Способ спектрального анализа твердых образцов Советский патент 1987 года по МПК G01N21/39 

1128

Изобретение относится к анализу состава твердых веществ и может быть использовано для определения содерг- жания основных и примесных элементов в широком диапазоне их изменения в природных и технологических объектах.

Целью изобретения является повьше- ние точности, производительности анализа и расширение интервалов определяемых концентраций.

В основе способа лежит прямо пропорциональная зависимость величины суммарного аналитического сигнала, накопленного при регистрации одиноч

ных аналитических сигналов I , от

о

числа импульсов лазерной атомизации п.

., выраженная формулой п

I П1, п(1)

Связь между величиной аналитического сигнала I;, и значением концентрации определяемого элемента С для каждого одиночного акта лазерной атомизации вещества выражается в виде

(2)

li

. с.

1

iгде а ; - коэффициент, определяющий условия регистрации аналитического сигнала; коэффициент, определяющий условия формирования аналитического сигнала. Коэффициенты а и у. принимают постоянные значения а и у для всей серии производимых лазерных импульсов при соблюдении адекватности условий регистрации и формирования аналитического сигнала.

Таким образом, при определении содержания элемента в пробе можно зписать

Hv

а,

V.C.n,

(3)

Это равенство справедливо для любых значений C,j, О :100%.

Накапливая сигналы как от образца так и от эталона (стандарта) I

до выполнения условия равенства

ПхПо

S1

i., п I

и

9 t

(4)

с учетом формулы (3), имеем выражение для расчета концентрации определяемого элемента при наличии одного эталона

(5)

При равных прочих условиях анализа пробы и эталона формула (5) приобретает простой вид

П:

п.

э

(6)

где

х ,

в случае

э

Таким образом, анализ сводится к подсчету числа импульсов лазерной атомизации пробы и эталона, необходимых для выполнения условия (4).

Точность определения искомой концентрации зависит от степени выпол- (4), т,-е. можно занения равенства писать

ul

-

i f

Э1

п,+п

(7)

25 где д1

Х-1

Э1

30

35

разность одиночных аналитических сигналов от образца и эталона.

Высокая точность достигается при д1 - О или при () . Следовательно, точность определения можно задавать числом актов.лазерной атомизации (пх+п,), исходя из условий решаемой задачи.

Таким образом, с помощью ограниченного числа эталонов или стандартов (достаточно и одного) можно осу- ществлять лазерный спектральный анализ в широком интервале определяемых Q (Концентраций (О С 100%) с высокой точностью определений, задаваемой числом актов лазерной атомизации. Предлагаемый способ может быть использован в лазерном спектральном анализе с применением импульсных лазерных источников излучения в режиме с модулированной добротностью с наносекундной (и менее) длительностью импульсов при одиночных актах воздействия луча на поверхность анализируемого вещества.

Пример 1. При проведении испытаний на стандартных образцах пиритного концентрата ГСО 2248-82 с содержанием элементов, %: Fe45,24; Со 0,1224; Ni 0,0628; Си 0,0286, при использовании в качестве атомизатора импульсов лазерного излучения с энергией 1 Дж и длительностью 20 не.

45

1 50

55

установлена закономерность прямо пропорционального изменения интенсивности аналитических линий от числа актод лазернвй атомизации вещества, т.е. получено

h

ГГ I п1 ,

: 1 о

1 i 1

Зависимость интенсивности аналитических линий компонент стандартного образца состава пиритного концентрата ГСО 2248-82 от числа импульсов лазерной атомизации вещества

Результаты измерений свидетельствуют о достаточно четкой зависимости увеличения интенсивности аналитического сигнала от числа актов лазерной атомизации взщества.

Для всех компонент, входящих в состав испытуемого образца и варьирующихся в широком диапазоне концентраций (0,0286-45,24), относительное отклонение значения отношений интенсивности лини; от отношения числа лазерных импульсов составляет не более 3,5%.

Использование прямо пропорционального усиления полезного сигнала при увеличении числа лазерных наносекунд- ных импульсов воздействия на мишень

28

что хорошо согласуется с формулой

. (1). Суммарные значения интенсив- ностей аналитических линий компонент

образца ГСО 2248-82 и их соотношения при изменении количества импульсов лазерной атомизации вещества приведены в табл. 1.

Таблица

1

позволяет осуществить спектральный анализ с высокой точностью и уменьшить число эталонов (стандартов), необходимых для градуирования сигнала .

Пример 2. При испытании контрольных образцов с аттестованным

содержанием определяемых компонент . получены экспериментальные значения концентрации элементов при использовании в качестве эталона одного стандартного образца. Результаты опредеения содержаний элементов в контрольных образцах минерала пирита и пиритного концентрата Уголек-80 приведены в табл. 2.

Как следует из приведенных данных, расхождение экспериментально полученных и аттестованных значений содержания элементов в контрольных образцах незначительно, причем величина относительного отклонения уменьшается до 1-2% при увеличении числа актов лазерной атомизации. При этом многократное воздействие наносекундных импулхзсов лазерного излучения на образец, ведущее к повьшению точности аналитических определений за счет усреднения значений аналитического сигнала, т.е. за счет более правильного дозирования вещества, не требует увеличения количества веще

45,6 0,100

46,0 0,097

Таблица 2

ства для проведения анализа по сравнению с лазерно-злектроразрядным способом, где испарение вещества, как правило, осуществляется милли- секундными лазерными импульсами, при которых отмечается значительное разрушение образца по глубине.

Пример 3. В табл. 3 приведены сравнительные результаты определений содержания элементов в контрольных образцах пиритного кон- центрата (Уголек-80) предлагаемым и лазерно-электроразрядным спосо- бами при одинаковом расходе вещест- ва 2 10 г. .Таблица 3.

0,115

9 3

15

Из сравнения полученных результатов значений концентраций элементов, входящих в состав контрольного образца, с их аттестованными значениями следует, что точность анализа предлагаемого способа значительно превосходит точность анализа известного, требующего большого числа (не менее трех эталонов .

По сравнению с известными способами спектрального анализа сложных природных объектов предлагаемый позволяет повысить производительность анализа в 3-5 раз, так как в известных способах доминирующая часть времени уходит на градуирование аналитического сигна ла и подготовку необходимых эталонов .

По чувствительности описываемый способ не уступает количественному эмиссионному спектральному анализу, а по точности несколько превосходит его.

ВНИИПИ Заказ 7431/41 - Тираж 776

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Продолжение табл.3

0

5

0

5

0

Формула изобретении

Способ спектрального анализа твердых образцов, заключающийся в испарении йробы и возбуждении атомов облучением образцов импульсным лазерным излучением наносекундной длительности, вьщелении аналитччес- ких линий определяемых элементов спектральным прибЬром и регистрации суммарного, усредненного сигнала при многократном лазерном испарении вещества, отличающийся- тем, что, с целью повышения точности :И производительности анализа и расширения интервалов определяемых концентраций, облучают стандартный образец и пробу до получен я одинаковых суммарных величин сигналов от обоих образцов,а содержание элементов в пробе определяют по отношению числа .импульсов атомизации стандартного образца к числу импульсов атомизации анализируемой пробы,соответствующих одинаковым суммарным величинам аналитических сигналов,умноженных на концентрацию элемента в стандартном образце.

Подписное

Изобретение ртносится к области анализа состава твердьпс веществ и может быть использовано при исследовании природных и технологических объектов. Целью изобретения является повышение точности и производительности спектрального анализа и расширение интервала определяемых концентраций. В основе предлагаемого способа лежит прямо пропорциональная зависимость величины суммарного аналитического сигнала от числа импульсов при многократном лазерном испарении вещества. Определение содержания элементов в пробе-осуществляется по отношению числа импульсов атомнзации стандартного образца к числу импульсов атомизации anasyisH- руемой пробы, соответствующих одинаковым суммарным величинам аналитических сигналов. 3 табл. с S (Л го 00 00 О) to 00