидкой пробы в момент ее высыхания под действием, например, термокапиллярного эффекта, растворитель, а вместе с ним и растворенное вещество перераспределяются -по поверхности и концентрируются вокруг наиболее горячей зоны, которая обычно у различных атомизаторов является и центральной. В итоге сухой остаток пробы отлагается преимущественно в виде полосы (ленты и оказывается равномерно распределенным по ее площади с однородной и довольно мелкой структурой осадка. Затем производят быстрьй нагрев атомизатора до температуры атомизации про бы, Однородная и более мелкая структура осадка, распределенная на ограниченной контуром полосы (ленты) поверхности атомизатора, обеспечивает быстрое и более полное испарение сухого остатка пробы.

В обычных условиях сушки жидкой пробы На поверхности атомизатора за счет теплового контакта с нагреваемо подложкой происходят медленные нагрев и удаление растворителя. В таких условиях поверхностньй градиент температуры практически отсутствует и вся площадь, занятая пробой разогревается одновременно. Нагревание в большинстве случаев способствует улучшению физического смачивания.Это означает, что при медленном повьпде- нии- температуры в момент сушки жидкая проба, нанесенная на холодную Поверхность атомизатора, под дейст- йие;м возникающей движущей силы начи- .нает растекаться, в результате чего площадь, смоченная жидкой пробой, увеличивается. Одновременно с растеканием протекают и другие физико-химические процессы, в первую очередь испарение растворителя, т.е. непрерывно изменяются поверхностное натяжение на границе фаз, объем жидкости и состав жидкой фазы. В результате на всей площади, смоченной пробой, образуется сухой осадок с неравномерным распределением по поверхности (и в объеме, если материал атомизатора имеет пористую структуру) и неоднородной структурой в ни- де сплошного слоя или множества отдельных микрочастиц различных размеров.

При использовании обычных атомизаторов, например трубчатых печей, перепад температур вдоль их поверх юсти даже в стационарных условиях относительно велик. Поскольку измерение поглощения атомами определяемого элемента соответствует моменту атомизации, которому предшествует

испарение анализируемого вещества, распределение пробы на стадии атомизации на достаточно протяженном участке поверхности атомизатора и различие размеров частиц в условиях значительного градиента температур неизбежно приводят к увеличению длительности процесса испарения всей кассы анализируемого вещества и изменению условий испарения. При этом зф ектняность образования атомного пара уменьшается и, следовательно, снижаются как амплитудная, так и интегральная величины аналитического сигнала. Изменение этих величин особенно сказывается для атомизаторов открытого типа. Кроме того, в указан-: ных условиях испарения возрастают помехи, обусловленные переконденсацией и некоторыми другими явлениями.

Сущност ь изобретения заключается в том, что компактное отложение сухого остатка в пределах полосы (ленты) вокруг наиболее горячей зоны атомизатора в условиях быстрого подъема температуры поверхности испарения обеспечивает минимальньй перепад температур на пло щади, занятой сухим осадком, т.е. создает равные условия для испарения всей массы пробы. Более мелкая структура и большая однородность осадка обеспечивают равномерный прогрев и более полное испарение пробы. Кроме того, испарение пробы с участков атомизатора, лежащих

вокруг его наиболее горячей зоны, происходит в уже прогретую аналитическую зону над поверхностью испарения, что приводит к уменьшению влияния сйстава пробы на результаты ана- 5 лиза, т.е. к повышению точности анализа.

Один из способов получения и отложения сухого остатка жидкой пробы, внесенной на холодную поверхность О рабочего элемента атомизатора, в виде полосы (ленты) заключается в разогреве атомизатора при скорости нагрева его рабочей поверхности 25- 30 град/с. При этом образуется до- 15 БОЛЬНО ровный слой вещества с плотной упаковкой достаточно мелких кристаллов (только внешний контур полосы обрамлен более крупными кристаллами осадка и может иметь ломаный харак- 20 тер).

Образование сухого осадка в виде полосы (ленты) при быстром нагреве поверхности атомизатора объясняется перераспределением вещества, растворен-25 ного в жидкости, по площади испарителя-атомизатора. При различии температур в разных участках жидкого слоя возникает движущая сила растекания, которая пропорциональна градиенту по-30 верхностного натяжения жидкости. В результате возникает поток жидкости в смачивающей пленке (термокапилляр- ньм эффект).

При достаточно большом градиенте 35 температуры вдоль поверхности атомизатора, который особенно велик в нестационарных условиях разогрева большинства известных типов электротермических атомизаторов, жидкость начи-40 нает перетекать вдоль направления гра- градиента температуры, а движущая сила, возникающая под действием тер- мокапилпярного эффекта, может намного превысить движущую силу растека- 45 ия. Направление действия движущей силы определяется природой жидкости, вердого тела и окружающей среды. В условиях непрерьшного испарения это приводит к перераспределению жидкое- 50 ти вместе с растворенным веществом и к ограничению зоны отложения сухого остатка вокруг наиболее горя- чей точки атомизатора (оса.цок при этом отлагается симметрично при ус- 55 ловии, что жидкая проба и температур- ные поля также симметричны относительно некоторой точки). В результате одновременного протекания процессов испарения, гидролиза, кристаллизации непрерьшно изменяется состав жидкой фазы, а дополнительное действие тер- мокапштлярного эффекта приводит к тому, что плотность сухого остатка перераспределяется, концентрируясь в зависимости от содержания вещества в растворителе, в форме непрерывной (сплошным слоем) или кусочно-непрерыной (отдельные микрочастицы или скопления частиц, равномерно распределенные по площади) полосы (ленты).

Таким образом, в результате увеличения скорости нагрева атомизатора в процессе сушки создаются благоприятные условия для наиболее эффективного протекания последующих процессов испарения и атомизации пробы, что позволяет создать более плотное облако атомных паров над поверхностью .атомизатора и, как следствие, увеличить чувствительность определения элемента Однако увеличение скорости нагрева Bbmie некоторого значения может привести к потерям пробы из-за интенсивного испарения и разбрызгивания жидкости в первоначальный момент сушки и к образованию в результате быстрого испарения и сильного термокапил - лярного эффекта крупных кристаллических отложений, которые искажают и замедляют процесс последующего испарения пробы при ее атомизации. Неравномерное распределение пробы в виде отдельных, довольно крупных кристаллических отложений приводит к дискретному характеру испарения частичек пробы в условиях пространственной тем пературной неоднородности атомизатора, а следовательно, снижает эффективность испарения и атомизации пробы. Исследования показьшают, что указанные факторы начинают проявляться при скорости нагрева вьш1е 30 град/с.

Пример. Способ атомно-абсорб- ционного определения элементов реализован на примере определения хрома .и цинка, т.е. элементов, резко отличающихся по своему поведению и харак- теристикам при электротермической атомизации, на установке с атомизатором открытого типа. Режим работы: время сушки 10 с, стадия термической обработки 20 с; атомизация 2 с; температура атомизации 2770 К; скорость нагрева 5500 К/с; температура термической обработки 1500 К. Режим

работы при определении цинка отличался тем, что температура атомиза- ции составляла 2470 К, термической обработки 750 К. Скорость нагрева при сушке изменялась (см, таблицу). Запись динамики изменения температуры на стадии сушки осуществляли на самописце Endim 620.01 с помощью термопары ХА. Использовали растворы,приготовленные из азотнокислых солей хрома и цинка с концентрацией основного элемента соответственно 0,5 и 0,025 мкг/мл. Объем аншшзируемой пробы 3 мкл. Регистрация аналитического сигнала проводилась по амплитудному методу на осциллографе С8-9А. Результаты влияния скорости сушки на величину поглощательной способности, усредненные по 5 параллельным измерениям, приведены в таблице.

Хром 0,23 0,27 0,50 0,64 0,52 0,50 Цинк 0,21 0,22 0,23 0,29 0,29 0,25

Сушка пробы осуществлялась ествест венным способом при температуре октечение 30 мин

ружающей среды 25 С в

Сушка пробы при нагреве сопровождалась бурным кипением жидкости.

Таким образом, предлагааьам способ по сравнению с прототипом позволяет увеличить чувствительность определения различных элементов в 1,4Составитель 0. Матвеев Редактор А. Огар Техред л.Сердюкова Корректоре.

- ---- -- --- - -- ----.- --. -- - - - - - -. ™«.,

Заказ 4908/39 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

74786

2,5 раз а снизить на 30-50% влияния основы ив 2-3 раза величину неселективного поглощения,а также уменьшить зависи- , мость величины аналитического сигнала 5 степени деградации поверхности атомизатора в процессе его эксплуатации. Применение более высокой скорости сушки пробы обеспечивает сокращение (примерно на 10-20 с) времени, за- 10 трачиваемого на измерение, за счет сокра01ения времени сушки.

Формула изобретения

tS 1, Способ атомно-абсорбционного определения элементов в жидких растворах с использованием электротермического атомизатора, обладакяцего температурным градиентом по поверх0 ности в момент его нагрева, включающий внесение пробы на поверхность атомизатора, отложение сухого остат- ка в результате сушки или термической обработки пробы, а также после5 дующие нагрев атомизатора и измерение атомного поглощения светового потока, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности определения элементов и повы0 шения точности анализа, сухой остаток отлаг ают по контуру в виде непрерывной или кусочно-непрерьганой полосы вокруг наиболее горячей зоны атомизатора.

2. Способ по п. 1,отлича-. ю щ и и с я тем, что при определении элементов в водных растворах сушку для получения сухого остатка в виде полосы ведут путем разогрева ато0 мизатора при скорости нагрева 25- 30 град/с..

5

Изобретение позволяет повысить чувствительность атомно-абсорбционно- го анализа с использованием электротермического атомизатора. Достигается эффект путем отложения сухого остатка пробы по контуру в виде непрерывной или кусочно-непрерывной полосы вокруг наиболее горячей зоны атомизатора. Сушку для получения сухого остатка проводят при градиенте температуры 25-30 град/с. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. КС ел ч| 00