Способ электротермической атомизации

(51)5 б О М 21 74 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Тамбовский институт химического машиностроения(56) Авторское свидетельство СССР ,% 998927, кл. б 01 Ы 21/74, 1983.Гребенников М. В. и др. Электротермическая атомизация вещес 1 ва при импульс. .ном введении анализируемои пробы в изотермическую печь с независимо нагреваемоо металлического испарителя. - В сб.: Х 1 Х Всесоюзный съезд по спектроскопии. Ч. 5 Томск, ТФ СО АН СССР, 1983, с. 289 - 291. Изобретение относится к спектральному анализу с применением электротермической атомизации и может быть использовано для атомизации пробы при определении состава материалов и их испарения и атомизации.Цель изобретения - снижение пределов обнаружения элементов.Способ осу ществл яется следую щи м образом.На поверхность зонда, находящегося вне объема печи, наносят анализируемый материал. Затем проводят нагрев печи до стационарной температуры. После проведения термической обработки пробы зонд вводят во внутренний объем печи через центральное отверстие в стенке печи, например, за счет сил гравитации, В момент, когда зонд находится в точке, определяемой координатами пересечения контура сечения с осью симметрии аналитической зоны, производят им 2(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ АТОМИ ЗАЦИ И(57) Изобретение относится к спектральному анализу с электротермической атомизацией и может быть использовано для анализа различных материалов. Цель изобретения - снижение пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в аналитической зоне. Способ включает дозировку пробы на зонд, ввод зонда в атомизатор, нагретый до стационарной температуры, импульсный нагрев зонда с задержкой относительно момента прохождения им внешних границ атамизатора, при этом зонд в момент его разогрева помещают в нижнюю точку пересечения контура поперечного сечения аналитической зоны с вертикальной осью этого сечения. Рассмотрены два альтернативных метода выбора величины задержки: расчетный и аналитический.2 табл. пульсный нагрев зонда от независимого источника питания, например батареи конденсаторов. Под действием тепла проба испаряется и атомизируется во внутреннем объеме печи. Полученное в результате облако атомного пара используется в анализе, например атомно-абсорбционном.Сущность изобретения заключается в следующем. При импульсном испарении пробы с поверхности зонда атомное облако имеет форму вытянутого и смещенного вертикально вверх за счет конвективных потоков относительно головки зонда сфероида. В связи с этим при включении импульсного нагрева зонда в момент, когда он находится у отверстия его ввода в печь, атомное облако лишь частично перекрывает просвечивающее излучение, т. е. не полностью заполняет аналитический объем. Кроме того, большаядол атомных паров выносится через входное стверс ч ие.Величина аналитического сигнала при ачомно-абсорбционном методе анализа определяется плотностью атомных паров определяемого элемента в просвечивающем луче. Плотность паров в луче зависит от соотношения скоростей испарения пробы при атомизации и диффузного выноса ее паров из аналитической зоны. В идеальном случае необхолимо, чтобы время введения атомных паров в просвечивающий луц было гордз- дО меньше, цем время их выхода из дналнтнческой зоны. При этом достигается высокая плотность атомного пара и, ссответственно, увеличение аналитическогО сигнала. В нашем случае аналнтцчсской зоной является внутренний объем цилиндрической печи. полис)стек заполненной просне иваюшим излучением. В эту зону вводится ме аллический зонд в виде петли, в нижней части которой находится точечный сухой остаток пробы. Г 1 ри испарении ссцовная масса паров сосредоточена нал источником испарения. Поэтому цри погружении зонда в любую точку плоскости ноперецного сечения нсцн,отличную От предлагаемой. Образовавшееся Облако атомных паров булег перс крыв;гь лишь частично дналитнцескук зону.,.н цол) пения максимального дналичического сис цдлд необходимо наложить еще два условия, сервое из них - требование сдцнства лейс Гвця с 1)остранственнОГО фактора (погружение в точку) и временного (момент импульсного цагревд зонда Лля цс парения и атомизации пробы) Второе условие вытекает из Особецносчсй повеления пробы на зонде цри его движеии н горячй зоне внутреннего Об ьемд нрелварительнс разогретой печи и црелставлнт собой ещ Один временный фактор нпс рндл времени нахождения зонда в рдзОрсОй зоне (Объеме) атомизатора.Действительно, с момента погружения зонда с п(избой в атомизатор цд него действует тепловой поток, иереЛаваемыи слу за счет теплоцроводносч ц газа и излучения стенок дтомизатора. Вечичина э О потокд, спрелеляемая температурой внутренних стенок атомизатора, может оказаться,чостатоц. цой лля начала испарения пробы прежде, цем,онд будет разогрет дополнительным импульсом. В таком случае часть пробы покинет поверхность испарения и будет находиться в газовой фазе к моменту действия импульса, а за счет процессов переноса может покинуть аналитическую зону. Тогда масса пробы, испускаемая с поверхности зонда при действии импульсного нагрева, уменьшится, в результате уменьшится плотность образующегося атомного облака, т. е. це обеспечивается максимальный положительный результат несмотря на ОдновременНОе соблкдение остальных упомянутых двух условий: зонд помещен в заданную точку вовремя действия импульсного нагрева.Таки м образом, существует необходимость ограничить время нахождения зонда вобъеме атомизатора ло подачи разогревающего импульса. ЭтО время или величина задержки будет зависеть от ряда параметров:от тецлофизических свойств зонда, газовойсреды, атомизатора и др., и внешне проявчяется в появлении и регистрации аналитического сигнала до воздеиствия импульсанагрева. Поэтому лля определения величиныадержки использовань два различных, норавнозначных по достижении положитель.ного эффекта подхода: расчетный, аналн 15 тический.Расчетный вариант. Исходя из условийреализации способа мы имеем слуцай нагрева тонкого тела в пеци с постоянной температурой. Согласно законам термодинамикивеличина задержки выбирается из условия201 п( -Тт = - -- ,Ка(1)где Т - температура стенок атомизатора, К;Тначальная температура зонда, К;Т . -- температура плавления анализируемого материала, находящегося назонде, К;толщина прогреваемого слоя материала зонда, м;р - плотность материала зонда,30 кгсм;С теплоемкость материала зонда,Дж/кг К;асредний коэффициент теплоотдачидля лиапазона температурТ Тц Вт/м КК постоянный коэффициент, зависящий от конфигурации зонда (дляпстлевого нз проволоки К=2, дляшара К=3).Аналитический вариант. Как было отмеце 40 но, появление паров элемента в аначитической зоне проявляется в появлении и регистрации аналитического сигнала. В такомслучае необходимо, чтобы время появленияпаров совпало с моментом действия импульсного нагрева зонда."5Как показали эксперименты, время задержки, определяемое расчетным путем поформуле (1), и время задержки, определяемое по моменту появления аналитическогосигнала, практически совпадают пО достигаемому положительному результату (табл. 2).Указанные признаки являются альтернативными.Выполнение одновременно всех трех условий (пространственного и двух временныхдействие импульса в заданной точке сопределенной задержкой) приводит к повышению эффективности использования атомных паров при формировании аналитического сигнала абсорб цн и, и, как следствие,к снижению пределов обнаружения.1 бо 7938 Формула изобретения Харагстеристтгческгте количество10 Глубина погружения зонда,160 ЯЯ 67 52 0 1 2 3 3,5 25 1 и( --- ) 5 рСТассвт -Ка 9 ксп 7 ст Ра.счет Лпалитическтиг сигнал, отн.ед. гг с 0,250,30,3 Я0,330,21 50 100 200 50 40 г 1 217 Составитель В Веля вРедактор М, Келемеш Техред И ВерееЗаказ 1318 Тираж 511ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям113035, Москва, Ж 35, Ра пинаяГроизводственно-издательский комбинат Патент,Короектор П Цинэ.Подписноеи огкритиям при ГКНТ Г.д.1наб., л, 45Ужпрод, ул, Гагарин,ь 1 О Пример. Раствор меди концентрацией 0,01 мкг/мл готовили из базового раствора, составленного на основе азотно-кислой соли. С помощью микрошприца анализируемый раствор объемом 1 мкл наносили на зонд. Металлический зонд из сплава ВР 5, диаметр проволоки 0,2 мм, радиус петли 0,5 м м, длина вол ны оп ределен ия меди 324,8 нм. Стационарная температура печи 2300 К. Регистрация аналитического сигнала по амплитудному методу. Скорость нагрева зонда 300 К/мс.Результаты измерений сведены в табл. 1, из которой, видно, что чувствительность определения меди с предлагаемым способом атомизации увеличивается в 80 раз.Та блица 1 В табл. 2 представлены результаты из. менения величины аналитического сигнала (абсорбция-А) 7 ПГ меди при различной величине задержки (т ) подачи импульса нагрева на зонд, помещенный в заданную точку аналитической зоны.Та блица 2 Расчетная величина задержки, полученная по формуле (1). 611 роведенные исследования показали, что чувствительность определения элементов улучшается в 10 - 100 раз. Величина и стабильность поправки контрольного опыта в данном способе остались прежними и поэтому указанное увеличение чувствительности и приводит к пропорциональному снижению пределов обнаружения. 10Способ электротермической атомизациис применение г зонда-испарителя, включающий дозировку пробы на зонд, ввод зонда в атомизатор, причем температуру аналитической зоны атомизатора поддерживают постоянной, импульсный нагрев зонда, испарение и превращение пробы в атомный пар, отлигающийся тем, что, с целью снижения пределов обнаружения элементов за счет повышения плотности атомных паров в анали тической зоне, нагрев зонда проводят с задержкой 11 о времени относительно момента прохождения им внешних границ атомизатора, при этом величина задержки т или выбирается из условия где Т - температура стенок атомизатора, К;Т - начальная температура зонда, К;30 Т. - температура плавления анализируе.мого материала, находящегосяна зонде, К;- толщина прогреваемого слоя материала зонда, м;р - плотность материала зонда, кг/м;35 С - теплоемкость материала зонда,Дж/кг К;а - средний коэффициент теплоотдачидля диапазона температур Т- -Т;:, Вт/м К;К - постоянный коэффициент, зависящий от конфигурации зонда (дляиетлевого из проволоки К=2, дляшара К=З),или соответствует времени появления аналитического сигнала, причем до момента45 времени т зонд помещают в нижнюю точкупересечения контура поперечного сеченияаналитической зоны с вертикальной осьюэтого сечения.