Атомно-абсорбционный анализатор Советский патент 1982 года по МПК G01J3/42 

(5) АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к спектральному анализу и может быть исполь зовано для контроля состава вещества в различных отраслях народного хозяйства: металлургии, горнодобывающей промышленности, химии, геологии и др. Известен атомно-абсорбционный спектрометр, состоящий из линейчатого источника резонансного излучения атомизатора, монохроматора, детектора, усилителя, стрелочного прибора, самописца и цифропечатающего устройства 1 J. Спектрометр не обладает достаточной точностью, так как в схеме не предусмотрена компенсация дрейфа измеряемого сигнала. Наиболее близким к предлагаемому является атомно-абсорбционный анализатор, содержащий спектральную лампу атомизатор, монохроматор и последовательно соединенные фотоэлектрическии умножитель, измерительное устройство и регистратор zj. Недостатком устройства является сравнительно низкая точность атомноабсорбцйонных измерений, поскольку в функциональиЪй схеме анализатора не предусмотрена непрерывная коррекция дрейфа измеряемого сигнала. Цель изобретения - повышение точности атомно-абсорбционных измерений за счет коррекции дрейфа измеряемого сигнала. Поставленная цель достигается тем, что атомно-абсорбционный анализатор, содержащий спектральную лампу, атомизатор,, монохроматор и последовательно соединенные фотоэлектронный умножитель, измерительное устройство, регистратор, дополнительно содержит устройство сдвига уровня, устройство нормирования, четыре ключа, измеритель скорости дрейфа, устройство линейной коррекции и управляемый блок питания спектральной лампы, при-. 39 чем выход измерительного устройства соединен с входом устройства сдвига уровня и через первый ключ с входом устройства нормирования, выход которого подключен к первому входу управляемого блока питания, выход устройства сдвига уровня соединен через второй ключ с регистратором, а через третий ключ с входом измерителя скорости дрейфа, выход которого через четвертый ключ соединен с входом уст ройства линейной коррекции, выход которого подключен к второму входу управляемого блока питания спектральной лампы. На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема атомно-абсорбционного анализатора; на фиг. 2 эпюры напряжений. Анализатор состоит из спектральной лампы 1, атомизатора 2, монохро матора 3 фотоэлектронного умножите ля , выход которого подключен к вх ду измерительного устройства 5- Выход устройства 5 соединен с входом устройства 6 сдвига уровня и через ключ 7 со входом устройства 8 нормирования. Выход устройства 8 соединен с первым входом 9 управляемог блока 10 питания. Выход устройства 6 сдвига уровня через второй ключ 11 подключен к регистратору 12, а через третий ключ 13 к входу измери теля 1 скорости дрейфа. Выход измерителя Ц через четвертый ключ 15 соединен с входом устройства 1б линейной коррекции. Выход устройства 1б подключен к второму входу 17 управляемого блока 10 питания, выход которого соединен с спектральной лампой 1. Стабильность сигнала, вырабатываемого устройством 3 (этот сигнал пропорционален интенсивности излучения резонансной линии спектральной лампы 1), определяется стабильностью работы спектральной лампы 1, атомизатора 2, монохроматора фотоэлектронного умножителя , изме рительного устройства 5- Основной вклад в погрешность при атомно-абсорбционных измерениях вносит долговременный дрейф излучения спектральной лампы 1. Являясь мультиплик тивной помехой, долговременный дрей излучения существенно влияет на точ ность измерения, что подтверждается приведенными ниже математическими выражениями. В общем виде напряжение на выходе змерительного устройства 5 (проорциональное интенсивности излуения) можно выразить U(t) Uo -f(t) (эпюра 18) де DO - начальное напряжение; f(t) - функция времени. Известно, что с заданной точностью олговременный дрейф системы апрокимируется кусочно-линейной функций, где для i-oro измерения можно аписать щи) де t $t Ц ч-At начальное напряжение при i-ом измерении; тангенс угла наклона апроксимирующей прямой при i-OM измерении. апряжение на выходе измерительного стройства 5 при введении в атомизаор анализируемого раствора выражатсяUj- (t) XUi-(t) o«:( K,t) где коэффициент ослабления измеряемого сигнала, зависящий от концентрации анализируемого элемента. Абсолютная погрешность i-oro измерения определяется, как разность db(5c otUo - (о(Щ -ocKt) oL(Uo - и,) -dK.t Относительная погрешность измерений определяется как отношение .Г (focfc d(Jo-( - отн otUotfUo ОА Uo Uo гдеоСи - напряжение на выходе устройства 5 при измерении анализируемого раствора при условии полного отсутствия дрейфа, т-е. l)(t) UQ. Если перед i-тым измерением уравнивают и Уд, т,е. проводят нормирование, то получаем выражения . .Из двух последних выражений видно, что погрешность i-oro измерения при прочих равных условиях зависит от К (тангенса угла наклона пароксимирующей прямой, т.е. скорости дрейфа), а также от t (времени) i-oro измерения. Из этого следует, что увеличение времени измерения, часто необходимое для статистической обработки сигнала - интегрирование. и т.п. приводит к увеличению погреш ности, поэтому целесообразно проводить непрерывную коррекцию дрейфа в течение времени измерения. Устройство работает следующим об разом. В момент времени t- в атомизатоо подается раствор, не содержащий ана лизируемый элемент(например, воду), ключи 7, 11, 13, 15 разомкнуты. Сиг нал, снимаемый с фотоэлектронного умножителя k, поступает на вход измерительного устройства 5- В устройстве 5 осуществляется преобразование этого сигнала - усиление, син хронное детектирование, фильтрация и т.п. На выходе устройства 5 выраб тывается напряжение постоянного тока, пропорциональное световому пото ку, регистрируемому фотоэлектронным умножителем 4. Эпюра 18 показывает изменение выходного напряжения устройства 5 под действием дрейфа инте сивности спектральной лампы . С вы хода устройства 5 сигнал поступает на вход устройства 6, которое осуществляет инверсию входного напряжения и, кроме того, сдвигает уровень сигнала на величину начального напряжения UQ. Для наглядности на эпюре Д5 показано выхопное напряжение устоойства 5 при измерении сигнала поглощения без коррекции дрейфа. При этом на выходе устройства сдвига уровня действует напряжение, изображенное на эпюре 20. В момент времени t замыкается ключ 7. при этом на вход устройства 8 нормирования поступает действующее значение выходного напряжения устройства 5 В устройстве 8 это напряжение сравнивается с опорным напряжением UQ и вырабатывается сигнал разбаланса, который поступает на первый вход 9 управляемого блока 1Q питания. Под действием сигнала разбаланса блок 10 изменяет ток спектральной лампы (как следствие интенсивности свечения) в сторону,направленную в конечном итоге на сведение сигнала разбаланса к нулю. Таким образом, путем изменения интенсивности свечения спект ральной лампы осуществляется уравнивание и и Up, т.е. нормирование измеряемого сигнала за время . и (эпюра 21, где показано напряжение на выходе устройства 5 при атомно-абсорбционных измерениях с коррекцией дрейфа). В момент времеНИ t ключ 7 размыкается, а ключ 13 замыкается на период . При этом сигнал с выхода устройства 6 поступает на вход измерителя Н скорости дрейфа. Измеритель вырабатывает напряжение, пропорциональное тангенсу угла наклона апроксимирующей прямой за время t.-t,, т.е. величину, пропорциональную скорости дрейфа измеряемого сигнала (эпюра 22). В момент времени t, в атомизатор вводится анализируемый раствор, ключ 13 размыкается, а ключи 11 и 15 замыкаются на период этом напряжение с выхода измерителя 1 поступает на вход устройства 16 линейной кЪррекции. Устройство 16 вырабатывает линейно-изменяющееся напряжение, скорость нарастания которого равна скорости дрейфа, кроме того устройство 16 осуществляет сдвиг линейно-изменяющегося напряжения на величину ухода измеряемого сигнала за время измерения скорости дрейфа tj-ta. Полученный таким образом суммарный сигнал инвертируется (эпюра 23) и с выхода устройства 16 подается на второй вход 17 управляемого блока 10 питания. Под действием этого напряжения (путем изменения тока спектральной лампы) непрерывно в течение времени измерения сигнала поглощения осуществляется коррекция дрейфа измеряемой величины. При этом на входе регистратора 12 действует напряжение, показанное на эпюре . Для наглядности можно сравнить эпюры 20 и 2k, где представлены результаты измерений сигналов поглощения соответственно без коррекции и с коррекцией дрейфа измеряемого . сигнала. Все операции - включение ключей, подача растворов в атомизатор и т.п.осуществляются по командам с программного устр.ойства (не указано) . Полученные результаты измерений МОГУТ быть использованы как в исследовательских целях, так и при массовом экспресс-анализе технологических продуктов предприятий металлургии, химической промышленности и др. Использование анализатора дает возможность оперативно получать информацию о составе и качестве технологических продуктов, что в свою очередь позволяет оптимизировать технологический процесс.

Формула изобретения

Атомно-абсорбционный анализатор, содержащий спектральную лампу, атоиизатор, монохроматор и последовательно соединенные фотоэлектрюнный умножитель, измерительное устройстве регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности атомно-абсорбционных измерений за счет коррекции дрейфа измеряемого сигнала, он дополнительно содержит устройство сдвига уровня, устройство нормирования, четыре ключа, измеритель СКОРОСТИ доейфа, устройство линейной коррекции и управляемый блок питания спектральной лампы, т«ричем выход измер 1тельного устройства соединен с входом устройства сдвига уровня и через первый ключ - с вхо;дом устройства нормирования, выход

8

которого подключен к первому входу управляемого блока питания, выход устройства сдвига уровня соединен через второй ключ с регистратором, а через третий ключ - с входом измерителя скорости дрейфаj выход которого через четвертый ключ соединен с входом устройства линейной коррекции, выход которого подключен к второму входу управляемого блока питания спектральной лампы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Прайс В. Аналитическая атомноабсорбционная спектроскопия, М., Мир, 1376, с. 36-37.

и

го

(г1

2

П

«мим