Способ определения концентрации веществ в растворах Советский патент 1990 года по МПК H01J49/26 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для определения концентрации веществ в растворах.

Целью изобретения является повышение воспроизводимости и точности масс- спектрометрического анализ.а.

Согласно предлагаемому способу предварительно проводят градуировку устройства инерционного осаждения аэрозолей (импактора) и определяют зависимость массы осадка на испарителе от концентрации контрольного раствора. Но этой зависимости находят значение массы осадка тос, соответствующее точке перегиба на этой

графической зависимости. Затем в исследуемый раствор добавляют такие количества буферного и эталонного веществ, отличных по составу от исследуемых компонентов раствора, чтобы их концентрация составляла соответственно:

сл

00 О5 Јь СЛ СЛ

ПО С, при тос± I10 Соещ при m°c- ш

где

С0&щ - общая концентрация всех

компонентов в исследуемом неразбавленном растворе, значение которой соответствует значению тос и определяется по градуировоч- ному графику; С соответствует т и СЭТ С0&14

Далее проводят масс-спектрометри- ческий анализ полученного раствора по описанной методике и по измеренному отношению ионных токор эталонного разбавителя и 1-го исследуемого вещества 1;/1эт, а также по известно- му значению концентрации эталона в растворе Сэт определяют приближенно значения концентраций исследуемых веществ в растворе С;, причем буферное, эталонное и исследуемое вещест- ва должны быть различными по элементному составу.

На фиг. 1 изображен градуировоч- ный график; на фиг. 2 - график распределения по размерам аэрозольных частиц.

Mace-спектрометрический анализ проводят следующим образом.

Предварительно осуществляют градуировку импактора. Для этого раст- вор, содержащий буферное вещество, распыляют, полученный жидкий аэрозоль высушивают, дисперсную фазу осаждают в одноступенчатом импакто- ре на контрольную подложку, представ- ляющуто собой масс-чувствительный пьеэодатчик, и определяют массу осадка на ней по формуле

m

S uf

2,3-106. fI

где S

f.

-площадь электрода, см ;

-собственная частота пьезои

датчика, мГц;

Д f - разность измеряемой и соб- ственной частот.

Последовательно изменяя концентрацию контрольного раствора в интервале возможных значений концентраций исследуемого раствора и определяя соответствующие значения массы осадка на контрольной подложке, строят градуировочную зависимость массы осадка m на подложке от концентрации контрольного раствора С (фиг. 1). По графику определяют точку перегиба кривой, которой соответствуют координаты (т, С). Значение С соответствует такой концентрации буферного раствора, при которой дисперги- руемые из него и высушенные аэрозольные частицы с некоторым распределением по размерам (кривая I, фиг.

осаждаются в импакторе на подложку, начиная с некоторого размера

; - . с

р1

5

0

5 о

где р р

Р,

для

5

0

5

растворителя I воды

С 5,10J2 кг/л;

Dt - размер диспергируемых капель.

I

После этого исследуемый раствор диспергируют и полученный аэрозоль осаждают на контрольную подложку. Определяют массу осадка тос и сравнивают ее со значением т. При этом, если m , то соответствующее тос значение концентрации Сос будет меньше С (фиг. 1). Соответствующее Сог распределение по размерам аэрозольных частиц (кривая II, фиг.2) будет смещено относительно кривой I (распределение по размерам аэрозольных частиц, соответствующее С ) в сторону меньших размеров. Соответственно, уменьшится и масса осадка на подложке (заштрихованная площадь S2). Чтобы заведомо осаждать частицы практически всего спектра размеров аэрозоля необходимо передвинуть распределение частиц по размерам в сторону больших значений размеров, т.е. укрупнить частицы. В соответствии с формулой (1) это может быть достигнуто увеличением концентрации раствора Сос. Таким образом, если добавить в раствор с концентрацией Сос некоторое количество буферного вещества, отличного по составу от исследуемого, то диспергируемые из этой смеси аэрозольные частицы укрупнятся и максимум их распределения по размерам в соответствии с зависимостью

смеси

п 3|СОС +

DM Г

СБУФ

сместится в сторону больших размеров частиц. Соответственно увеличится эффективность осаждения аэрозоля, т.е. количество осаждаемых с диаметром большим dp частиц. Следовательно, увеличится и общая масса осадка тос на подложке. Для того, чтобы на подложке импактора осаждалось 97% от массы всего аэрозольного вещества, входящего в импактор, необходимо в исходный раствор с концентрацией С (кривая I, фиг. ) добавить столько буферного веще.-тпл, чтобы отношеь15J

ние их концентраций в новом раствоCftr10

-5-р- составило -- . -1

Кроме того, десятикратное разбавление исследуемого раствора буферным веществом приводит к стабилизации эффективности осаждения аэрозольных частиц, которая зависит не только от размеров частиц, но и от их физико- химических свойств. При таком разбавлении эффективность осаждения аэрозольных частиц, состоящих на 90% из буферного вещества и на 10% из исследуемых компонентов, определяется в основном свойствами буфера. При неизменном содержании буфера в растворе и вариации содержания исследуемых веществ в нем эффективность осаждения диспергируемых из него частиц практически не меняется и определяется свойствами буфера.

Далее в разбавленный буфером исследуемый раствор добавляют такое количество эталонного вещества, чтобы кон- центрация составила С9т СоБЫр . Полученный раствор переводят в аэрозольное состояние и анализируют масс- спектрометрическим способом, определяют ионные токи эталона Т -т и исследу- емых компонентов растпора 1,, По формуле

С; К-Ь--С,Т

где К - коэффициент относительной

чувствительности масс-спект- рометрического прибора, определяют значения концентраций i компонент в разбавленном исследуемом растворе.

П р им е р. Проводился масс-спект рометрический термический анализ водного раствора, содержащего LiCl, PbN03 и ScN03.

Анализ проводился на серийном масс спектрометре МИ-1201 с источником ионов с электронным ударом. Анализ заключался в определении абсолютных концентраций веществ, входящих в ис- следуемый водный раствор.

Генерация аэрозольных частиц производилась с помощью аэрозольного медицинского ингалятора АИ-1 путем диспергирования водного раствора LiCl, PbNO и ScN03 в статическую камеру. Полученные аэрозольные частицы, содержащие LiCl, PbNOj и ScN03, с помощью одноступенчатого импактора

5 0

5 0

5

о

5

0

556

осаждали на подложку испарителя источника ионов либо на контрольную подложку. В качестве контрольной подложки использовался масс-чувствитель- ный пьезорезонансный датчик с собственной частотой 8 МГц, что позволяет проводить измерение массы осадка в интервале 10 . Объемный расход воздуха через импактор составлял

5 х 10 м3/с, диаметр выходного сечения сопла для формирования ускоренного потока - , расстояние между соплом и подложкой -10 м, время отбора пробы - 30 с.

Предварительно проводилась градуировка импактора. Для этого снималась зависимость массы пробы, осажденной на подложку, от концентрации контрольного раствора соли NaCl (фиг.1). Гра- дуировочная зависимость снималась для всего диапазона возможных значений концентрации исследуемого раствора -С . На градуировоч- ной графической зависимости определялась точка ее перегиба с координата4-

ми m , С .

Для данного импактора значения С и т4 составляли соответственно 4,2. и 5,1 -КГ8 г.

После этого исследуемый раствор диспергировали и высушенные аэрозольные частицы осаждали на контрольной подложке. Определяли массу осадка тос. Fe значение составило 4,5-10 г.

Таким образом в соответствии с формулой разбавления исследуемого раствора буферным веществом (NaCl) приняли 10 С 4,2 г/л и добавляли такое количество буферного вещества в исследуемый раствор, что его концентрация составила величину Cgujp. Кроме того, в исследуемый раствор добавили такое количество эталонного вещества (InN05), чтобы его концентрация составила С эт СоВщ 3,6-10 г/л, где COEU4 соответствует тос на градуировочном графике (если

бы значение массы осадка превысило величину 5,1-1 , например составило бы 1,, тогда по градуиро- вочному графику импактора необходимо было бы определить величину СОБЩ. В случае тос 1,0-10 г соответствующее ей значение СоБЩ составляет 5,3-10 г. Тогда в соответствии с формулой разбавления 10 COEW 5,3 г/л). Разбавленный исследуемый раствор анализировали масс-спектрометрическим способом и определяди ионные токи для разбавленного исследуемого вещества Iu; , Ip|j, ISc , ijn.

По формуле С;

K±i

к - ТГп

W

где 1

JLi, Pb, Sc) определяли искомые значения концентраций веществ Ci; , С С$с в разбавленном исследуемом раст- воре. Эти значения составили С ц;

1,1 -КГ1 г/л; Срь 2,3-1СГ г/л;

с 8-10-гг/л.

С 5с

Формула изобретения

Способ определения концентрации веществ в растворах, заключающийся в том, что исследуемый раствор предварительно диспергируют, полученный аэрозоль высушивают в потоке воздуха, дисперсную фазу осаждают на контрольную подложку и испаритель источника ионов, на контрольной подложке определяют массу осадка тос для исследу- емого раствора и проводят масс-спект- рометрический анализ, о т л и ч a rent и и с я тем, что, с целью повышения воспроизводимости и точности масс

спектрометрического анализа, в исследуемый раствор добавляют буферное () и эталонное () вещества так, чтобы их концентрации С удовлетворяли следующему соотношению

Г(10...15)С (Ю...15)С

при m oc L m

ОБ Ц ПРИ тос

S т

, П

5

0

5

где т - значение массы осадка, соответствующее точке перегиба на градуировочной зависимости массы осаждаемой пробы от концентрации исследуемого вещества, кг;

общая концентрация всех компонентов в исследуемом неразбавленном растворе, значение которой соответствует тос по градуировочному графику, кг; соответствует т по градуироС

овш,

с

вочному графику, кг/л

1 061Д

кг/л,

Т

причем буферное и эталонное Сэт вещества выбирают любыми различными по элементному составу и отличными от исследуемого вещества.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения концентраций веществ в растворах. Целью изобретения является повышение воспроизводимости и точности масс-спектрометрического анализа. Способ включает диспергирование исследуемого раствора в потоке воздуха, осаждение аэрозольных частиц на испаритель источника ионов, нагрев испарителя. Особенностью способа является использование градуировки устройства инерционного осаждения аэрозолей и определение зависимости массы осадка на испарителе от концентрации контрольного раствора. Градуировочный график позволяет определить количество буферного и эталонного веществ. Использование в анализе буферного и эталонного веществ позволяет в несколько раз увеличить точность определения концентраций веществ в растворах. 2 ил.

С

фиг1

/Г /

фиг 2