Способ спектрального анализа твердых проб Советский патент 1990 года по МПК G01N21/39 

Изобретение относится к аналитике, в частности к спектральному анализу твердых проб.

Целью изобретения является улучшение правильности и воспроизводимости результатов анализа массивных и неоднородных проб.

Способ осуществляют следующим образом.

Твердую пробу атомизируют непрерывным или импульсным излучением лазера. Измеряют эмиссионный, атомно-абсорбци- онный или атомно-флуоресцентный аналитический сигнал определяемых элементов в образовавшемся факеле испаренной пробы, для чего в двух последних случаях облучают факел дополнительным излучением. Измеряют тепловой световой поток от поверхности пятна взаимодействия лазерного луча с пробой. Нормируют аналитический

сигнал на тепловой поток, пропорциональный массе испаренной пробы, которая зависит от мощности лазерного излучения и физико-химических свойств пробы: оптических, тепловых, термодинамических и геометрических. Сравнивая нормированный аналитический сигнал с градуировочными зависимостями рассчитывают содержание определяемых элементов в пробе.

Пример 1. Атомизацию пробы осуществляли непрерывным лазерным излучением мощностью 20-100 Вт, транспортировку испаренного вещества в аналитическую зону производили пламенем газовой горелки. Тепловой световой поток от поверхности в точке взаимодействия лазерного луча с пробой фокусирования на фотосопротивление, сигнал с которого фиксировали самопишущим потенциометром. Исследования, проведенные на геологических пробах с

ON О СО

ю ел со

различным содержанием диоксида кремния при вариациях содержаний оксидов железа кальция, магния и алюминия показали, во- первых, что существует зависимость сигнала абсорбции меди при содержании меди 0,002% и одинаковой мощности лазерного облучения от состава этих образцов: сигнал абсорбции существенно выше для образцов с большим содержанием диоксида кремния (табл. 1), что приводит к значительным систематическим погрешностям анализа при использовании единого градуировочного графика, Исследования показали, что для образцов одинакового состава аналитический сигнал абсорбции зависит от мощности лазерного излучения (табл. 2), что может приводить к случайным погрешностям анализа. С целью коррекции аналитического Сигнала провели одновременное измерение величины аналитического сигнала и величины теплового светового излучения из точки взаимодействия лазерного луча с пробой. Такие измерения были проведены для проб разного состава при нескольких значениях мощности облучения (табл.3). Из данных табл. 3 видно, что если абсолютная величина аналитического сигнала абсорбции при изменении мощности облучения меняется в 2,5-3 раза, то отношение величины сигнала абсорбции к величине теплового светового потока от пятна взаимодействия лазерного луча с пробой меняется лишь на 15-20%, т.е. устойчивее к вариациям мощности лазера примерно в 10 раз. В то время как вариации состава образцов приводили к изменению сигнала абсорбции в 2-3 раза, изменение отношения аналитического сигнала к величине теплового светового потока составило лишь 30%. т.е. оказалось устойчивее также примерно в 10 раз.

Пример 2. Лазерную атомизацию исследуемого образца производили в вакуумной камере при остаточном давлении менее. 10 мм рт.ст. Прризводили облучение поверхности образца импульсным лазерным излучением с длительностью 20-10 не, плотностью мощности на поверхности образца Вт/см и в образующемся лазерном факеле с помощью дополнительного импульсного лазера на красителе с длительностью 20 ± 10 не и спектральной плотностью мощности 10±5кВт/см А возбуждали флуоресценцию, интенсивность которой измеряли с помощью спектрально- селектирующего элемента и фотоприемни- ка. Аналитический сигнал имеет три максимума. Первый из них расположен во временном интервале от начала испаряющего лазерного импульса до 80-100 не и

обусловлен тепловым световым потоком от поверхности в точке взаимодействия лазерного излучения с пробой. Второй максимум связан с паразитным эмиссионным излучением расширяющейся лазерной плазмы и расположен во временном интервале 100-300 НС. Третий максимум при 2 мкс соответствует аналитическому сигналу флуоресценции, инициированной излучением

0 дополнительного лазера на красителе.

Проведенные исследования применительно к определению свинца в сталях показали ( табл. 4), что из-за флуктуации модового состава испаряющего лазерного

5 излучения наблюдаются значительные (до 30-50%) флуктуации аналитического сигнала флуоресценции. В то же время из данных табл. 4 .видно, что нормировка аналитического сигнала флуоресценции на величину

0 первого пика, пропорциональную интенсивности теплового светового потока от поверхности в точке взаимодействия лазерного луча с пробой, позволяет уменьшить флуктуацию сигнала до 8-12%.

5Повышение правильности и воспроизводимости результатов анализа обусловлено зави.симостью между величиной аналитического сигнала и интенсивностью теплового светового потока от нагретого

0 участка поверхности образца. Величина аналитического сигнала определяется концентрацией атомов исследуемого элемента в аналитической зоне. Очевидно, что концентрация атомов исследуемого элемента в

5 аналитической зоне связана в первом приближении с температурой пятна разогрева на поверхности пробы. С другой стороны, интенсивность теплового светового потока излучения от нагретой части образца со0 гласно закону Стефана-Больцмана также определяется температурой нагретого участка. Таким образом, величина аналитического сигнала и интенсивности теплового светового потока от нагретой части образца

5 связаны между собой, хотя установить вид этой связи в аналитическом виде представляется невозможным из-за многообразия процессов, происходящих при лазерном нагреве и испарении твердой мишени.

0Способ реализован как лазерный

способ анализа твердых тел. Вместе с тем, предлагаемый способ может найти широкое применение и при использовании других пучковых источников энергии. В частности

5 представляется перспективным реализация предлагаемого способа в сочетании с нагревом поверхности пробы пучком электронов. Ф о рмула и зобретения Способ спектрального анализа твердых проб, включающий лазерную атомизацию

пробы непрерывным или импульсным излучением лазера, измерение аналитического спектрального сигнала, измерение величины, пропорциональной массе испаренной пробы, нормировку аналитического сигнала на величину, пропорциональную массе испаренной пробы, и расчет содержания определяемых

элементов, отличающийся тем, что, с целью улучшения правильности и воспроизводимости результатов анализа массивных и неоднородных проб, измеряют тепловой световой поток от поверхности пятна взаимодействия лазерного луча с пробой и нормируют на него аналитический сигнал.

Таблица

Изобретение относится к аналитике, в частности к спектральному анализу твердых проб. Целью изобретения является улучшение правильности в воспроизводимости результатов анализа. Способ включает сигнализацию пробы непрерывным или импульсным излучением лазера, измерение спектрального аналитического сигнала в образовавшемся факеле испаренной пробы, измерение теплового светового потока от поверхности пятна взаимодействия лазерного луча с пробой, пропорционального массе испаренной пробы, нормировку аналитического сигнала на тепловой световой поток и расчет содержания определяемого элемента с помощью нормированного аналитического сигнала и градуировочных зависимостей. 4 табл.

Зависимость сигнала абсорбции меди от содержания диоксида кремния

Зависимость сигнала абсорбции меди от мощности атомизирующего

излучения

Т аблицаЗ

Зависимость нормированного и ненормированного сигналов абсорбции меди от содержания диоксида кремния и мощности атомизирующего излучения

Продолжение табл.3

Т аблица4