Разрядник для спектрального анализа в вакууме Советский патент 1992 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к технике исследования физико-химических свойств различных веществ и может быть использовано для эмиссионного и атомно-ионно-абсорб- ционного анализа химических элементе в составе вещества.

Имеется немало разработок электрических источников света для проведений эмиссионного и атомно-абсорбционного анализа, успешно используемых в практике качественного и количественного спектрального анализа. Однако остается проблема создания источников для вакууМйой области спектра с параметрами, удовлетворяющими аналитиков.

Например, широко распространенные и используемые в атомно-абсорбционном

анализе графитовые кюветы с источниками просвечивающего излучения довольно сложны по конструкции, требуют применения монохроматических источников просве- чивающего излучения и создания специальных условий для приготовления анализируемых проб, а также применения дополнительных источников электрической энергии значительной мощности для нагрева графитовых кювет и импульсного испарения пробы с кратера или верхней площадки вставного электрода. Такие кюветы хотя и могут быть использованы в вакууме, однако оказываются малоэффективными ввиду малого времени пребывания атомов, абсорбирующих свет, в аналитической зоне и малой их концентрации.

XI

СП

сл о о VJ

Известны атомно-абсорбционные пушки, содержащие разрядную камеру в виде диэлектрического капилляра с двумя электродами на концах, один из концов диэлектрического капилляра состыкован с анодом, сообщающимся-через сопло с расширительной камерой.

Однако такие устройства требуют довольно жестких условий разряда (С 500 мкФ, L 0-150 мкГн, V 0-2 кВ, форма импульса - треугольная); разряд в вакууме сильно зависит от процессов на электродах и в значительной мере определяется пред- пробойными явлениями, что в обычных условиях приводит к нестабильности работы источника; конструкция устройств не позволяет производить быструю смену проб; при анализе порошковых проб разлетающиеся частицы существенно экранируют и неселективно поглощаютсвет просвечивающего источника и повышают фоновое излучение, что ведет к снижению чувствительности анализа.

Известен вакуумный источник света - Аналитический разрядник для вакуумного спектрального анализатора оптического излучения, содержащий два металлических электрода, диэлектрическую трубку, внутрь которой плотно вставлен первый электрод, второй электрод плотно охватывает конец диэлектрической трубки с обыскиваемой частью первого электрода.

Недостатки такого устройства заключаются в следующем: образующийся при разряде факел расширяется по мере выхода из внутреннего канала диэлектрической трубки, что приводит к снижению плотности излучения; часть неатомизированных частиц брикетированной пробы покидает аналитический промежуток, что снижает эффективность работы источника; затруднены условия для возникновения предпробойной скользящей искры, инициирующей разряд, что приводит к нестабильности работы источника.

Цель изобретения - повышение чувствительности и воспроизводимости результатов анализа.

Указанная цель достигается тем, что в разряднике второй электрод плотно охватывает внутреннюю и торцовую поверхности конца диэлектрической трубки; в отверстие второго электрода вставлена дополнительная трубка с отверстием прямоугольной формы; второй электрод состыкован с блоком из последовательно соединенных дополнительных трубок и электродов.

На фиг. 1 схематически изображен разрядник для эмиссионного анализа состава вещества в вакууме, разрез; на фиг. 2 разрядник для атомно-ионно-абсорбционно- го анализа; на фиг. 3 - то же, вариант исполнения.

Разрядник содержит первый (внутрен5 ний) электрод 1, брикетированную пробу 2, состоящую из угольного порошка, анализируемого вещества и добавок, диэлектрическую трубку 3, второй электрод 4.

Разрядник работает следующим обра0 зом.

На торец внутреннего электрода 1 помещается электропроводящий брикет 2. Электрод 1 вместе с пробой 2 устанавливается в диэлектрическую трубку 3 на опреде5 ленном расстоянии от цилиндрического выступа второго электрода 4. Положение электрода 1 относительно электрода 4 подбирается из условия обеспечения стабильности работы разрядника и достижения

0 максимальной чувствительности определений одного или группы элементов, близких по своим свойствам.

Как видно из фиг. 1, цилиндрический выступ второго электрода 4 с осевым отвер5 стием и поверхность пробы 2 в условиях вакуума электроизолированы внутренней поверхностью диэлектрической трубки 3. Поэтому при подаче напряжения на электроды 1 и 4, достаточного для возникновения

0 пробоя, вначале возникает скользящая по внутренней поверхности трубки 3 искра, переходящая затем в искровой либо дуговой разряд (в зависимости от параметров разрядного контура), сопровождаемый атоми5 зацией и ионизацией частиц пробы в результате их интенсивного нагрева. В разряднике происходит равномерное использование пробы, о чем свидетельствует наблюдаемое стабильное свечение плаз0 менного факела вплоть до полного испарения вещества брикета.

Такие конструктивные особенности разрядника, как осевая симметрия, облегчение условий возникновения скользящей ис5 кры, приводят к уменьшению напряжения пробоя и его стабилизации, к увеличению плотности излучающей плазмы в осевом направлении, к возрастанию времени пребывания атомизируемых частиц в зоне

0 разряда, к равномерному поступлению анализируемого вещества в аналитическую зону. В целом все это ведет к улучшению аналитических характеристик разрядника, В зависимости от поставленной анали5 тической задачи разрядник можно устанав- ливать в двух рабочих положениях, используя при этом: излучение, направляемое на входную щель спектрального прибора по оси симметрии разрядника; излучение, идущее на входную щель прибоpa от разных областей плазменного факела перпендикулярно оси симметрии разрядника/

Разрядник позволяет получать хороший эмиссионный спектр элементов и пригоден для высокочувствительных количественных определений, в том числе трудновозбудимых. Его можно использовать и для реализации атомно-абсорбционного анализа, расположив разрядник вдоль главной оптической оси спектрального прибора, когда протяженный факел, истекающий из осевого отверстия электрода 4, просвечивается излучением плазмы, возникающей внутри трубки 3 при разряде между электродом 4 и брикетированной пробой 2. Однако для этих целей лучше использовать конструкцию разрядника, изображенного на фиг. 2.

На фиг, 2 схематически изображен разрядник, применяемый для атомно-ионно- абсорбционного анализа элементов. В указанном варианте исполнения разрядник помимо деталей, изображенных на фиг. 1, содержит дополнительно трубку 5 с отверстием прямоугольной формы, которая вставлена в отверстие второго разрядника А.

Разрядник для атомно-ионно-абсорб- ционного анализа работает следующим образом.

Процессы, протекающие в разрядном промежутке, те же, что и в первом варианте (см. фиг. 1). Однако имеется и существенное отличие в динамике расширяющейся плазмы, которое заключается в том, что плазма разряда, состоящая в Основном из нейтральных и ионизированных атомов вещества брикета, распространяясь вдоль оси разрядника, заполняет пространство внутри диэлектрической трубки с осевым отверстием прямоугольной формы и лишь затем вырывается наружу. Таким образом создаются две области плазмы, отличающиеся степенью ионизации, температурами, но не элементным составом. Поэтому регистра- ция спектра вдоль оси разрядника спектральным прибором дает возможность реализовать абсорбционные методы анализа. В зависимости от режимов работы разрядного контура генератора и параметров разрядника (расстояние между пробой 2 и электродом 4, длина и сечение дополнительной трубки 5) возможно осуществление двух видов абсорбционного анализа: атомно-абсорбционного и ионно-абсорбционно- го,

В первом случае подбираются такие параметры разрядника, и режимы возбуждения просвечивающей плазмы в нем, чтобы поглощающая плазма, находящаяся в трубке 5, и вырывающийся из нее наружу факел содержали преимущественно нейтральные атомы анализируемого элемента. .. Во втором случае создают такие условия, чтобы поглощающая плазма содержала как можно большее количество ионов анализируемых элементов со степенью ионизации меньшей, чем в разрядном облаке внутри трубки 3.

0 Для обоих случаев существенно то, что поглощающая плазма создается и просвечивается практически одновременно излучением более горячей плазмы межэлёктродного промежутка.

5 Абсорбционный сигнал выбранной аналитической линии элемента регистрируется обычным образом в спектральном приборе. Благодаря применению описанных двух вариантов конструкции разрядника появля0 ется возможность сравнения интенсивности аналитических линий в эмиссии и абсорбции (атомной и ионной) и выбора наиболее оптимального способа анализа, На фиг. 3 схематически изображен раз5 рядник для проведения атомно-ионно-аб- сорбционного анализа, где к второму электроду присоединен блок из последовательно состыкованных друг с другом дополнительных трубок и электродов.

0 Разрядник содержит металлические электроды 1 и 4, диэлектрические трубки 3, анализируемую брикетированную пробу 2. Торцовая поверхность электрода 1 контактирует с пробой 2.

5Разрядник (фиг. 3) работает следующим

образом.

На разнополярные электроды 1 и 4 подают рабочее напряжение с разрядного контура генератора. Процессы возникновения

0 и развития электрического разряда в первом межэлектродном промежутке протекают так же, как и в описанных выше разрядниках (фиг. 1 и 2). Образовавшаяся в отом межэлектродном промежутке плазма

5 расширяется по каналу, образованному из осевых отверстий диэлектрических трубок 3 и электродов 1 и 4. При этом чередующиеся с диэлектрическими трубками электроды обеспечивают дополнительный вклад элек0 трической энергии, подводимой разрядным контуром, в плазмообразование, вследствие чего повышается температура в разрядном облаке, размеры его и плотность возрастают, атомизируются и ионизируют5 ся трудновозбудимые элементы, более эффективно используется анализируемое вещество и поэтому можно использовать малые навески. В целом зсе это ведет к повышению как абсолютной, так и концентрационной чувствительности, а также к

улучшению воспроизводимости и точности анализа.

Число повторяющихся секций в блоке из последовательно соединенных дополнительных трубок и электродов выбирается, исходя из задач анализа (чувствительность, потенциал ионизации, величина- навески пробы и т.д.).

Таким образом, предлагаемый разрядник позволяет проводить как эмиссионный, так и атомно-ионно-абсорбционный анализ элементов в составе вещества и выбирать наиболее оптимальный для решения конкретной аналитической задачи метод и соответствующую ему конструкцию разрядника.

Конструкция и технологическая простота разрядника, однотипность и взаимозаменяемость составляющих его деталей позволяют легко изготавливать и собирать легкоразборные конструкции разрядников, соответствующих выбранной методике, что важно при начинке (смене) пробой, чистке.

Равномерность отрыва частиц от поверхности пробы в течение всего времени работы разрядника и последующая эффективная атомизация этих частиц стабилизируют излучение плазмы и улучшают воспроизводимость и точность анализа.

Конструктивные особенности разрядника (ограничение разрядного облака стенками диэлектрической трубки, расширение плазмы в трубке с отверстием прямоугольной формы, использование блока из последовательно соединенных дополнительных трубок и электродов) повышают как концентрационную, так и абсолютную чувствительность, а также воспроизводимость анализа.

Возникающая на начальной стадии пробоя скользящая по внутренней поверхности

диэлектрической трубки искра значительно уменьшает пробойное и рабочее напряжения.

Возможна оптимизация работы разрядника не только варьированием параметрами разрядного контура, но и за счёт выбора размеров составляющих разрядник деталей.

Разрядник работоспособен не только в вакууме, но и в воздухе при нормальных давлениях.

Формула изобретения

1.Разрядник для спектрального анализа в вакууме, включающий диэлектрическую трубку с размещенной внутри ее брикетированной пробой, причем с одного конца внутрь трубки плотно вставлен цилиндрический электрод, а второй электрод, имеющий осевое отверстие, плотно охватывает внешнюю поверхность трубки с другого ее конца, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и воспроизводимости результатов анализа, второй электрод плотно охватывает внутреннюю и

5 торцовую поверхности конца трубки.

2.Разрядник по п. 1, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности атомно-ионно-абсорбционного анализа, в отверстие второго электрода вставлена дополнительная трубка с отверстием прямоугольной формы.

3.Разрядник поп. 1, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувстви5 тельности и воспроизводимости результатов анализа, к второму электроду присоединен блок из последовательно соединенных дополнительных трубок и электродов.

0

5

0

0

Сущность изобретения: разрядник включает диэлектрическую трубку с размещенной внутри нее брикетированной пробой, причем с одного конца внутрь трубки плотно вставлен цилиндрический электрод, а второй электрод, имеющий осевое отверстие, плотно охватывает внешнюю, внутреннюю и торцовую поверхности одного конца трубки. Дополнительно в отверстие второго электрода может быть вставлен один конец трубки с отверстием прям,о- угольной формы. Кроме того, к второму электроду со стороны, противоположной основной диэлектрической трубке, через дополнительную диэлектрическую трубку может быть дополнительно присоединен блок из последовательно соединенных нескольких дополнительных электродов и трубок, причем второй электрод выполнен таким образом, что плотно охватывает внутреннюю и торцовую поверхности одного конца соединенной с ним дополнительной трубки, а дополнительные электроды выполнены таким образом, что плотно охватывают трубки, а дополнительные электроды выполнены таким образом, что плотно охватывают внутренние и торцовые поверхности концов соединенных с ними дополнительных трубок, 2 з.п. ф-лы, 3 ил. сл с

# ФPug.f

5 4

-1 #

гг.

jy

345

Y± л .т х V v л цт х:

л ж М

S3332CZS3333