Способ электротермической атомизации Советский патент 1990 года по МПК G01N21/74 

Изобретение относится к спектральному анализу с применением электротермической атомизации и может быть использовано для атомизации пробы при определении состава материалов и их испарения и атомизации.

Цель изобретения - снижение пределов обнаружения элементов.

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхность зонда, находящегося вне объема печи, наносят анализируемый материал. Затем проводят нагрев печи до стационарной температуры. После проведения термической обработки пробы зонд вводят во внутренний объем печи через центральное отверстие в стенке печи, например, за счет сил гравитации. В момент, когда зонд находится в точке, определяемой координатами пересечения контура сечения с осью симметрии аналитической зоны, производят импульсный нагрев зонда от независимого источника питания, например батареи конденсаторов. Под действием тепла проба испаряется и атомизируется во внутреннем объеме печи. Полученное в результате облако атомного пара используется в анализе, например атомно-абсорбционном.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При импульсном испарении пробы с поверхности зонда атомное облако имеет форму вытянутого и смещенного вертикально вверх за счет конвективных потоков относительно головки зонда сфероида. В связи с этим при включении импульсного нагрева зонда в момент, когда он находится у отверстия его ввода в печь, атомное облако лишь частично перекрывает просвечивающее излучение, т. е не полностью заполняет аналитический объем. Кроме того, большая

сл

О5

СО

00

ас

до.1/ атомных паров выносится через входное отверстие

Величина аналитического сигнала при атомно-абсорбционном методе анализа определяется плотностью атомных паров определяемого элемента в просвечивающем луче. Плотность паров в луче зависит от соотношения скоростей испарения пробы при ато- мизации и диффузного выноса ее паров из аналитической зоны. В идеальном случае необходимо, чтобы время введения атомных паров в просвечивающий луч было траз- до меньше, чем время их выхода из аналитической зоны. При этом достигается высокая плотность атомного пара и, соответственно, увеличение аналитическою сигнала. В нашем случае аналитической юной является внутренний объем цилиндрической печи, полностью заполненной просвечивающим излучением. В эту зон вводится металлический зонд в виде петли, в нижней части которой находится точечный сухой остаток пробы. При испарении с-сновная масса паров сосредоточена над источником испарения. Поэтому при погружении зонда в любую точку плоскости поперечного сечения печи, отличную от предлагаемой, образовавшееся облако атомных паров пере крывагь лишь частично аналитическую зону

/1ля получения максиматьного аналитического сигнала необходимо наложить еще два условия, первое из них требование единства действия пространственного фактора (погружение в точку) и временно о (момент импульсного нагрева зонда для иг парения и атомизации пробы) Второе условие вытекает из особенностей поведения пробы на зонде при его движении в горячей зоне внутреннего обьема предварительно разогретой печи и представляет собой еще один временный фактор - интервал времени нахождения зонда в разофеюй зоне (объеме) атомизатора.

Действительно, с момента погружения зонда с пробой в атомизатор на него действует тепловой поток, передаваемый за счет теплопроводности газа и излечения стенок атомизатора. Величина -мо.о потока, определяемая температурой внутренних сге- нок атомизатора, может оказаться достаточной для начала испарения пробы прежде, чем зонд будет разогрет дополнительным импульсом. В таком случае часть пробы покинет поверхность испарения и будет находиться в газовой фазе к моменту действия импульса, а за счет процессов переноса может покинуть аналитическую зону. Тогда масса пробы, испускаемая с поверхности зонда при действии импульсного нагрева, уменьшится, в результате уменьшится плотность образующегося атомного облака, т. е. не обеспечивается максимальный положительный результат несмотря на одновременное соблюдение остальных ПОМЯНУТЫХ ДВУХ

0

5

0

условий: зонд помещен в заданную точку во время действия импульсного нагрева.

Таким образом, существует необходимость ограничить время нахождения зонда в объеме атомизатора до подачи разогревающего импульса. Это время или величина задержки будет зависеть от ряда параметров: от теплофизических свойств зонда, газовой среды, атомизатора и др., и внешне про- явчяется в появлении и режстрации аналитического сигнала до воздействия импульса нагрева. Поэтому для определения величины )адержки использованы два различных, но равнозначных по достижении положительного эффекта подхода: расчетный, аналитический.

Расчетный вариант. Исходя из условий реализации способа мы имеем случай нагрева тонкого тела в печи с постоянной температурой. Согласно законам термодинамики величина задержки выбирается из условия

Б

0

5

0

5

0

5

1п().5.р.С

-г - «rJ™ .

Ка

(1J

где Т„ - температура стенок атомизатора, К; T.I - начальная температура зонда. К; Т.. -- температура плавления анализируемого материала, находящегося на зонде, К;

S - толщина прогреваемого слоя материала зонда, м; р - плотность материалазонд.ч,

кг/см4; С - теплоемкость материала зонда,

Дж/кг К;

а - - средний коэффициент теплоотдачи для диапазона температур

Т„-Т,,.,, BT/MJ. К;

К постоянный коэффициент, зависящий от конфи урацки зонда (для петлевого из проволоки , для шара ).

Аналитический вариант. Как было отмечено, появление паров элемента в аналитической зоне проявляется в появлении и регистрации аналитического сигнала. В таком случае необходимо, чтобы время появления паров совпало с моментом действия импульсного нагрева зонда.

Как показали эксперименты, время задержки, определяемое расчетным путем по формуле (1), и время задержки, определяемое по моменту появления аналитического сигнала, практически совпадают по достигаемому положительному результату (табл. 2). Указанные признаки являются альтернативными.

Выполнение одновременно всех трех условий (пространственного и двух временных -- действие импульса в заданной точке с определенной задержкой) приводит к повышению эффективности использования атомных паров при формировании аналитического сигнала абсорбции, и, как следствие, к снижению пределов обнаружения.

Пример. Раствор меди концентраиией 0,01 мкг/мл готовили из базового расч вора, составленного на основе азотно-кислой соли. С помощью микрошприца анализиIДоведенные исследования показали, что чувствительность определения элементов улучшается в 10--100 раз. Величина и стабильность поправки контрольного опыта в

руемый раствор объемом 1 мкл наносили на ц данном способе остались прежними и поэтозонд. Металлический зонд из сплава ВР5, диаметр проволоки 0,2 мм, радиус петли 0,5 мм, длина волны определения меди 324,8 нм. Стационарная температура печи 2300 К. Регистрация аналитического сигнала по амплитудному методу. Скорость нагре- 10 ва зонда 300 К/мс.

Результаты измерений сведены в табл. 1, из которой, видно, что чувствительность определения меди с предлагаемым способом ятомизации увеличивается в 80 раз.

Таблица 1

му указанное увеличение чувствительности и приводит к пропорциональному снижению пределов обнаружения.

Формула изобретения

Способ электротермической атомизации с применением зонда-испарителя, включающий дозировку пробы на зонд, ввод юнда в атомизатор, причем температуру аналити 5 ческой зоны атомизатора поддерживают постоянной, импульсный нагрев зонда, испарение и превращение пробы в атомный пар, отличающийся тем, что, с целью снижения пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в анали

Характеристическое количество 10(ir

160 88

67 т

52

В табл. 2 представлены результаты изменения величины аналитического сигнала (абсорбиия-А) 17 ПГ меди при различной величине задержки (тэж) подачи импульса нагрева на зонд, помещенный в заданную точку аналитической зоны.

Таблица i

Аналитический сиг отн.ед.

тГ

-эксп,ТТасчет,Апал

vjCIК с I нал

Расчетная величина задержки, полученная по формуле (1).

IДоведенные исследования показали, что чувствительность определения элементов улучшается в 10--100 раз. Величина и стабильность поправки контрольного опыта в

му указанное увеличение чувствительности и приводит к пропорциональному снижению пределов обнаружения.

Формула изобретения

Способ электротермической атомизации с применением зонда-испарителя, включающий дозировку пробы на зонд, ввод юнда в атомизатор, причем температуру аналитической зоны атомизатора поддерживают постоянной, импульсный нагрев зонда, испарение и превращение пробы в атомный пар, отличающийся тем, что, с целью снижения пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в аналитической лоне, нагрев зонда проводят с задержкой io времени относительно момента прохождения им внешних границ атомизатора, пр;; этом величина задержки т или выбирается из условия

1п(Ј:Јч-5.р-С

Jn-Im

Т Ка где Т„ - температура стенок атомизатора, К ;

Т - начальная температура зонда, К, Т. г - температура плавления анализируемого материала, находящегося на зонде, К;

S - толщина прогреваемого слоя материала зонда, м;

р- плотность материала зонда, кг/м ; С - теплоемкость материала зонда,

Дж/кг-К; а - средний коэффициент теплоотдачи

для диапазона температур Т„ - -Тп , Вт/м2-К;

К - постоянный коэффициент, зависящий от конфигурации зонда (для петлевого из проволоки , для шара ),

или соответствует времени появления аналитического сигнала, причем до момента времени т зонд помещают в нижнюю точку пересечения контура поперечного сечения аналитической зоны с вертикальной осью этого сечения.

Изобретение относится к спектральному анализу с электротермической атомизацией и может быть использовано для анализа различных материалов. Цель изобретения - снижение пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в аналитической зоне. Способ включает дозировку пробы на зонд, ввод зонда в атомизатор, нагретый до стационарной температуры, импульсный нагрев зонда с задержкой относительно момента прохождения им внешних границ атамизатора, при этом зонд в момент его разогрева помещают в нижнюю точку пересечения контура поперечного сечения аналитической зоны с вертикальной осью этого сечения. Рассмотрены два альтернативных метода выбора величины задержки: расчетный и аналитический. 2 табл.