Трубчатый электротермический атомизатор для атомно-абсорбционного и эмиссионного спектрального анализа Советский патент 1991 года по МПК G01N21/74 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в атомно-абсорбционном анализе для количественного определения содержания элементов в пробе.

Целью изобретения является повышение правильности и воспроизводимости анализа, снижение пределов обнаружения, а также анализ твердых порошковых проб, т.е. расширение круга анализируемых объектов.

В атомизаторе, содержащем трубчатую печь сопротивления с газонепроницаемыми стенками и дозировочным отверстием в центре боковой поверхности и расположенный внутри печи соосно с ней графитовый вкладыш,выполненный в виде катушки со сквозным

i

i

3164

отверстием вдоль продольной оси,стенки вкладыша выполнены из пористого графита с преимущественным диаметром пор 14000 - 73300 А. Диаметр утолще- ний на концах вкладыша равен внутреннему диаметру печи. Длина вкладыша и диаметр отверстия внутри вкладыша составляют 0,3 - 0,6 длины и внутреннего диаметра печи соответственно. Толщина стенок вкладыша (между утолщениями) составляет 0,3 - 1,1 толщины стенхи печи.

На внешнюю поверхность вкладыша между утолщениями может быть намота- на графитовая нить или лента.

Полость между печью и вкладышем мояет быть заполнена сажей или веществом-модификатором, например аскорбиновой кислотой

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит графитовую печь 1, вкладыш 2 в виде катушки из пористого графита, дозировочное от- верстие 3 в стенке печи. На внешнюю поверхность вкладыша 2 может быть намотана графитовая нить или лента. Полость между печью 1 и вкладышем 2 может быть заполнена сажей или веще- ством-модификатором.

Принцип действия устройства следующий .

Вкладыш 2 симметрично размещен в центральной части внутренней полос- ти печи 1, закрепленной между охлаж- даемыми электроконтактами. Пробу через дозировочное отверстие 3 дозируют в полость между печью и вкладышем и высушивают в слабо нагретом атоми- заторе. После этого атомизатор нагревают до температуры атомизации. Проб испаряется и ее пары заполняют объем полости между печью и вкладышем.Дале пары пробы диффундируют через порис- тые стенки вкладыша и поступают в аналитическую зону, представляющую собой цилиндрический канал вдоль продольной оси вкладыша.При этом под действием высокой температуры пары пробы атомизируются.Сквозь аналитическую зону пропускают излучение источника линейчатого спектра и измеряют величину атомной абсорбции.

При использовании вкладыша, на внешнюю поверхность которого намотана графитовая лента или нитьв пробу дозируют на графитовую нить или лен™ ту.

Если полость между печью и вкладышем заполняют сажей или веществом модификатором, пробу дозируют в полость между печью и вкладышем и пары пробы проходят через сажу или вещество-модификатор, после чего диффундируют через пористые стенки вкладыша.

Так как диаметр утолщений на концах вкладыша 2 равен внутреннему диаметру печи, проба не растекается за пределы этой полости (или не рассыпается в случае порошковой пробы),причем этого не происходит как на стадии дозирования, так и сушки.

Это повышает воспроизводимость анализа и позволяет дозировать большие объемы пробы (до 200 мкл), т.е. снижает пределы обнаружения.

Пары пробы поступают в аналитическую зону, продиффундировав через пористые стенки вкладыша. Это обеспечивает более полную атомизацию паров пробы за счет, например,восстановления оксидов и некоторую задержку их поступления в аналитическую зону, что обеспечивает рост ее эффективной температуры и дальнейший рост степени атомизации. Все это обусловливает увеличение правильности анализа и снижение пределов обнаружения . При этом преимущественный диаметр пор не должен выходить за пределы 14000 - 73300 Я. При диаметре пор, меньшем-14000 А, резко замедляется скорость поступления паров в аналитическую зону, что приводит к значительному ухудшению пределов обнаружения, а при диаметре пор, большем 73300 X, вкладыш промокает насквоз при дозировании жидкой пробы. Кроме того, при диаметре пор, большем 73300 А, вкладыш разрушается при 3-5 кратном нагреве, что делает анализ невозможным.

В предлагаемом устройстве вкладыш 2 имеет длину, равную 0,3-0,6 длины печи. Проба при этом располагается в центральной, наиболее горячей, а главное изотермической части печи. Это обусловливает возможность нагрева вкладыша до максимально высокой температуры, а следовательно, повышение правильности анализа и снижение пределов обнаружения. Вместе с тем сохраняется значительный объем полоти между печью и вкладышем, что позволяет дозировать пробы большого

объема, а следовательно, снижает пределы обнаружения .

Диаметр отверстия внутри вкладыша составляет 0,3-0,6 внутреннего диаметра печи. Это обусловливает незначительное экранирование вкладышем рабочего пучка света, что приводит к снижению пределов обнаружения. В то же время сохраняется значительный объем полости между печью и вкладышем.

Толщина стенок вкладыша составляет 0,3 - 1,1 толщины стенок печи.При этом обеспечивается достаточная задержка поступления паров пробы в аналитическую зону ( /v 0,5 с). Это приводит к росту эффективной температуры атомизации, а следовательно к снижению пределов обнаружения.При меньшей толщине жидкая проба просачивается сквозь стенки вкладыша ка стадии дозирования и сушки, что приводит к делокалиэации пробы, выходу ее за пределы вкладыша и в конечном итоге к снижению воспроизводимости и правильности анализа. При толщине стенок вкладыша, большей 1,1 толщины стенки печи, сигнал атомной абсорбции размазывается, что резко ухудшает пределы обнаружения,особенно для элементов группы железа к переходных .

Графитовая нить или лента могут быть намотаны на наружную поверхность вкладыша в один или несколько слоев.При быстром нагреве атомизатора нить или лента нагреваются с задержкой,, и высушенная-на них проба испаряется в объем полости между уже нагретыми до высокой температуры печью и вкладышем. Пары пробы диффундируют сквозь пористые стенки вкладыша уже при более высокой температуре и попадают в аналитическую зону,нагретую также до более высоких температур. Все это приводит к росту степени атомизации, к снижению пределов обнаружения и правильности анализа.

При дозировании пробы в полость между печью и вкладышем, заполненную сажей или веществом-модификатором, проба на стадии дозирования, сушки и испарения перемешивается с веществом-наполнителем. В результате в полости между печью и вкладышем происходит химическое модишицирование соединений определяемого элемента,например в случае сажи - полное восстанов

5

0

5

ление оксидов. Это способствует более полному испарению пробы, а следовательно, повышает правильность анализа и снижает пределы обнаружения .

При анализе порошков испарение пробы также происходит в полости между печью и вкладышем. При быстром нагреве пары пробы диффундируют через пористые стенки вкладыша, а не- испарившиеся твердые частицы задерживаются стенками и не поступают в аналитическую зону. Тем самым устраняется неселективное поглощение и повышается правильность анализа.

Устройство позволяет увеличить объем дозируемой пробы, локализовать пробу в центральной, наиболее горячей части атомизатора, увеличить эффективную температуру аналитнчес кой зоны, увеличить степень атомизации пробы, провести ее химическую модификацию и при необходимости отфильтровать твердые, неатомизировав- шиесч частицы. Это обеспечивает значительное снижение пределов обнаружения, повышение правильности и воспроизводимости анализа к расширение круга анализируемых объектов за счет порошковых проб.

Пример . Проводят определение кадмия в пробах минерального масла с известным содержанием металла (см. табл.1). Определение проводят на спектрофотометре Сатурн-2,оснащенном предлагаемым атомизатором.Используют графитовую печь с пнропокры- тием длиной 28 мм, внутренним диаметром 6 мм и толщиной стенок 1 мм, в центральной части полости которой размещен соосно с печью графитовый вкладыш в виде катушки. Вкладыш изготовлен из пористого графита с преи- 5 мущественным диаметром пор 14125 А. Диаметр утолщений на концах вкладыша 6 мм. Длина вкладыша 12 мм, его внутренний диаметр 2,5 мм, толщина стенок между утолщениями 0,5 мм. Аналитические характеристики, полученные с помощью данного устройства приведены в табл..

0

5

0

0

Примеры 2. Проводят определение кадмия в пробах минерального масла с известным содержанием металла с помощью устройства, аналогичного описанному в примере 1, но при разных длине вкладыша размер пор,

диаметре вкладыша, толщине его стенок .

Результаты представлены в табл.2. Таким образом, применение предла- гаемого устройства существенно увеличивает правильность и воспроизводимость анализа, снижает пределы обнаружения и расширяет круг анализируемых объектов.

Формула изобретения

1. Трубчатый электротермический атомизатор для атомно-абсорбционно- го и эмиссионного спектрального анализа, содержащий трубчатую печь сопротивления с газонепроницаемыми стенками и дозировочным отверстием в центре боковой поверхности и располо- жённый в центральной части полости печи соосно с ней графитовый вкладыш, выполненный в виде катушки с утолщениями на концах и со сквозным отверстием вдоль продольной оси, о т

0

5

личзющийся тем, что, с целью снижения пределов обнаружения, .повышения правильности и воспроизводимости анализа и расширения круга анализируемых объектов, стенки вкладыша выполнены из пористого графита с диаметром пор 14000-73300 А, диаметр утолщений на концах вкладыша равен внутреннему диаметру печи,длина вкладыша составляет 0,3-0,6 длины печи, диаметр отверстия внутри вкладыша составляет 0,3-0,6 внутреннего диаметра печи, а толщина его стенок равна 0,3-1,1 толщины стенок печи.

2.Атомизатор поп.1,отли- ч а кгщ и и с я тем, что на внешнюю поверхность вкладыша между утолщениями намотана графитовая нить или лента.

3.Атомизатор по п.1, о т л- и - чающийс я тем, что вся полость между печью и вкладышем заполнена сажей или веществом-модификатором.

Т а б л и ц а 1

Изобретение относится к технике для спектрального анализа. Цель изобретения - снижение пределов обнаружения,повышение правильности и воспроизводимости анализа, расширение круга анализируемых объектов. Внутри трубчатой печи сопротивления с газонепроницаемыми стекками и дозировочным отверстием в центре боковой поверхности соосно с печью расположен графитовый вкладыш, выполненный в виде катушки со сквочным отверстием вдоль продольной оги. Стечки вкладыша вы- полнгны сплошными, но из пористого графита с преимущественным диаметром пор 14000-73300 А. Диамггр утолщений на концах вкладыша равен внутреннему диаметру печи. Длина вкладыша и диаметр отверстия внутри зхладыша составляют 0,3-0,6 длины и внутреннего диаметра печи, соответственно.Толщина стенок вкладыша равна 0,3-1,1 толщины стенок печи. На внешнюю поверхность вкладыша между утолщениями может бь-ть намотана графитовая нить или лента. Полость между печью и вкладышем может быть заполнена сажей или вещестзом-модишикатором, например аскорбиновой кислотой. 2 з.п. ф-лы I ил., 2 табл. с SS се 00 со

Сравнение аналитических характеристик предлагаемого устройства и прототипа при анализе минерального масла ка содержание кадмия

Печь с катушко- образным вкладышем. Жидкая

проба

Печь с катушко- образным вкладышем, на который намотана графитовая нить ГПолость между печью и вкладышем заполнена сажей Печь с катушко- образным вкладышем . Порошковая проба Прототип (жид- кая проба) Прототип (порошковая проба)

Цпя порошковых проб указана масса.

1,2 -16

8

10

0,93 10

.-в

100 0,5 10

,-8

0,98 « 1.0

,-€

100 1,0 - 10.

,-в

-S

1,02 40

мг

мг

5 10

7,0 . 10 3-10

Г1 г7

г б

11 23 100

1,1. 4,8 Ю 5,5 ID 4

Анализ невозможен из-за выброса пробы при быстром нагреве

Таблица

Влияние хонструкциЬнных параметров балластного тела на аналитические характеристики определения кадмия в минеральном масле

CMj - найденное содержание металла, Си,6 - известное содержание металла

/ г 5

.f-r-f I f