Способ определения коэффициентов атомизации свинца Советский патент 1992 года по МПК G01N21/72 

1

Изобретение относится к области атомной и молекулярной физики и касается аналитической лазерной спектроскопии, оно может быть использовано для определения важного физического параметра - коэффициента атомизации элемента в пламени, определяющего чувствительность элементов в пламени спектрсюкопически методами. Знание коэффициента атомиза- :ции необходимо и при изучении процессов происходящих в пламени - ки- етики химических реакций и т.д.

Целью изобретения является повышение чувствительности, селективности и точности определения.

На фиг.1 изображен график зависимости фoтoиoнизaIДIioннoгo сигнала U от спектральной плотности мощности р jна фиг.2 - график зависимости коэффициента атомиэации от состава пламени .

ОС

ос

Для определения концентрации сво- , бедных атомов в пламени используется их селективное возбуящение и иоии- задан с последующей регистра об разовавшяхся заряженных частиц„ Дпя ИТОГО зтого известный объем пламегя облучается лазерным излучением с BOЛHfll s имеющими длину совпадающую с лнкияки поглощения на последова- гельн)х переходах распыляемого в элемента, коэс х ициент атом}1зл- цни которого определяется. В реэуль тате атомы переводятсй в вьгсоковоз-- буадекнме электронные состояния, из которьйс они затем фотоионизируются излуче5шем лазера иош зирующей сту- йёни. Обра зов ч Ш вся при этдм .элек тропы И ионы регистрируются номещам- в пламя коллектором эаряжениыя чаеткц с эффективностью , Спект- р пьпая пйотноетb MOiiiHости лазериого излучения р дсхшжаа быть таксйа чтобы с0еекечить реявдм ояти геекого насы- шэзбуадаемы): пёрекодоз. Пря . к шчество атомов на возбущен- нык уровйяк не зависит от вероятйос- тей , и опредежяетсй соотйойением с гатвесов участвуювях в возбуащешш -уро&ней, Еслн нйжняй , уроиета с кетового нроиззодатся йоз&ущеннея йш «ется оснойшда и ма нем йаксщк гся большая часть kfoMos, то Концентрация свободиык ат.омов Nj следуюпряг

lim

.

He

ey

e

2ClMptlL.. eV

лиент пропорциональности. С ростом; , рэ наблюдаются отклонения от линейности и при р, р Г U(p,).

Р.РГ

,«аС

., max ,и .Используя эти

- 1/2 1,2

соотношения из кривой U (Pj)

можр«ас и«,«г

0

S

0

5

0

но определить значения

Зная иСр) легко определить число образуюр1ихся и регистрируемых элек... си.

тронов не --при условии, что регистрирующая система работает в режиме интегрирования сигнала (НО ttMnj Aetrt n - длительность электронного импульс).

Пример. Определе1О е- зависимости коэффициента атокиэац ш свинца от состава пламени ацетилеи-воэдух.

Hbsta выбрана трехступенчатая схема фотсйюнизадаи в контнииум. Для . аоз6у|5дения использовались два ла- . sefJa на красителях ( и ) и Nd-YAG лазер (Л «р.а). Длины волн ла- зер-ов ма красителях выбирались так, чтоСйа эаергий квантов совпали с энергиями последовательных резонаяст| яг- переводов в свинца:.

6р

Р.

(основное J в состояние)

4t

,-

Шрийы ЯИИМЙ гоглэщемий на соответствующих переходах в пламени состав- ляютй б 0,1 .ИМ, поэт 4у для .эффективного поглоц;еш1я лазерного наяуче-- ния Д1ШВЫ волн лазеров должны лежать в ивтервапе

Изобретение относится к области атомной и молекулярной физики. Целью является повышение чувствительности, селективности и точности определения. Проводят двухступенчатое возбуждение атомов свинца до уровня 8р5Д лазерным излучением с длинами РОЛИ на каждой ступени соответственно 283,24„«,283,35нм и 60015н„ 600, 25,„ . Спектральная плотность мощности раина соответственно р, ь 10 ВТ/CMS р.;. 1,3-10 Вт/см2. . Последующая фотоионизация возбужцен- нык атомов осуществляется с длиной волны Л, ни. Снимают зависимость фотоионизационного сигнала U от спектральной плотности мощности ,, кае рори рфи изменяют до значений р „ при которых наблюдается отклонение от линейной зависимости U Ардц,, где А - константа, такое, при котором и ( 1/2 Аp Определяют и 2U (р ф и рассчитывают коэффициент атомизации по формуле

С

.е

f

где V - аоэбузщаешй .обьем-,

и - амплитуда конизадаонного . сигнала ,

емкость коллектор-гср.елка { заряд электрокар плотность, мощности лазерного излучения з фм фотоио- . ииззцда«4

Дпя гфоцееса ступетгатой фотоио- низаиии значение и соответствует переаоду-всех,атомов с нижнего вйз- буждае мого уровня в ионь и пропор-г аирнальво количеству свободуык атр- . нов 8 возбужденном объеме пламени, Для опредепенйя и достаточно снять зависимость U « f (р) при яойии шеь8де шн на остальных сту- :пеняк . где р 5 определяется следумщим ойразом: при

значеямйя ;. « А- р.где А

40 283,25 нмй%,ё 283,35 нм 600,15 нн ,15 нм

Дпя фотоионкзацйн атома сш1нца из Возбузздеиного состояния не- 45 обходимо, чтобы энергия кванта излу- чешя а ц превышала гвш1чину Е « « Е - i f где EV - пот ей1б1ал ация атомч, Е® - возбуящаемо- го состояния. Дпя cBitntta для состоя- gQ ния 8f D &Е в 0,975 sB откуда следует, что 1270 нм.

Из приведённых параметров лазеров видно что они удоШ1етворяли поставленным условиям. ,: Параметры лазеров; Ц, « , « 0,2 мЛя, 8 НС, а « 0,3 см мПи, имп 15 HCj А в мальтх 1 см- j Еи„в «2 jhClHt,, 10 не, козффи- й « 0,3 см- . . :

S5

Эксперимент проводили следующим образом.

Раствор Pb(NO) в дистиллированной воде концентрацией 100 нг/мл распылялся со скоростью 1,5 МП/мин в пламя щелевой горелки,от прибора AAS-1. Расход воздуха 10 л/мин, Соотношение ацетилен-воздух варьировалось от 1:10 до 1:4. Коллимированные лучи лазеров, ограниченные диафрагмой диаметром 0,5 мм, распространялись вдоль оси горелки на высоте 10 мм от нее. Коллектор - охпаядае- мый водой параллелепипед 50 20ЧОмм располагался параллельно лучам с ппоскостью шириной 20 в, направленной к горелке, на расстоянии 12 мм- от нее. На коллектор подавалось напряжение 800 В, горелка заземлялась Сигнал с коллектора через интегрирующую цепочку поступал на осциллограф.

Бьши определены значения спектральных плотностей насыщения на воэбуя аем га переходах

(,) 10 Вт/см, см

р

(%2

1,3

10 Вт/см -см

ыбрви« ра&очяе з 1Ячешя f), и f) обеспечйваша е 0еяэ1 йл )щя переходов

р, Ю т/см . , р. 5. 2

.. -о

10 Вт/ем, смУве1шчеш4е р, и р вьше укаэа1н11ых веяичин ие епесообраэио, так как требует прймеиет я волее мощных ла- зеро8 н tiKJxer пр1гестя к многофотонной шкс ящнкея в пламени nocropoHi x атомов и молекул и со- ответст1веийо к поиияе1в1ю чувствительности определения &.

В определеямык выше условиях снята зависимость фотоиопиэафонного сигнала U « f(pj) в диапазоне 4-tO Вт/см см (г.1) по которой определены р 3-10 Вт/см

величина и, (р). Затем по форйу- е (1) рассчитаны коэффициенты ато- киэации свинца в пламени ацетилен- воздух. N(jg рассчитьшалось по известной методике;

В .описанньгх условиях эксперимента значение коэффициента атомизации винца |3 в пламени ацетилен-воздух оказалось раненым 0,74510,015 при концентрации свинца в растворе 100 нг/мп.

10

- g

468187

Варьированием Соотношения горючий газ окислитель снята зависимость коэффициента атсмизации от состава пламени (фиг.2).

При концентрации свинца 100 нг/мл отношение сигнал/шум при максимальном значении р превышает 10 , что позволяет определять в широком диапазоне концентраций вплоть до 0,1 нг/мл - содержании свинца в биг дистиллированной воде. Если использовать воду специальной очистки,где содержание ,1 нг/мл и очищенные от примес.ей РЬ горючий газ и . ;. окислитель, чувствительность можно увеличить еще по крайней мере на порядок.

Таким образом, преимущество способа по сравнению со способаки, ист пользующими атомную абсорбдаю, состоит в том, что используется иеопти- ческая регистрация сигнала (электронов) с эффективностью А/1; Это обеспечивает высоку чувстю1тель- ность метода. Использоваяке рвязсмов насш1еш4я нереходов we требует звания сия осцилляторов оийбка в опрв- делешш дает осяовжУ вклад в систематическую йеяп ешюсть «ш- ред€№е« ктвжла&идай яругшда eTo«ai«. йслояьэоваяив ступенчатого лазерйого воз0ущ{вмия обеспечивает высшую свяективвое воз15 еде ия, 1 иин|НШ1вльйо яарвалм- ®. зуему1в в ато«яо-а®с :ч в1Щоиных методах..,

20

25

Ж

Формула изобретения

0

венно р, 10-10 ВТ/СМ -см

-I

Ю ВТ/СМ «см .

1,3 10°-2 ледукйцей ионизаг ей возбужденных

.Р ч с посатомов лазерным излучением с плотностью

Я

(

мощности р, .10 to RT/CM -CM снимают зависимость U(pj) фотоионизационного сигнала U от спектральной плотности мощности р, фиксируют эна- чеиие и,, при котором наблнадается от клоиенкв зависимости UCp,) от линейной и рассчитывают коэффициент атоIQM тег

мизащи по формуле /Э

MtUtпОВЫ,

U « 2U| , С - емкость кол.пектор-го- релка, V - засвечиваемый объем пла6

fy,.

6,7

US

0

.&

ff

мени, е - заряд электрона, N - концентрация определяемого элемента в пламени.

f

f

f S

f--4

H

v//.