Способ спектрального анализа Советский патент 1987 года по МПК G01N21/73 G01J3/42 

Изобретение относится к области атомного эмиссионного, абсорбционного флуоресцетного и лазерного спектрального анализа и может найти применение для анализа трудноатомизируемых элементов .

Целью изобретения является повьпие- ние чувствительности и точности анализа трудноатомизируемых элементов.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит распьшитель 1, горелку 2, катод 3, анод 4, образующие зоны разряда 5-7, источник 8 питания.

Проба распыляется распьшителем 1 и аэрозоль в смеси с горючими газами вводится в горелку 2 и пламя. На пламя воздействуют электрическим током, для чего в пламя вводят электроды (катод 3 и анод А, которые подсоединены к источнику 8 питания). Допол- нительно в пламя вводят добавки легкоионизующего элемента в следующей концентрации, ат/см :

1S

(10 -10 ).;;

V

:;.

100

(1)

Это можно осуществить путем добав ки легкоионйзующегося элемента в исследуемый раствор до концентрации 5-50 мг/мл,. а также при использовании дополнительного распылителя для элемента-добавки или распылении раствора легкоионизующегося элемента непосредственно ,в пламя. После этого включают источник питания и пропускают через пламя электрический ток в направлении фронта распространения пламени, подводя к пламени напряжение 100-400 В. Сила электрического тока составляет 5-20 А.

В случае осуществления в пламени дугового электрического разряда расстояние между электродами составляет 3-10 мм, при этом разряд поддерживается за счет термоэлектронной эмиссии с раскаленного катода. При больших расстояниях между электродами дуговой разряд гаснет и не может быть осуществлен.

Введение легкоионизующейся добавки позволяет осуществить новый тип разряда при больших расстояниях между электродами. При малых расстояниях между электродами 3-10 мм также наблюдается, чисто дуговой разряд, но при увеличении расстояния между элект

5

5

родами - три зоны разряда. Между катодом и вьплележащими зонами пламени возникает дуговой разряд диаметром 3-5 мм, определяемый термоэлектронной эмиссией с катода (зона 5). Зона 5 разряда вытянута вдоль фронта распространения пламени вследствие потока газов пламени. Температура и другие характеристики этой зоны разряда идентичны параметрам обычного дугового, разряда (Т. 5000-7000 К). Выше этой зоны дугового разряда появляется зона спокойного разряда, аналогичного известному тлеющему разряду в инертных газах (зона 7). Появление подобного разряда обусловлено ионизацией элемента-добавки в вышележащих над дуговым разрядом зонах 7 пламени на высотах более 3-5 мм. Зона 7 разряда расширяется за счет диффузии в виде воронки над зоной 5 разряда и на высоте 25 мм и выше захватывает весь объем цилиндрического 5 пламени диаметром 20 мм. Длина зоны спокойн,ого разряда зависит от концентрации и типа легкоионйзующегося . элемента-добавки используемого пламени и характеристик разряда (табл.1). Температура зоны 7 разряда несколько ниже температуры зоны 5 и составляет 4000-6000 К. Вблизи анода (в зоне 6) за счет ускорения электронов в электрическом поле и бомбардировки анода электронами возникает дуговой разряд диаметром 3 мм, аналогичный известному типу дугового разряда.

0

0

В способе реализуется новый тип сильноточного пламенно-плазменного разряда в газах пламени в присутствии егкоионизующейся добавки. Аналитической зоной предлагаемого пламенно- плазменного разряда является зона 7 разр яда между дуговыми разрядами на катоде и аноде. При стабильном разряде падение напряжения в этой зоне составляет менее 1/3 приложенного к электродам напряжения, а на катоде и аноде падение напряжения составляет более 1/3 приложенного потенциала, соответственно. Зона 7 тлеющего разряда является наиболее стабильной зоной предлагаемого разряда и ее анаитические ,характеристики мало зависят от эффектов блуждания дугового

разряда на катоде и аноде, в этой зоне гораздо меньше фоновое излучение самого разряда, а условия возбуждения элементов приближаются к

условиям возбуждения в тлеюп1;ем разряде. Все это 13 сочетании с высокой температурой аналитической зоны предлагаемого пламенно-плазменного разряда позволяет повысить чувствительность и точность анализа труцноатоми- зируемых элементов.

В устройстве катод 3 расположен у основания горелки, а анод 4 - выше катода по оси горелки. Такое расположение катоди и анода обеспечивает совпадение направления пропускаемого через пламя тока с потоком газов пламени и стабилизацию разряда. Расстояние между катодом и анодом составляет 10-100 мм. Минимальное расстояние определяется возможностью осуществления предлагаемого нового типа разряда, а максимальное расстояние связано с практическими соображениями при атомно-абсорбционном анализе элементов в пламени. Для снижения влияния эффекта блуждания дугового разряда на катоде и аноде электроды установлены под углом не более 90 по отношению к оси горелки.

Пример . Используют эмиссионный и атомно-абсорбционный спектрофотометр с концентрическим распылителем, камерой распылителя и пламенем воздух-ацетилен. В пламени устанавливают электроды из спектрального графита: катод над горелкой и анод на расстоянии 20-60 мм над катодом. К электродам подсоединяют стабилизированный агрегат электропитания постоянного тока. (250 В,15 А). В пламя распыляют растворы, содержащие легкоионизующийся элемент калий и трудно- атомизируемые элементы (алюминий и ванадий). Изучают условия получения предлагаемого пламенно-плазменного разряда в пламени и эмиссионные спектры определяемых элементов.

В табл. 1 даны условия получения стабильного пламенно-плазменного разряда с пламенем воздух-ацетилен, калием в качестве легкоионизующегося элемента и агрегатом питания.

Данные табл. 1 показывают, что для получения стабильного пламенно- плазменного разряда необходима соответствующая концентрация элемента- добавки, которая оценивается по выра- жению (1). Пламенно-плазменный разряд может быть реализован и с другими пламенами (пропан-воздух, аце- тилен-закипь азота), при этом изменяется необходимая концентрация эле

5

5

мента-добавки и результирующая температура аналитической зоны разряда. В качестве элемента-добавки могут быть применены не только щелочные, но и щелочно-земельные и другие элементы.

Стабильный пламенно-плазменный разряд получают при установке катода у основания горелки, а анода - выше катода по оси горелки и питании разряда постоянным током. Обратное расположение электродов приводит к нестабильности разряда. Не имеется принципиальных ограничений для питания разряда пульсирующим и переменным током, но здесь снижается стабильность разряда и каждый период необходим поджиг разряда высоковольтной искрой. Температура пламенно-плазменного разряда, которая оценивается по интенсивности излучения линий железа, составляет порядка 4000-5000°С и выше, т.е. по температуре пламенно-плазменный разряд занимает промежуточное положение между пламенами и высокотемпературными разрядами: ВЧ-плазмой и плазмотронами.

Изучение аналитических характеристик предлагаемого пламенно-плазменного разряда показало, что стабильность разряда не уступает стабильности пламен и значительно превосходит известные комбинированные пламенно-дуговые источники атомизации. Это

5 позволяет повысить точность измерений, трудноатомизируемых элементов и снизить Пределы обнаружения. Коэффициент флуктуации и погрешность измерения с предлагаемым пламенно-плазменным -разрядом составляет 0,01-0,03 по сравнению с 0,10-0,3 для известного. Высокая стабильность и температура пламенно-плазменного разряда дают возможность повысить чувствительность

5 измерений.

В табл. 2 показаны пределы обнаружения элементов с различными атоми- зирующими устройствами.

Данные табл. 2 показывают, что чувствительность измерений для предлагаемого способа на порядок выше, чем для высокотемпературных пламен и не уступает высокочастотной индуктивно связанной плазме.

0

0

0

55

Возможности изобретения осуществляются наиболее полно, если катод и анод вьшолняются в виде тороидальных колец или другой формы держателей,.

расположенных вокруг пламени, в которые устанавливаются попарно электроды под углом не более 90° к оси горелки

Это позволяет снизить влияние обгорания материала катодм и анода при

работе разряда. В качестве материала контактов катода и анода можно ис- пользовать графит ,стеклоуглерод, пи- рографит, окислы редкоземельных эле- ментов.

Формула изобретения

Способ спектрального анализа, заключающийся в введении пробы в пламя и воздействии на пламя электрическим током, о тличающийся тем, .что, с целью повышения чувстви0,1 0,2 0,5 1,0 3,0

6,0

12,5 25,0

тельности и точности анализа трудно- атомизируемых элементов, в пламя дополнительно вводят добавки легкоионизующегося элемента в концентрации

п, ( е .

ат/

см-

где V - потенциал ионизации элеменnovi

та-дооавки, эВ, Т - температура пламени, К , и пропускают через пламя электрический ток силой 1П-20 А в направлении фронта распространения пламени с помощью электродов, расположенных по оси пламени, при этом анод расположен над катодом на расстоянии не менее длины аналитической зоны и оба под углом к ней не более 90°.

Таблица 1

Нестабилен

Неста- Нестабилен билен

Таблица 2

Изобретение относится к области атомного эмиссионного, абсорбционного, флуоресцентного и лазерного спектрального анализа трудноатомизируемых элементов. Целью является повышение чувствительности и точности анализа трудноатомизируемых элементов. В пламя дополнительно вводят легкоионизирующуюся добавку и пропускают электрический ток вдоль фронта распространения пламени. 1 ил., 2 табл.

Зон а 6

Зона 5

Составитель О.Матвеев Редактор И.Шулла Техред М.Ходанич Корректор Е.Рошко

Заказ 3825/39 Тираж 776Подписное

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