Спектральный способ определения концентрации веществ

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0% 01) где Тимо причем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(56) 1. Львов Б.В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ,М., "Наука", 1966, с. 72-78.2, Авторское свидетельство СССР В 711441, кл, С 01 И 21/72, 1978 (прототип) .(54) (57) СПЕКТРАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВ, включающий возбуждение источника излучения импульсами тока, изменяющимися по амплитуде, измерение коэффициентапоглощения анализируемого вещества 4(51) С 01 В 21/72; С 01 Л 3/42 при различной ширине линий резонансного излучения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ ности анализа при определении оптической плотности аналитической ячейки, резонансное излучение возбуждают сунерпоэицией прямоугольных импульсов тока и затухающих гармонических колебаний, а измерения проводят в первом полупериоде и по окончании процесса затухания, соблюдая условие асмо,Тат+,Тимп50 мве2 г длительность прямругольныхимпульсов период затухания гармонических колебаний частота гармонических колебаний д(5-10)1 нмп1 11335Изобретение отноеится к техникеаналитического контроля веществ иможет найти применение для определения концентрации атомов в различныхвеществах. 5Известен способ определения концентрации атомов в веществе 11,Недостатком этого способа являет-.ся невозможность обеспечения эффективного учета неселективных по Омех.Известен спектральный способ определения концентрации веществ, включающий изменение ширины линии источника излучения за счет его возбуждесния импульсами тока, изменяющимисяпо амплитуде, измерение коэффициента поглощения анализируемого вещества при различной ширине линий 2,Изменение ширины контура линии 2 ризлучения осуществляется за счетпитания спектральной лампыпрямоугольными импульсами тока с различной амплитудой и длительностью. Измеренияпроводятся на паре импульсов при условии равенства интегральных интенсивностей излучения. Необходимостьреализации различных коэффициентоватомного поглощения (2-10 раз) привыбранном способе возбуждения излучения приводит к тому, что амплитуды импульсов тока и, как следствие,интенсивностей излучения существенно отличаются друг от друга. В этомслучае при равенстве интегральныхинтенсивностей длительности имнуль-сов будут отличаться в 10-100 раз.Иоследнее приводит к уменьшению частоты следования импульсов при сохранении номинального среднего токачерез лампу (условие долговечности),и как следствие - к увеличению длительности измерений. Измерение оптических.плотностей за существенноразличные интервалы времени снижает 45точность учета спектральных помех,особенно при нестационарном процессеФатомизации - непламенной атомизации, так как в этом случае непрерывно изменяется не только уровеньнеселективного поглощения, но и вели"чина атомного поглощения. Целью изобретения является повышение точности анализа при определении оптической плотности аналити ческой ячейки.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения 12концентрации веществ, включающему возбуждение источника излучения импульсами тока, изменяющимися по амплитуде, измерение коэффициента поглощения анализируемого вещества при различной ширине линий резонансного излучения, резонансное излучение возбуждают суперпозицией прямоугольных импульсов тока и затухающих гармонических колебаний, а измерения проводят в первом полупериоде и по окончании процесса затухания, соблюдая условиеццццТо фииоффсггде Тима - длительность прямоугольного импульса, .ат - период затухания гармонических колебаний;- частота гармонических колебаний;(5-10)иМиВ предлагаемом способе реализуется эффект аномального увеличения коэффициента атомного поглощения при форсированном возбуждении спектральной лампы с полым катодом. Наложение затухающих гармонических колебаний на прямоугольный импульс тока приводит. в начальный момент (до 50-100 мке) действия импульса к существенному повышению интенсивности излучения (в 2-3 раза) без характерного уменьшения коэффициента атомного поглощения. Это обусловлено тем, что при форсированном возбуждении в начальный момент времени перед полостью катода спектральной лампы не успевает образовываться облако атомных паров достаточной плотности и контур линии излучения не претерпевает уширения за счет самопоглощения, Измерения, проведенные в начальный момент ( в первом полупериоде колебания), позволяют получить максимальный коэффициент атомного поглощения при высокой интенсивности излучения, тем самым повышается соотношение сигнал/шум.По истечении времени формирования облака атомных паров (по окончании процесса затухания) коэффициент атомного поглощения, за счет уширения линии излучения, резко падает и устанавливается на определенном уровне, после чего целесообразно проводить второе измерение. Таким образом, эа время действия одного импульса возбуждения проводятся два измерения. максимально п 1 щ. - .3 11335ближенные друг к другу и при благоприятных соотношениях сигналшум, что/позволяет повысить точность учета неселективных помех.На фиг. изображена блок-схемаустройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 - эпюры сигналов.Блок-схема состоит иэ спектральной лампы 1, атомизатора 2, монохроматора 3 и последовательно соединенных фотоэлектронного умножителя 4,измерительного устройства 5, регистратора 6, при этом управляющий входустройства 5 соединен с выходом формирователя 7 импульсов и через усилитель 8 мощности - со спектральнойлампой 1, а вход формирователя 7подключен к импульсному генератору9 и к генератору 10 затухающих колебаний, выход которого соединен с усилителем 8 мощности.Устройство работает следующнмобразом,Импульсный генератор вырабатывает димпульсное напряжение (фиг,2, эпюра111) с частотой- . УстройствоТ7 формирует импульсы (фиг.2, эпюра12) с амплитудой о и длительностьюТ Управляемыйимпульсным генератором З 0юг9 .генератор 10 формирует последовательность затухающих гармонических колеба-ний(фиг.2,эпюра 13) с частотой 1 ф ти временем затуханияатСигналй35с устройств 7 и 10 суммируются(фиг.2, эпюра 14) на входе усилителя8 мощности и подаются на спектральную лампу 1. Излучение спектральнойлампы 1 (фиг. 2, эпюра 15), повторя 40ющее форму тока (с некоторым изменением амплитудных соотношений),проходит через аналитическую зонуатомизатора 2 и поступает на входмонохроматора 3.Сигнал с фотоэлектронного умнознтеля 4, установленного на выходнойщели монохроматора, поступает навход измерительного устройства 5., Последнее при помощи сигналов синхронизации (фиг.2, эпюра 16) проводит измерение поглощательных способностей в первом полупериоде затухающих гармонических колебаний(фиг.2, эпюра 15, 1 -т ) и по окончании процесса затухания (фиг.2,эпюра 15,1-15), т.е, в те интервалывремени, когда коэффициенты атомного 12 4поглощения отличаются наиболее существенно (фиг,2, зависимость 17,о-т 1, г -15) . Затеи разность измеренных значений регистрируется устройством 6. Приведенная (фиг,2) зависимость 17 коэффициента атомного поглощения обусловлена изменением ширины контура линии резонансного излучения, при форсированном нарастании тока возбуждения в период времени 1-, перед полостью катода не успевает образоваться облако атомных паров достаточной плотности и излучение, испускаемое катодом, не претерпевает самопоглощения и имеет узкий контур линии. Затем с течением времени происходит увеличение плотности атомных паров перед полостью катода, резонансное излучение испытывает самопоглощенне, ее контур линии уширяется - уменьшается коэффициент атомного поглощения. Это происходит до тех пор, пока этот процесс в лампе не устанавливается (Фиг,2, зависимость 17, г З)Наиболее существенно коэффициенты, атомного поглощения отличаются в случае, если измерения проводить за первый полупериод затухания гармонических колебаний,= - (фиг.2, 17 О -11 )в и по окончании процесса затухания за время Т, При равенстве длительности измерений Т 1=Т (фиг.2, 17,-1,; Ф,г) длительность импульсао)должна бытьТрмо зТэ т+Т илиТ о 1 +эат Я1+ еДиапазон изменения 1 ат, имь и г определяется физическими процессами. Резкое нарастание тока приводит к интенсивному катодному распылению и, как следствие, к повышению концентрации атомного пара в полости катода, при этом резко увеличивается интенсивность излучения, Однако ширина линии в этот момент достаточно узкая, поскольку в основном определяется эффектом Доплера. Время выхода атомного пара эа счет диффузии его в прикатодную область для большинства элементов, исходя из экспериментальных данных, составляет 50-100 мкс. Тем самым,.в предлагаемом способе величина Гдолжна быть менее 50 мкс.Для обеспечения минимального уширения линии за время первого измере" ния ( 1 -1фиг.2) , выбирается в 5-10 раз меньшейТ5П р и м е р . Использовался опытный образец атомно-абсорбционного анализатора "Спектр" с атомизацией в пламени пропан-воздух. Измерения проводились на линии.меди (324,8 нм) 1 О при напряжении на ФЭУ О =400 В, входной ширине щели монохроматора 3 =0,25 мм и выходной ширине щели заец,=0,5 мм. Амплитуда гармонического колебания в первом полупериоде 15 составляла 300 мА, амплитуда основного импульса тока (фиг.2, эпюра 12) 1 100 мА. Частота следования импульсов тока - 80 Гц, 1 г =50 кГц. Время измерениями.1 выбиралось равным 1- 20 и составляло 10 мкс. При этом был получен следующий аналитический результат: предел обнаружения меди 0,005 мг/л при отношении фонового поглощения к атомномуЫМ =100. Фоновое поглощение возникло за счет присутствия в анализируемом растворе солей лантана (27 Ьа).Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность анализа при атомно-абсорбционном определении концентрации веществ.Предлагаемый способ может быть использован в атомно-абсорбционных анализаторах при массовом экспрессанализе технологических продуктов горноперерабатывающих производств, предприятий цветной и черной металлургии, химической промышленности и др Использование способа в средствах аналитического контроля позволяет оперативно получать точную информацию о содержании анализируемых продуктов, что в свою очередь позволяет оптимизировать технологический процессИспользование предлагаемого способа в атомно-абсорбционной аппаратуре позволит получить эффект от внедрения около 407 экономического эффекта от внедрения анализатора "Спектр 4 А".1133512 фк фа Составитель О.МатвеРедактор А.Шишкина Техред А.Кикемезей Корректор Л,Пилипенко исное, д. 4/ ал ППП "Патент", г. Узтород оектная,аз 9943/36 ВНИИПИ по 113035, Тирак 898осударственного комитета ССелам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб