Трехконтактный тигельный электротермический атомизатор Советский патент 1989 года по МПК G01N21/74 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быт использовано в атомио-абсорбционном и эмиссионном спектральном анализе для определения микроколичеств элементов.

Целью изобретения является расширение круга определяемых элементов И диапазона определяемых .содержаний повьшение правильности и воспроизводимости анализа, снижение пределов обнаружения и увеличение срока службы атомизатора.

На фиг, 1-2 схематично показан предлагаемый атомизатор,вертикальный разрез; на фиг,3-4 - вертикальный и горизонтальный разрез по оптической оси атмизатора.

Устройство (фиг,1) содержит тигель в виде трубки 1 с перегородкой 2 и двумя отверстиями 3 в стенках трубки, два боковых контакта 4 с упорами 5, сквозными отверстиями 6, диафрагмами 7 и окнами 8 в оправках 9, снабженных отверстиями 10, торцовый контакт 11 с коническим углублением 12 и отверстиями 13 в дне 14 контакта, блоки 15. и 16 питания.

Устройство, изображенное на фиг,2 дополнительно содержит сквозное отверстие 17 в дне 14 контакта 11 и по крайней мере одно отверстие 18 в перегородке 2,

В устройстве, изображенном на фиг,3 и 4, боковые контакты 4 выполнены в виде защитного кожуха, внутренняя поверхность которого образует коаксиальный трубке 1 цилиндр.

Трубка 1 (фиг,1) зажата между боковыми контактами 4 так,что верхний торец трубки упирается в выступы 5 контактов, а отверстия 3 в стенке трубки соосны отверстиям 6 и диафрагмам 7- контактов 4, Диаметр диафрагм меньше диаметра отверстий в стенках трубки. Контакты 4 и отверстия 3 расположены на одной оси. Внешние концы отверстий 6 закрыты прозрачными ок- нами 8 (например, из кварца), расположенными в металлических оправках 9 с отверстиями 10 для подачи газа. Контакты 4 имеют систему охлаждения и соединены с блоком 15 питания. Нижняя часть трубки 1 с перегородкой 2 для дозирования пробы располож.ена ниже уровня контактов 4, Под трубкой 1 на ее продольной оси расположен торцовый контакт 11, выполненный в

риде стакана. Нижний конец трубки 1 заточен на конус и плотно вставлен в коническое углубление 12 в дне J стакана 11, который снизу прижат к трубке 1, В дне торцового контакта 11 выполнены отверстия 13 для подачи газа, расположенные симметрично между его стенкой и коническим углуб- 10 лением в дне 14. Торцовый контакт 11 имеет систему принудительного охлаждения и соединен вместе с одним из боковых контактов 4 с блоком 16 питания. Стенка торцового контакта 15 окружает нижнюю часть трубки 1, выс- тупаюцую за пределы контактов 4,

В перегородке 2 трубки 1 может быть одно или несколько отверстий 18 для продувки газом и Одно отверс- 20 тие 17 в дне 14 торцового контакта 11 (фиг,2), Отверстие 17 соосно трубке 1 и служит для подачи газа. Боковые контакты 4 могут быть выполнены в виде кожуха (фиг,3), защищ аю- 25 щего верхнюю часть трубки от доступа воздуха и препятствующего свето- и теплорассеянию.

Устройство работает следующим образом,

30 Анализируемую пробу, например раствор дозируют на перегородку 2 в нижней части трубки 1, Подают на торцовый контакт 11 и на один из боковых контактов 4 напряжение от блока 16 питания и высушивают пробу при небольшой температуре, после чего выключают нагрев атомизатора. Включают обдув атомизатора защитным газом, для чего продувают газ, напри- 40 мер аргон через отверстия 13 в дне торцового контакта и через отверстия 10 в оправках окон. Через некоторое время (2-5 с) на боковые контакты 4 от блока 15 питания подают напря- 45 жение, достаточное для нагрева аналитической зоны до температуры зации за время, равное 1с, и отключают продувку аргоном через отверсг тия 10, Нагревают аналитическую зону 0 ° температуры атомизации. При этом закрепленная в охлаждаемом торцовом контакте 11 нижняя часть трубки 1 с перегородкой 2 остается холодной и проба не испаряется. По достижении максимальной температуры аналитической зоны на торцовый и один из боковых контактов подают постоянное или меняющееся во времени напряжение и нагревают нижнюю часть трубки 1 с

35

5

31А5

перегородкой 2 импульсно или с определенной скоростью, которая может меняться во времени. При этом расположенная на перегородке 2 проиа испаряется и ее пары поступают в аналитическую зону, нагретую до температуры атомизации. Можно реализовать три режима нагрева нижней части трубки: импульсный, при котором происходит импульсное испарение пробы; замедленный, при котором нижняя часть трубки греется со сравнительно небольшой постоянной скоростью, и проба испаряется сравнительно медленно; режим автоматической регулировки температуры, обеспечивающий постоянную плотность атомного пара в аналитической зоне, В аналитической зоне осуществляется атомизация паров пробы. Аналитическую зону просвечивают излучением источника линейчатого спектра, например лампы с полым катодом, и измеряют величину атомной абсорбции, Сравнивая полученный результат с абсорбцией эталонных проб, определяют содержание металла в анализируемом объекте,

В том случае, если в перегородке 2 и в дне 14 торцового контакта дополнительно выполнены отверстия 17 и 18 ((1иг,2), на стадии испарения и атомизации пробы через эти отверстия трубку 1 продувают газом, например аргономо

Круг элементов, определяемых с помощью предлагаемого устройства, включает практически все определяемые в атомной абсорбции элементы, так как наличие торцового контакта, соединенного вместе с одним из боковых контактов с дополнительным блоком питания, позволяет нагревать нкжнюю часть тигля с пробой до максимально высоких температур, ограниченных лиш температурой разрущения материала атомизатора. Кроме того, отверстия для светового пучка в стенках тигля закрыты боковыми контактами, и в них не проникает или проникает в меньшей степени холодный окружанядий газ. Окна, закрывающие отверстия в боковых контактах, также препятствуют проникновению холодного газа и примесей воздуха в аналитическую зону. Наличие же отверстий в оправках окон позволяет продувать контакты и аналитическую зону инертным газом, удаляя из них остатки воздутпных при91,.

месей. Тем самым достигается рост температуры ар{алитической зоны и обеспечивается отсутствие в ней вредных примесей. Это дополнительно расширяет круг определяемых элементов за счет трудноатомизируемых, например образующих устойчивые окислы. Диапазон определяемых содержаний

0 значительно расширяется, так как наличие дополнительного торцового контакта, соединенного вместе с одним из боковых контактов с дополнительным блоком питания, позволяет про5 извольно варьировать скорость испарения гтробы при постоянной температуре аналитической зоны, а- следовательно, и диапазон определяемых концентраций. В частности, реализация

0 режима автоматической регулировки температуры атомизатора позволяет расширить этот диапазон до 4-5 порядков величин,

1равш1ьност-ь анализа резко воз5 растает из-за существенного увеличения температуры (максимальной и эффективной) аналитической зоны. Кроме того, наличие дополнительного торцового контакта и блока питания поз0 воляет существенно увеличить температуру испарения пробы, а значит и полноту ее испарения.

Воспроизводимость анализа повышается из-за наличия третьего торцового контакта, который дополнительно фиксирует тигель, препятствуя его отклонениям от вертикальной оси. Таким образом повышается воспроизводимость соединения тигля с боковыми

д контактами, а следовательно, воспроизводимость температуры аналитической зоны. Упоры на боковых контактах также фиксируют тигель, обеспечивая его воспроизводимое соединение как с .jc боковыми, так и торцовым контактом. Заточка нижней тигля на конус и коническая форма углубления в дне торцового контакта повьш1ают воспроизводимость соединения тигля с тор50

цовым контактом. Таким образом обеспечивается большая воспроизводимость температуры испарения пробы, а следовательно, и анализа. Кроме того, наличие торцового контакта обеспечивает подавление эффекта памяти. Пределы обнаружения снижаются благодаря росту чувствительности. Кроме того, стенки тигля закрыты от регистрирующей схемы диафрагмами.

расположенными в боковых контактах. Это исключает засветку регистрирующей схемы раскаленными стенками тигля и обеспечивает снижение уровня шума электронной схемы, а значит и снижение пределов обнаружения.

Срок службы такого атомизатора значительно увеличивается, так как прочность тигля,зажатого между боковыми контактами, расположенными соосно отверстиям в его стенке, резко возрастает. Кроме того, стенка торцового контакта, выполненного в виде стакана, играет роль защитного кожуха, окружающего нижнюю часть тигля и формирующего кольцевой экран из защитного газа, поступающего по отверстиям в дне торцового контакта, симметрично расположенным между стенкой и коническим углублением. Все это препятствует обгоранию и разрушению тигля при его нагреве.

Наличие дополнительных отверстий в перегородке и соосйого трубке отверстия в дне торцового контакта (фиг.2) позволяет увеличить скорость и полноту поступления пробы в аналитическую зону, а следовательно, увеличить правильность анализа и снизит пределы обнаружения.

Выполнение боковых контактов в виде запщщающего верхнюю часть труб- ки кожуха ХФиг.З) обеспечивает более полную защиту атомизатора от окружающего воздуха, тем самым увеличивая срок его службы. Кроме того, такой кожух значительно уменьшает тепло и светорассеяние стенок нагретого тигля. Таким образом .достигается повышение температуры тигля, а следовательно, и рост температуры аналитической зоны и расширение круга определяемых элементов.

Пример К Проводили атомно- абсорбционное определение таллия и молибдена в водных растворах хлоридов с известными концентрациями металлов (таблица) в присутствии 1000-кратнго избытка NaCl. Определение проводили на спектрофотометре Сатурн оснащенном атомизатором предлагаемой конструкции (фиГоОн а именно трубка из графита МПГ-6 длиной 20,, внешним диаметром 6,5, внутренним диаметром 3 мм, зажата между двумя цилиндрическими боковыми контактами из графита МПГ-6 диаметром 10 мм, боковые контакты плотно закреплены в металли

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ческих оправах, имеющих систему охлаждения и электропитания, в стенке трубки выполнены два соосных отверстия диаметром 2,5 мм. Боковые контакты расположены соосно этим отверстиям и имеют сквозные отверстия диаметром 6 мм, которые с внешней стороны закрыты кв.арцевыми окнами, а с внутренней переходят в диафрагмы диаметром 1,5 мм, отверстия в стенке трубки и в боковых .контактах соос- ны, окна вставлены в латунные оправки, имеющие отверстия диаметром 3 мм для подачи газа. Боковые контакты имеют миллиметровые выступы, фиксиру- юшде верхний торец трубки, нижний конец трубки заточен на конус под углом 130 , в трубке выполнена поперечная перегородка толщиной 1 мм для дозирования пробы, расположенная в 5 мм от нижнего торца трубки, который зафиксирован в коническом углублении, выполненном в дне третьего, торцового контакта, выполненного в виде стакана, внешним диаметром 16, внутренним диаметром 12, высотой стенок 8 при толщине дна 5 мм. Торцовый контакт плотно закреплен в металлической оправке, имеющей систему охлаждения и электропитания, в дне торцового контакта между углублением и стенкой симметрично расположены 10 сквозных вертикальных отверстий диаметром 1 мм для подачи газа, боковые контакты соединены с блоком питания мощностью 3 кВт кроме того торцовый и один из боковых контактов также соединен с независимым блоком питания мощностью 3 кВт, При проведении анализа реализованы два режима работы атомизатора: с импульсным нагревом нижней части трубки и с нагревом нижней части трубки в режиме автоматической регулировки температуру,, Аналитические результаты, полученные с помощью данного устройства,

представлены в таблице.

Пример 2, Проводили атомно- абсорбционный анализ тех же, что и в примере 1 проб, используя устройство, в котором дополнительно в поперечной перегородке трубки выполнено три сквозных отверстия диаметром 0,5 мм, а в центре дна торцового контакта - сквозное отверстие диаметром 4 мм (фиг,2).

П р и м е р 3, Проводили атомно- абсорбционный анализ тех же проб.

714

используя устройство, в котором дополнительно боковые контакты выполнены в виде защищающего трубку-тигель кожуха, а именно так, что поверхность торцов боковых контактов образует соосный трубке цилиндр (с выступами, фиксирующими трубку), причем величина зазора между этим цилиндром и трубкой составляет 2 мм,

Из приведенных примеров видно, что предлагаемая конструкция позволяет определять как легко, так и труднолетучие металлы в широком (4- 5 порядков) диапазоне содержаний, обеспечивая при зтом высокую надежность анализа,

Срок слзгжбы устройства, описанного в примерах 1 и 2, составил при анализе таллия 120-130 циклов нагрева, а при анализе молибдена 90- 110 циклов нагрева. Те же величины для устройства, описанного в примере 3, составили соответственно 200- 250 и 150-160 циклов,

П р и м е р 4. Проводили атомно- абсорбционный анализ тех же проб с помощью атомизатора - прототипа.

Стакан-испаритель высотой 7, глубиной 6,5, внешним диаметром 6 и внутренним 5 мм изготовлен из графита МПГ-6, В стенках стакана выполнено два диаметрально расположенных отверстия диаметром 2,5 мм. Центр отверстий на 3 мм ниже края стакана. Стакан зажат за боковую поверхность между двумя цилиндрическими электроконтактами, закрепленными в металлических электродах-холодильниках. Цилиндрические контакты расположены пепендикулярно отверстиям в стакане и . прижаты к его стенкам между отверстиями на уровне их центров. Диаметр контактов в точке касания со стаканом - 3 мм. Внутрь стакана на его дно помещен дополнительный стаканчик высотой 2, глубиной 1,5, внешним диаметром 5 и внутренним диаметром 4 мм, изготовленный из графита МПГ-6

Полученные с помощью данного устройства результаты приведены в таблице. Срок службы атомизатора-прототипа при определении таллия составлял 40-50 циклов нагрева.

С помощью атомизатора-прототипа возможно определение таллия, с надежностью и в узком диапазоне содержаний, а определение молибдена вообще Л евозможно,

591

П р и м е р 5, Проводили атомно- абсорбционное определение ванадия в водных растворах с известным содержанием металла (1-10 %), Определение проводили с помощью устройства отличающегося от описанного в примере 1 только отсутствием третьего, торцового электроконтакта. При этом

Q сигнал абсорбции ванадия не наблюдается даже при подаче максимального напряжения на боковые контакты. При аналияе тех же образцов с помощью устройства, аналогичного

5 примеру 1 , определено содержание ванадия- 1,1 10 %,

П р и м е р 6, Проводили определение молибдена в пробах, содержащих 2-10 % металла с помощью устQ ройства, отличаквдегося от описанного в примере 1 только тем, что торцовый контакт выполнен в виде цилиндра с плоскими, основаниями. При этом найденное содержание молибдена %

5 при пределе обнаружения 5-10 %, Атомизатор разрушился на 30-ом цикле нагрева, В то же время при использовании предлагаемого устройства (пример О найденное содержание ме„ талла 2,031( при пределе обнаружения 1,, а атомизатор выдерживает не менее 100 циклов нагрева.

Пример 7, Проводили определение таллия и молибдена в пробах, со- 35 держащих 2. каждого металла. Определение проводили с помощью устройства, отличающегося от описанного в примере I только тем, что боковые контакты расположены перпендикулярно оси, соединяющей центры отверстий для света в стенках тигля,

При этом найденное содержание металлов: таллия 0,95-10- % при пределе обнаружения , молибдена не

50

4 i

обнаружено.

Примере. Проводили определение таллия и молибдена в пробах, содержащих 2-10 % каждого металла. Определение проводили с помощью устройства, отличающегося от описанного в примере 1 только отсутствием прозрачных окон на контактах и тем, что отверстия в контактах и в стенках тигля расположены не соосно, а SS под углом 20-30°. При этом получены следующие результаты. Для татлия: найденное количество .1 -10 % при пределе обнаружения 8-10 %, Молиб10

у145159-1

ена не обнаружено. Предел обнаруже- ния 1 .

П р и м е р 9. Проводили определение молибдена в пробах, содержащих молибдена с помощью устройст- ва, отличающегося от описанного в Примере 1 только тем, что поперечная перег9родка расположена в 4,5 мм от ерхнего торца тигля.

При этом молибдена в пробах не обнаружено. Предел обнаружения молибдена в такой конструкции 3 10 %,

Использование предлагаемого устройства по сравнению с. известными устройствами позволяет дополнительно определять титан (в водных пробах). При этом предел обнаружения Z-IO %,

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает увеличение правильности и воспроизводимости анаиза, расширение круга определяемых элементов и диапазона определяемых содержаний, снижение пределов обна- ружейия и увеличение срока службы атомизатора, Предлагаемая конструкция может быть легко реализована на базе отечественных спектрофотометров Сатурн-3 и С-115,

ЛИ чт ля ля ви за ув бо са ди ко та ра ст ви ко ко за 20 да ко ко ис ст

15

25 ко тр от во

ч ув сн дн ск ко по ти

Формула изобретения

1, Трехконтактный ти.гельный электротермический атомизатор для атомно,-абсорбционного и эмиссионного анализа, содержащий цилиндрический тигель из жаропрочного токопровд- дящего материала с двумя диаметрально расположенными отверстиями в бо0

159-1

10

ЛИЯ, отличающийся тем, что, с целью расширения круга определяемых элементов и диапазона определяемых содержаний, повьш1ения правильности и воспроизводимости анализа, снижения пределов обнаружения и увеличения срока службы атомизатора, боковые контакты имеют упоры для фиксации тигля и сквозные отверстия с диафрагмами, закрытые с внешних концов прозрачными ркнами, причем контакты, отверстия в них и диафрагмы расположены соосно с отверстиями в стенках тигля, а тигель выполнен в виде трубки с поперечной перегородкой в .ее нижней части, причем нижний конец трубки Заточен на конус и зафиксирован в дополнительном охлаж- 0 даемом торцовом электроконтакте, который вместе с одним из боковых контактов соединен с дополнительным источником питания и выполнен в виде стакана, в дне которого выполнено

5

30

25 коническое углубление для фиксации трубки и ряд вертикальных сквозных отверстий между углублением и боковой стенкой стакана,

2,Атомизатор по п,1, отличающийся . тем, что, с целью увеличегдая правильности анализа и снижения пределов обнаружения, в дне торцового контакта выполнено сквозное отверстие, соосное с трубкой, а в перегородке тигля также выполнено хотя бы одно сквозное отвертие для продувки газом,

3,Атомизатор по пп,1 и 2, о т - личающийся тем, что, с

35

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в атомно-абсорбционном и эмиссионном спектральном анализе. Цель изобретения - расширение круга определяемых элементов и диапазона определяемых содержаний, повьшение правильности и воспроизводимости анализа, снижение пределов обнаружения и увеличение срока службы атомизатора. В электротермическом атомизаторе, содержап1ем цилиндрический тигель из жаропрочного токопроводя- щего материала с двумя диаметрально расположенными отверстиями в боковой стенке, расположенном вертикально между двумя боковыми токоподводя- щими охлаждаемыми электроконтактами,прижатыми к боковой поверхности тигля и соединенными с источником пи- , боковые контакты имеют упоры для фиксации тигля -и сквозные отверстия с диафрагмами, закрытые с внешних концов прозрачными окнами, причем контакты, отверстия в них и диафрагмы расположены соосно отверстиям в стенках тигля, который выполнен в виде трубки с поперечной перегородкой в нижней части. Нижний конец трубки заточен на конус и зафиксирован в дополнительном охлаждаемом торцовом электроконтакте, который вместе с одним из боковых контактов соединен с дополнительным источником питания. Торцовый контакт выполнен в виде стакана, в дне которого выполнены коническое углубление для фиксации трубки и ряд вертикальных сквозных отверстий между углублением и боковой стенкой стакана. В дне торцового.контакта может быть выполнено сквозное отверстие, соос- ное трубке, а в перегородке тигля - хотя бы одно отверстие для продувки газом. Боковые контакты могут быть выполнены в виде защитногоу кожуха, так что их торцовая поверхность образует в коаксиальный трубке цилиндр. В атомизаторе анапитическая зона расположена между отверстиями в стенках тигля на. одной оси с боковыми электроконтактами, закрывающими эти отверстия от поступления внешней атмосферы. Роль зоны испарения играет расположенная в нижней части трубки перегородка, на которую дозируют пробу. Торцовый контакт плотно прижат к нижнему торцу трубки. 2 з.п. ф-лы, 4 ило , 1 табл. в (Л 4 сл СП со

ковой стенке, расположенный вертикаль-... целью расширения круга определяемых :но между двумя боковыми токопроводя- элементов и увеличения срока службы щими охлаждаемыми электроконтактами, прижатыми- к боковой поверхности тигля и соединенными с источником питаатомизатора, боковые контакты выполнены в виде защищающего тигель кожуха.

целью расширения круга определяемых элементов и увеличения срока службы

атомизатора, боковые контакты выполнены в виде защищающего тигель кожуха.

8

LA

5

8

r

/::/:)

4SXSX S

12

д 9

III

/

I

- 7

6 « 5

/ I

№

у T} ,j, ГУ

/ /I l

/7 I

cfyu2,2

;//

72

gy(js,6

to

w

fu.