Способ атомизации пробы в атомно-флуОРЕСцЕНТНОМ АНАлизЕ и уСТРОйСТВОдля ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01J3/42 

биды, окислы, ши другие тугоплавкие нелетучие соединения, не разлагающиеся до атомов при термическом воздействии, проводить невозможно.

Наиболее близки к предлагаемому саособ агомизации пробы в агомно-флуоресценгном анализепугем нагревания и подачи паров анализируемого вещества в реактор-смеситель потоком итертного газа, и устройство, содержащее испаритель анализируемого вещества, нагреватель инертного газа, реактор-смеситель и измерительную камеру 12,

Недостатками предложенного способа является недостаточная точность и чувствигельность, что вызвано следующими причинами.

Действием горячего инертного газа в атомарное состояние можно перевести только соединения с температурами атомизации, не превышающими , при более высоких температурах известные конструкционные материалы становятся газопроницаемыми, в результате этого инертный газ, диффундируя сквозь стенки аппаратуры, уносит с собой часть атомов определяемого элемента. Невозможно определение тугоплавких элементов, образующих устойчивые при высокой температуре, не атомизируемые термическим воздействием соединения. Кроме того, требующаяся для атомизации.соединений ряда э.лементов высокая температура препятствует применению простых бездисперсионных систем регистрации атомной флуоресценции и существенно удорожает приборы.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности анализа и измерений.

Указанная цель достигается тем, что в реактор-смеситель одновременно с инертным газом подают поток водорода, нагретого до температуры на 2ОО-50О С превышающей температуру начала взаимодействия паров анализируемого вещества с водяродом, что осуществляется с помощью устройства, в которое дополнительно введен индукционный нагреватель для водорода, выполненный в виде вольфрамовой трубки с внутренними перегородками, нагреваемую током высокой частоты, соединенный с реактфом-смесителем.

При проведении реакции водородного восстановления в газовой фазе, в потоке смеси горячего водорода с инертным газом при малом порциальном давлении паров соединения определяемого элемен-

та, восстановленный элемент получается на первой стадии в виде отдельных свободных атомов, т.е. в виде атомного пара. За время, необходимое для прохождения продуктов реакции через измерительную кювету, атомы не успевают соединится друг с другом и образовать частицы, не дающие сигнала атомной флуоресцен- ции. Температура такого атомного пара может быть существенно ниже температуры кипения и даже температуры плавления определяемого элемента. Получается так называемый холодный ,пар - метастабильное состояние вещества, близкое по характеристикам к состоянию пересыщенного пара.

При этом ,концентрация атомов в газовой фазе во много раз превосходит их равновесную концентрацию для данной темпратуры. Благодаря этому явлению обеспечивается высокая чувствительность опре. деления.

Ряд элементов, образующих устойчивые, не атомизируемые термическим воздействием соединения,легко и быстро восстанавливаются водородом до свободного состояния. Предлагаемый способ атомизации обеспечивает возможность их определения методом атомно-флуорес- центной спектроскопии (например, осмия, рения, вольфрама).

Образуемые этими элементами соединения устойчивы, не атомизируются действием обычно применяемых в атомнофлуоресцентном анализе температур. Продуктом разложения соединений являются металлы с исключительно высокими температурами кипения (выше 6ООО С), и термическим воздействием перевести эти элементы в атомный пар не удается. Восстановление соединений этих элементов в газовой фазе действием водорода позволяет получить холодный атомный пар, концентрация свободных атомов в котором достаточна шгя точного и чувствительного атомно-флуоресцентного определения этих элементов.

Температура водорода, используемого для восстановления, определяется параметрами реакции между водородом и соединением определяемого элемента. Для того , чтобы реакция щла с доста1:очной скоростью, необходимо, чтобы температура водорода была выше температуры на чала реакции. В то же время, -чрезмерное повышение температуры водорода ухудшает условия определения, так каквозрастает интенсивность фонового теплового излучения. Опыт показал, что температура водорода, на 200-500 С превышает температуру начала реакции восстановления, обеспечивает достаточную скорость реакции при невысоком уровне фонового излучения; максимальная температура водорода 17ОО С. Введение соединения определяемого элемента в реактор с помощью инертного газа предотвращает возможность мгно венного (взрывного) взаимодействия меж ду этим соединением и водсродом, способ ствует образованию и увеличению времен жизни холодного атомного пара определяемого элемента. На чертеже изображено устройство для осуществления предлагаемого способа. Анализируемое вещество в лодочке 1 помещают в испаритель, представляющий собой трубку 2 из огнеупорной керамики, снабженную нагревательной обмоткой 3. Инертный газ, используемый для транспорта паров анализируемого вещества, нагревают до температуры испарения анализируемого вещества в нагревателе, представляющем собой трубку 4 из двуокиси циркония, внутри которой учюжена вольфрагиювая спираль 5, нагреваемая электрическим током. Водород нагревают до требуемой температуры в индукционном нагревателе 6, представляющем со. бой вольфрамовую трубку с внутренними перегородками, нагреваемую током высокой частоты. Инертный газ, содержащий пары определяемого вещества, н горячий водород подают в реактор-смеситель 7, представляющий собой инжекционный смеситель из тугоплавкого, не взаимодействующего с водородом материала. Продукты реакции из реактора-смесителя идут в измерительную «ювету 8, где произво дят возбуждение и измерение атомной флуоресценции. Нагреватели и реакгорсмеоигель установлены в кожухе 9, заполненном аргоном под избыточным давлением 5О-2ОО Па. Выбор вольфрама в качестве материа- ,ла для нагревателей обусловлен тем, что водород не растворяется в вольфраме до 17ОО С, т.е. диффузия водорода отсутствует. Кроме того, металлический вольфра при температурах до имеет очен низкое давление пара. Пример. Для определения икропримеси осмия в аффинированной пла тине по предлагаемому способу, навеску аффинированной порошкообразной платины ( ЮО мг) смешивают с трехкратным количеством безводного висмутата натрия, . полученную смесь помещают в лодочку из двуокиси циркония и устанавливают лодочку в испаритель устройства для атомизации. Со скоростью 50°С/с нагревают испаритель до 5ОО С, подавая в испаритель гелий, нагретый до той же температуры. Одновременно в реактсф-смеситель устройства подают водород с температурой 900 С. Скорость подачи гелня 150 мл/ /мин, скорость подачи водорода 400мл/, /мин. При нагревании с висмутом натрия, содержащийся в платине осмий превращается в летучую четырехокись осмия, которая вместе с гелием поступает в реактср-смеситель. В реакторе происходит реакция восстановления четьфехсжиси осмия йо металлическот;о осмия, холодный пар осмия вместе с другими продуктами реакции поступает в измерительную кювету, где производят возбуждение и измерение атомной флуоресценции. Устройство для атомизации устанавливают вместо блока атомизации. Источником возбуждающего излучения служит лампа с охлаждаемым полым катодом, приемником излучения - солнечно-слепой фотоумножитель Р-166. Аналитическим, сигналом является интегральная интенсивность флуоресценции, определяемая как площадь под кривой сила фототока - время на диаграмме регистрирующего устройства. Калибрование установки проводят по образцам аффинированной платины с известным содержанием осмия. Параллельно образцы анализируемой аффинированной платины исследуют иа содержание осмия методом иейтронного активационнся о анализа, путем облучения образца в атомном реакторе Норильского горнометаллургического комбината с последующим измерением наведешсой радиоактивности. Этот способ, благодаря его высокой чувствительности и надежности, берут для сравнительной оценки получаемых результатов. Полученные результаты представлены в таблице. Затрата времени 25 мин на 1 анализ . Предлагаемый способ превосходит способ нейтронного активационного анали за по точности и скорости определения. Обеспечивается возможность атомнофлуоресцентного определения элементов, котфые ранее этим методом анализа определять было нельзя, в частности, осми и рения, все известные способы определе ния микроколичеств которых, связаны с очень большими трудностями. Предлагаемый способ может быть использован в металлургическом анализе, в геохимических исследованиях, в анализе особо чистых веществ, в анализе обье ктов окружающей среды. Предлагаемый способ газофазной атомизадии с водородным восстановлением может быть использован при разработке простых бездисперсионных приборов для атомно-флуфесцентного анализа. Формула изобретения 1. Способ атомизацин пробы в атомн флуоресцентном анализе путем нагревани и подачи паров анализируемого вещества в реактор-смеситель потоком инертного 96 час газа, отличающи.йся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности анализа, в реактф-смеситель одновременно с инертным газом подают поток водорода, нагретого до температуры на 200-500° С превышающей температуру начала взаимодействия паров анализируемого вещества с водородом. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее испаритель анализируемого вещества, нагреватель инертного газа, реактор-смеситель и измерительную камеру, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений в него дополнительно введен индукционный нагреватель для водорода, выполненный в виде вольфрамовой трубки с внутренними перегородками, нагреваемой током высокой частоты, соединенный с реактором-смесителем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1., 1977, т. 32, № 3, с. 596-621. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2621568/25, кл.СО13 3/42, 16.11.78 (прототип).