Спектральный способ определения концентрации веществ Советский патент 1986 года по МПК G01J3/42 

11

Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для определения концентрации химических элементов при атомно-абсорбционных измерениях.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение анализа.

На фиг. 1 показаны формы спектральных линий катода-изл ателя в различные времена развития и измене- ние разряда; на фиг. 2 - пример блок-схемы спектрометра, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 3 - временные диаграммы спектрометра в процессе работы.

В качестве просвечивающего источника используется спектральная лампа с селективной модуляцией,включающая один полый катод, излучатель и дополнительный полый катод-модуля- тор. Спектральная линия катода-излучателя в момент развития разряда имеет вид, приведенный на фиг. 1 (кривая 1), при этом коэффициент атомного поглощения fJ в этот момен максимален. После стабилизации разряда линия-уширяется (фиг. 1, сри- вая 2) и коэффициент атомного поглощения f уменьшен. Эта же линия с пглощенным центром после уширения показана кривой 3. В зависимости от элемента катода-излучателя для получения уииренной линии, соизмеримой с щириной линии поглощения, ток питания должен изменяться от номиналь кого до, примерно, 50-кратного тока номинального режима. Однако это . условие не всегда необходимо, поскольку после стабилизации разряда линия рсегда уширяется,

Сущность способа состоит в следующем .

На катод-излучатель лампы подают импульс тока, например, амплитудой 100 мА и длительностью 150 мкс. В течение времени развития разряда в катоде-излучателе, равного, наприме 50 МКС при введенной эталонной пробе измеряют оптическое пропускание аналитической ячейки при непогло- щенном центре линии. Этллонная проба в отличие от известной может содержать неселективную помеху, например,из-за загрязненного растворителя. Затем на катод-модулятор в те- чение последующих 50 мкс подают импульс тока. К 3toMy времени разряд в катоде-излучателе стабилизируется и коэффициент атомного поглощения

32

уменьп ается по причине утирения линии. Перед полостью катода-модулятора образуется облако атомных паров, концентрация атомов в котором зависит от рабочего тока этого катода. Получают линию с поглощеннь(м центром. После этого измеряют в течение последующих 50 мкс оптическое пропускание аналитической ячейки при той же эталонной пробе, при этом катод- модулятор отключен. Далее в атомизатор подают раствор с неизвестной концентрацией железа и проводят те же измерения - рабочие, и затем расчетным путем определяют концентраL

цию железа.

При этом приняты обозначения: I - интенсивность линии при измерениях с непоглощенным центром при первом измерении; интенсивность линии при измерениях с поглощенным центром при втором измерении; I . o(.j,- интенсивность линии после введения эталонного раствора при первом измерении; .o(,, интенсивность той же линии после введения эталонного раствора при втором измерении; oCj. - коэффициент селективного пропускания ;ot. - коэффициент неселективного пропускания; f, - коэффициент атомного поглощения для линии с непоглоп1;енным центром; /LI - коэффициент атомного поглощения для линии с поглощенным центром.

Коэффи щенты пропускания t при ервом измерении и Т, при втором измерении равны

i3 Io,- c°i«/Io, не (1)

нс

Отношение ког ффициентов пропускания имеет вид (3 7 А cic/oic (для эталонного измерения). Аналогичный коэффициент получают для рабочего измерения неизвестной концентрации Cj

Р .,/,-,х/Ч. . (2)

Учитывая, что iP Р -fiJj,, и что коэффициенты f и ju могут быть определены при коптрольных измерениях как в известном способе, получают, что

. (з)Аналогично

-Ig р С,. &f (4)

(3)

и (4)

IP

получают

С ----.С X IR р

(з;

Следовательно, измерение неизвесной концентрации С определяемого химического элемента сводится к экспериментальному определению отношения коэффициентов пропускания 0 f

и р аналитической ячейки с непоглощенным и поглощенным центром линии без промежуточного измерения коэффициентов атомного поглощения (U и р Таким образом, предлагаемый способ прост в реализации по сравнению с известным и обеспечивает большую точность из-за учета неселективного поглощения в эталонной пробе.

Действительно, для известного способа неизвестная концентрация С равна С ДА/ДД, где дА - разность . оптических плотностей для измерений с упгиренной и неуширенной резонансной линией. Тогда й| дА /Cj-С, где ЛА - разность оптических плотностей аналитической ячейки при эталонном измерении, С - фиктивная концентрация, обусловленная неучтенной неселективной помехой при определениях й|.

Точность измерений концентрации С согласно (4) зависит от разности (фиг. 1, кривые 1 и 3-) и с увеличением последней повьшается. При измерениях с непоглощенным центром линии максимальное значение i, обеспечивается при развитии разряда в катоде-излучателе. Этот факт следует из того, что самопоглощения линии вследствие отсутствия холодного облака паров перед полостью катода в этот момент нет, поскольку оно не успевает сформироваться. В дальнейшем это облако формируется и коэффициент атомного по-- глощения уменьшается (фиг. 1, кривая 2). Характерно это для момента стабилизации разряда в катоде-излучателе. Следовательно, при подаче импульса тока в этот момент на катод-модулятор центр линии поглощается и коэффициент атомного поглощения дополнительно уменьшается. Это обеспечивает цолучение большего различия в коэЛфип.иентах атомного поглощения и ju по сравнению с известным способом, поскольку минимального значения коэффициента f- добиваются не путем уширения контура лиfO

20

25

786134

НИИ в катоде-излучателе, а путем поглощения излучаемого света дополнительной ячейкой, формируемой катодом-модулятором. Плотность атомных паров в последнем легко регулировать питающим током. Экспериментально получено различие в коэффициентах атомного поглощения | и fj не в 1,5-10 раз как в прототипе, а в 1,5-25 раз, что и повышает точность анализа.

Экспериментально установлено, что при амплитуде импульса тока симметричной, например П-образной, формы 15 (чере з катод-модулятор), превьшающей ток катода-излучателя менее, чем в 1,5 раза, поглощение центра линии, излучаемой катодом-излучателем, незначительно, вследствие этого коэффициенты р, и ,j близки по величине и точность измерений ухудптается.

Если же эта амплитуда превышает ток катода-излучателя более, чем в 300 раз, резонансная линия почти полностью поглощается, ее интенсивность резко падает для испытанных ламп с селективной модуляцией, возрастают ее флуктуации (из-за флуктуации атомного пара в катоде-модуляторе по 30 причине большой плотности тока),что также снижает точность измерений из- за падения отношения сигнал/шум..

Блок-схема спектрометра, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг. 2. Спектрометр состоит из блока 4 питания, выход 5 которого соединен с катодом-излучателем 6, а выход 7 с катодом-модулятором 8 лампы 9 с селективной модуляцией, оптической системы 10, атомизатора 11, монохроматора 12, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 13, устройства 14 выборки хранения, аналого- цифрового преобразователя (АЦП) 15, управляюще-вычислительног о блока 16.

Спектрометр работает следующим образом.

В атомизатор вносится эталонная проба, Далее блок I3 вырабатывает импульсы управления блоками устройства, при этом на блок 4 поступают импульсы управления катодом- излучателем 6 лампы 9 (фиг. 3 кривая 17) длительностью, например, 150 МКС. На фиг. 3 (кривая 18) приведено выходное напряжение ФЭУ 13, которое соответствует световому потоку лампы 9. Одновременно на блок 14 подается импульс выборки напря35

40

45

0

5

ения ФЭУ длительностью 50 мкс (фиг. 3, кривая 19). В этот момент роисходит измерение и кодирование игнале с помощью АЩТ 1 5 с нспогло- енным центром резонансной линии. атем в последующие 50 мкс на катод- одулятор 8 лампы 9 постт/ттает импульс тока с блока 4 (фиг. 3, кривая 20), при этом центр линии поглощается из-за образования облака атомных паров на пути пучка света от катода-излучателя. После этого катод-модулятор отключается и на блок 14 поступает импульс выборки Напряжения ФЭУ длительностью 50 мкс (фиг. 3, кривая 21), которое, как и в предыдущем случае, кодируется АЦП 15 и запоминается блоком 6. Далее блок 16 вычисляет коэффициент

Ig.

При внесении в атомизатор исследуемого раствора с неизвестной концентрацией с; в упомянутые моменты времени производится измерение сигнала с выхода ФЭУ 13 и расчет коэффициента 1р ft . Неизвестная концентрация С определяется по формуле (5).

К преимуществам предлагаемого способа перед известным относятся более высокая точность измерений за счет учета неселективного поглощения не только при рабочих, но и эталонных измерениях, а также из-за большей разности коэффициентов атомного поглощения и упрощение в реализации за счет исключения вычисления коэффициента атомного поглощения и подготовки эталоннь х проб в отнощении содержания неселективной помехи.

Формула изобретения

1 , Спектральный способ определения концентрации веществ с учетом неселективного поглощения, включающий пропускание через анализируемую область резонансного излученияэ проведение двух измерений оптического пропускания аналитической ячейки при разных коз(1)фициентах атомного поглощения резонансной линииj, излучаемой спектральной лампойа и расчет по полученным данным концентрации определенного вещества, о т л и - чающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и упрощения ана786136

лиза, в качестве и;;лучаемой спектральной лампы используют лампу с cg- лективной модуляциями, на катод-излучатель и катод-модулятор которой

5 подают импульсы тока различной длительности и амплитуды, при этом длительность импульса тока катода-излучателя устанавливают больше длительности импульса тока катода-моШ дулятора, который формируют в течение длительности импульса тока катода-излучателя, а измерения оптического пропускания ведут на резонансной линии определяемого элемен15 та, причем одно измерение ведут с непоглощенным центром линии, а другое - с поглощенным центром линии, а затем рассчитьшагат концентрацию

С j по формуле

г - ,,с 1рр5

где Э - -rj/Т - отношение коэффициен- 2э

тов пропускания анали

тическои ячейки, измеренных с непоглошенным и поглощенным центрами линии для эталонного измерения;

,, /1 - OTHODjeHHe коэффициентов пропускания аналитической ячейки, измеренных с непоглощенным и поглощенньпч центрами линии ДЛЯ рабочего измерения; Сд - эталонная концентрация .

2.Способ по п, , отличающийся: тем, что измерение оптического пропускания аналитической ячейки с непоглоп(€1нным центром линии ведут в течение времени развития разряда в катоде-излучателе,

3.Способ по п, 1, отличающийся тем, что импульс тока питания кaтoдa-мo yлятopa, при котором измеряют оптическое пропускание аналитической ячейки -с поглоп1ен- ным центром линии, подают после стабилизации разряда в катоде-излучателе .

4.Способ по п, 1, отличающийся: тем, что амплитуду тока

катода-модулятора устанавливают в раз больше рабочего тока катода-излучателя .

Фиг.1

Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для определения концентрации химиыеских элементов при атомно-абсорбционных измерениях. Цель изобретения - повышение точности измерений и упрощение определения концентрации веществ-. Предложенный способ учитывает неселективное поглощение. Эффект достигается путем пропускания через анализируемую область резонансного излучения и измерения пропускания при разных коэффициентах поглощения. В качестве спектральной лампы используют лампу с селективной модуляцией. На катод-излучатель и катод-модулятор Подают импульсы тока различной длительности и амплитуды. Длительность импульса тока катода-излучателя устанавливают больше длительности тока катода-модулятора. Измерение оптического пропускания ведут на резонансной линии определяемого элемента. Одно измерение ведут с непоглощенным центром линии, другое с поглощенным центром линии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. СП с ю 00 Од со

Составитель Б.Широков Редактор Е.Папп Техред -Л.Сердюкова

Заказ 6821/35 Тираж 778 Подписное

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

Корректор С.Шекмар