Способ определения концентраций элементов Советский патент 1987 года по МПК G01N21/67 

113

Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу и может быть использовано для определения химического состава веществ, в частности горных пород.

Цель изобретения - повышение точности определения концентрации химических элементов.

Сущность способа определения концентраций (с) элементов заключается в том, что сначала проводят в режиме обеспечивающем независимость температуры разряда от валового состава проб, при котором сила тока дуги I 33,5-34,5 А, скорость отсоса V 6,5-7,5 м/с, фаза поджига дуги 87- масса просыпаемого порошка m - 55-65 мг, спектральный анализ эталонных проб с известными концентраци ями (с) элементов, определенными ко- личecтвeнным i методами, и минералогией, В одном из этапов анализа методом твердых графиков определяют ори ентировочные концентрации породообразующих элементов. По соотношению ориентировочных концентраций породообразующих элементов составляют классификационные таблицы изученных типо пород. Путем сравнения ориентировочных концентраций с истинными составляют таблицы поправочных коэффициентов для отдельных элементов, входящи в состав изученных типов пород.

Затем проводят в том же режиме спектральный анализ рядовой пробы и по соотношению ориентировочных концентраций породообразующих элементов относят ее к одному из ранее изученных типов пород. Истинные концентрации элементов определяют с помощью поправочных коэффициентов, установленых ранее для этого типа породы.

Для выбранного в результате планирования эксперимента оптимального режима получения спектра с использовнием горизонтальной угольной дуги метода просыпки-вдувания было установлено, что равномерно вводимая за экспозицию 15 с масса порошка анализируемой породы (т 60±5 мг) различного валового состава не приводит к заметному нарушению параметров разряда. Об этом свидетельствуют экспе

риментальные графики радиального рас- gg может быть выбрана зависимость Iglпределения температуры в излучающем объеме плазмы. В то же время сохраняется зависимость результатов анализа концентраций элементов от минеральIgC для любой группы пород, которая обеспечивает решение задачи или обус ловлена наличием стандартных образцо состава, В примере используется груп

0

5

0

5

ного состава анализируемых проб,что проявляется в параллельном сдвиге градуировочных графиков, построенных в координатах Igl-lgC для 45 элементов ,

Осуществление способа показано на примере магматических пород, хотя способ пригоден для определения концентраций различных элементов в горных породах разнообразного состава и генезиса.

Измельченную известным способом, например, дроблением и истиранием до 5 0,074 мм навеску пробы m 60i 5 мг просьтают с помощью аппарата для просыпания проб, например УСА-5, в горизонтальную угольную дугу перемен- ного тока, работающую в оптимальном режиме: сила тока I 3410,5 А, фаза поджига дуги с| , скорость потока воздуха, стабилизирующего разряд, V 7iO,5 м/с, экспозиция 15 с. Режим выбран в результате планирования эксперимента методом греко-латинских квадратов, Спектр пробы фотографируют через 10-ступенчатый ослабитель Клера, помещенный перед щелью спектрографа, например, ДФС-8, Ширина щели спектрографа, например, 8 X , Спектр фотографируют на пластинки спектральные тип П, чувствительностью от 16 до 20 ед,, размером 13 X 18, Проявление ведется в метол-гидрохиноновом проявителе, например, 4 мин. Для контроля за соблюдением условий анализа на каждую пластинку сжигают контрольный образец с известным содержанием анализируемых элементов. На спектрограмме находят спектральные линии, выбранные ,в качестве аналитических для определяемых элементов, измеряют их интенсивность в ступенях ослабления с точностью до О,1 ступени.

Сначала предлагаемым способом анализируют коллекцию (эталонную) магматических горных пород с известным минеральным и элементным составами. Строят градуированные графики в координатах Igl-lgC для породообразующих элементов, Для каждого элемента обозначается твердый график. В качестве твердого графика в принципе

0

5

0

0

может быть выбрана зависимость IglIgC для любой группы пород, которая обеспечивает решение задачи или обусловлена наличием стандартных образцов состава, В примере используется группа магматических пород основного состава (трапп, габбро, базальт). Эталонная коллекция пород состоит из 22 образцов. В нее входят стандартные образцы (сое): магматические породы ультраосновного, основного, среднего, кислого, щелочного состава а также грейзен и пегматит.

По ориентировочнь м концентрациям породообразующих элементов определенным по твердым графикам, для всех эталонных пород составлена классификационная таблица (табл. I), в которой каждый из типов пород описан с помощью изменяющихся хотя бы по одному из породообразующих элементов граничных условий, характеризующих степень концентрирования (наличие определенных минеральных форм) основных компонентов в каждом из изученных типов пород по мере поступления стандартных образцов классификационная таблица может быть расширена).

Затем для анализируемых элемен- тов в изученных типах пород эталонной коллекции путем сравнения ориентировочных концентраций с истинными значениями определяют поправочные

коэффициенты (табл. 2 ).

Используя установленные зависимости (табл. I и 2) определяют тип и рассчитывают состав анализируемых рядовых проб, если они по описанию и п граничным условиям укладываются в классификационные схемы эталонной коллекции. В табл. 3 представлены логарифмы интенсивности породообразующих элементов (в ступенях ослабления) в спектрах трех проб магматических горных пород из коллекции Киевского госуниверситета, проходящих аттестацию в лабораториях СНИИГГ и МСа В табл. 4 представлены соответствующие этим интенсивностям ориентировочные концентрации, определенные по основным графикам. Спектры проб сфотографированы через 10-ступенчатый ослабитель, помещенный перед щелью спектрографа, при описанном выше оптимальном режиме: I 34fO,5 А, у 7±0,5 м/с, tf 90t3°, m 60±5 мг, экспозиция 15 с.

При сопоставлении данных табл. 4

с граничными условиями для ПОрОДООб-

разующих элементов в классификационной табл. 1 получают, что образец Бр попадает в позицию 18 (базальт), образец ГА - в позицию 11 (альбитизи

5

5

о

g

5

0

5

0

рованный гранит), образец ГК - в позицию 7 (роговообманковын гранит). Определенные типы пород совпадают с геологическим описанием, согласно которому образец Бр - базальт ровенс- кий, образец ГА - альбитизированный гранит, Гк - гранит коростенский.

Используя поправочные коэффициенты (см. табл. 2), определяем истинные содержания элементов. Они приведены в табл. 5. В табл. 6 для сравнения помещены данные анализов, проведе 1ные для этих же образцов количественными методами атомной абсорбции и спектро- колориметрии.

Предложенное решение по сравнению с прототипом позволяет увеличить точность анализа: результаты удовлетворяют III-V категориям точности. Формула изобретения

Способ определения концентраций элементов в образцах горных пород путем просыпки-вдувания пробы в зону дугового разряда, регистрации интенсивности аналитического сигнала, по которым методом твердых графиков судят об ориентировочных концентрациях определяемых элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентраций элементов, сначала проводят анализ эталонных проб с известными концентрациями элементов и мипepi. l ;- гией в режиме, обеспечивающем независимость температуры дугового разряда от валового состава проб, устанавливая силу тока дуги I 33,5-34,5 А, скорость отсоса v 6,5-7,5 м/с, фазу поджига дуги 87-93°, массу просыпаемой пробы m 55-65 мг, определяют ориентировочные концентрации породообразующих элементов, по соотношению которых для эталонных проб составляют классификационные таблицы изученных типов пород и соотрстствую- щие им таблицы поправочных коэффициентов для отдельных элементов, полученные путем сравнения ориентировочных концентраций с истинными значениями, далее проводят в том же режиме спектральный анализ рядовой пробы, по соотношению ориентировочных концентраций породообразующих элементов относят ее к одному из ранее изученных типов пород,после чего концентрации элементов определяют с помощью поправочных коэффициентов, установленных ранее для этого типа породы.

- - «л

п о о

о

kМ

1Л о О

п П о

о о

сГ сГ о

1Л

о о

- о -

1Л

-

ГЛ

го

1ЛО 1Л

1Г|-.--

го о о

1Л

о

со

о

fO

о

го

о

о

О

О ш

го fO

1Л

«

о

о см

ш

fk

о

о о

о

м

и-1

«

о

о о

1Л

о

о

о

(М

СЛ

М

О

о

см

1II I

1III

III0.) I

II1,33 0. I

4 3 1,33 1,5 2 0,67 32I

2 3 1,33 121I,J II

1,5 2 1,33 1 1 I

1,5 I0,67 I

1,5 2 I,3J 1 0,67 11,5 10,67 131I0,25 I

1,5 1 1 I 1 II0,5 0,67 0,33 20,671,33 1

1,5 1 II 0,67 I1,5 10,67 0,33 20,5I0,33 0,

1,5 I I

II

I ,5

I II

II

211 III

1,5 I

IIII

1,33

IIII

IIII

II I

0,005 0,5 I1,33 I0,02 1,5

3/1,53/1

0,005 II ГII1,5

2/1,5

0,005 0,67 0,67 I20,5I

6/1,5

IIIII

1,5

0,5 1,5 0,5 1

111 1 I 0,005 I0,5 20,5 0,5

2/1,5

IIIII

1,50,67 0,5 20,33 0,5

гель 1,5 прн других условиях - I. Значок - проверке по другой линии.

I

I

III

tII

0,50,5I

I0,5I

1

0,25 I

0,5 30,51,33 0,5

0,5 30,51,33 0,5

0,5 J0,67 . I0,25

0,67II

1

I

I

0,3O.e

0,25I

0,25I

0,25I

Таблица

I Пегматит 0,2 0.16 0.33 1.Э I

I Гр«Лаен 0.2 0.16 I

1.5/1 2/1,33

1,33 20I 1 1.75 lt I O.n 1,33 3 1.5 I

O.S7/1 0.11/1 3 Луяврит 0,2 0.7J 0.67 1 1,33 0.5 I

1.5 1.33 1 1,7 1 1,5 I

4 Уртит 0,S 1 0.67 I 1.33 2 I

5 М«риу-0,1| 0.25 0.67 I 1.33 0.5 1 полит

6 Ииас- 0,2 0.5 0.5 1 1.33 0.5 кит

Poro- 0,5 0,5 7X 1,33 1.33 0,5 1 вооб- манко- вый гранит

0.67/ /0,33

0.33 0.5 1.33 1,33 0.5 I 0,67

0,75 0,5 1,15 1.33 0.5 1 I

0,75 0.5 I.1J I 0,3 1,75 1

Альби- 0.11 0.16 0.67 1.33 1,33 0,5 1 тизи- роваи- ный гранит

I 0,75 II

0.67 0,75 II 0,67 I II

1 .51 II . 1.33/ /1

I0,5I

1.3311

1,330,51

I1I

16 Анор- I I 0,67 I тознт

1,75 0,5 I 17 Габбро I 0.75 I 0.67 I 1,51

18 Рудное 0,67 11.5 0.67 11.51

габбро

19 Горк- I iI

бпеиДИТ

1.33 110,67 11,33 I I

20 Ким- 0.67 I0,67 I0.57 I

берлит

0.67 1,33 I

I 2I

I0,57 I

1.33 0.57 1

Примечание. Выражение 4X следует читать - при кониентрации NaO 41 испольэуетск множн1.5/1

ЭХ O.I I I 31

2/1,33

I O.n 1,33 3 1.5 I

1.33 1 1,7 1 1,5 I

I 1

I

IX I I 1,5 1.33/1

II

II

0,5I

0.5I

.SZ 0.1 I/ /0.5

1 I

I 0.5 0.5

0.67 1.33 I 1.5 0,62 0,5 0.5 0,5 0.75 1 1 0,5 0.33 I

0,5 0.5 1 I 0,5 0.33 0.5

0.67 0,67 0,75 I 1 0,5 I I

I I

1,33 0,5 1,7 I 0,003 I

1,5/1

I 1 0,75 I

I I

1% I 1 0,75/1

1,33 I 0,6 -I

I,33 I II

0.75 I 11

IIII

0.75 1,33 II :

IIIII

1

2I 1 3/1,33

0.67 I

0,33I

0.5I

0,50,5

11.5

0,5I

0,5I

1,71,5

0,331

0,5 0,03 3/1

0,0 3

3/1

I 1.33 I II o,oi o,oi :

10/1,5 10/1

10,5 1,7 I 1,5 O.OI 70,0l I ,5

10/1,5 lO/l

I0,5 1,711,5 0,OI --O.Ol I

10/ 10/1 /1,5

с; ю

R3

ь

Ol S

ж

О

о ct о а

с:

Пробы

Сравнительные данные, %

СаО MgO FCjO, SiOj AljO, , 11.0 Ti Oj MnO

БР9,155,3615,2549,9 12,58He0,00182,,890,22

БР9,295,4315,3049,3 12,64ана-0,00182,560,822,730,23

ГА0,600,274,0763,18 16,39ли-0,00819,012,940,356,32

ГА0,570,264,0562,9 16,78зи-0,00858,932,880,350,32

Гк0,790,313,2672,69 12,66ро-0,00733,105,620,350,033

Гк0,760,323,3673,24 12,60вал-0,00693,135,600,350,032

Составитель Б. Широков Редактор Л. Пчолинская Техред М.Ходанич

Заказ 4122/40Тираж 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

Таблица 6

Корректор С. Шекмар

Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу и может быть использовано для определения химического состава горных пород. Целью изобретения является повьпцение точности определения концентраций элементов. В процессе спектрального анализа методом просыпки-вдувания по интенсивностям аналитических линий определяют ориентировочные концентрации элементов по методу твердых графиков. Путем сравнения ориентировочных концентраций породообразующих элементов в анализируемой породе с данными классификационной таблицы, в которой представлены изученные ранее стандартные образцы состава или проанализированные количественными методами образцы горных пород, отличающиеся друг от друга пределами изменения концентраций породообразующих или некоторых специфических элементов, концентрирующихся в определенных типах пород, определяют принадлежность анализируемой породы к одному из изученных типов. С помощью таблицы поправочных коэффициентов, установленных при предварительном изучении пород, вошедших в классификационную таблицу, рассчитывают истинную концентрацию элементов в анализируемой породе путем умножения на соответствующий поправочньй коэффициент. 6 табл. $ (Л со со