Спектральный способ определения концентрации веществ

,.80127861 04 С О 1 7 3/42 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТВТ ССС пО делАм изОБРетений и ОтнРыт(46) 23,12,86, Бюл, В 47 (71) Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет имВ,И,Ленина (72) К.П,Курейчик, В.Л.Макаров и М.М.Мавлютов(56) Прайс В. Аналитическая атомноабсорбционная спектрометрия. - М.; Мир, 1976, с, 157.Авторское свидетельство СССР У 711441, кл. 0 01 ,1 3/42, 1978,(54) СПЕКТРАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯКОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВ(57) Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено дляопределения концентрации химицескихэлементов при атомно-абсорбционныхизмеренияхЦель изобретения - повышение точности измерений и упрощениеопределения концентрации веществПредложенный способ учитывает неселективное поглощение, Эффект достига-ется путем пропускания через анализируемую область резонансного излучения и измерения пропускания приразных коэффициентах поглощения. Нкачестве спектральной лампы используют лампу с селективной модуляцией.На катод-излучатель и катод-модулятор подают импульсы тока различнойдлительности и амплитуды. Длительность импульса тока катода-излучателя устанавливают больше длительности тока катода-модулятора, Измерение оптического пропускания ведутна резонансной линии определяемогоэлемента, Одно измерение ведут снепоглощенным центром линии, другоес поглощенным центром линии, 3 з.п,ф-лы 3 ил.12786Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено дляопределения концентрации химическихэлементов при атомно-абсорбционныхизмерениях. 5Цель изобретения - повышение точности и упрощение анализа,На Фиг. 1 показаны Формы спектральных линий катода-излучателя вразличные времена развития и изменение разряда на Фиг. 2 - примерблок-схемы спектрометра, реализующе.го предлагаемый способ на Фиг, 3временные диаграммы спектрометра впроцессе работы, 15В качестве просвечивающего источника используется спектральнаялампа с селективной модуляцией,включающая один полый катод, излучательи дополнительный полый катод-модулятор. Спектральная линия катода-излучателя в момент развития разрядаимеет вид, приведенный на Фиг. 1(кривая 1), при этом коэффициентатомного поглощения 1 о в этот момент 251максимален. После стабилизации разряда линия уширяется (Фиг. 1, кривая 2) и коэффициент атомного поглощения Р, уменьшен, Эта же линия с поглощенным центром после уширения 30показана кривой 3. В зависимости отэлемента катода-излучателя для получения уширенной линии, соизмеримойс шириной линии поглощения, ток питания должен изменяться от номинального до, примерно, 50-кратного токаноминального режима. Однако этоусловие не всегда необходимо, поскольку после стабилизации разрядалиния всегда уширяетсяСущность способа состоит в следующем,На катод-излучатель лампы подаютимпульс тока, например амплитудой100 мА и длительностью 150 мкс, Втечение времени развития разряда вкатоде-излучателе, равного, например,50 мкс при введенной эталонной пробе измеряют оптическое пропусканиеаналитической ячейки при непоглощенном центре линии, Эт,-.донная проба в отличие от известной может соОтношение коэффициентов пропускания имеет вид .-.- , =Ыс/Ы, (дляэталонного измерейия. Аналогичный 5 коэффициент )о получают для рабочего измерения неизвестной концентрации С(2)х5 О учитывая, что= -1, и чтокоэффициентыи р могут быть определены при контрольных измеренияхкак в известном способе, получают,что55-1 р=С а держать неселективную помеху, например,из-за загрязненного растворителя. Затем на катод-модулятор в течение последующих 50 мкс подают импульс тока. К этому времени разрядв катоде-излучателе стабилизируетсяи коэффипиент атомного поглощения уменьшается по причине уширения линии, Перед полостью катода-модулятора образуется облако атомных паров,концентрация атомов в котором зависит от рабочего тока этого катода.Получают линию с поглощенным центром. После этого измеряют в течениепоследующих 50 мкс оптическое пропускание аналитической ячейки при тойже эталонной пробе, при этом катодмодулятор отключен, Далее в атомизатор подают раствор с неизвестнойконцентрацией железа и проводят теже измерения - рабочие, и затем рас -четным путем определяют концентрацию железа,При этом приняты обозначения:1 - интенсивность линии при измерео 1ниях с непоглощенным центром припервом измерении; Т - интенсивностьо 2линии при измерениях с поглощеннымцентром при втором измерении; т д-,Ы с в интенсивнссть линии после введения эталонного раствора при первомизмерении; 1, Ыы, - интенсивностьтой же линии после. введения эталонного раствора при втором измерении;о - коэффициент селективного пропусскания,о - коэффициент неселективного пропускания; 1", -коэффицие.нт атомного поглощения длялинии с непоглощенным центром;коэффициент атомного поглощения длялинии с поглощенным центром,Коэффициенты пропускания Т, припервом измерении и 7 при второмизмерении равны(5) Сх Следовательно, измерение неиз вест ной концентрации С определяемогокхимического элемента сводится к экспериментальному определению отношения коэффициентов пропускания (и 1 аналитической ячейки с непогло щенным и поглощенным центром линии без промежуточного измерения коэффициентов атомного поглощения О иО Таким образом, предлагаемый способ прост в реализации по сравнению с 15 известным и обеспечивает большую точность из-эа учета неселективного поглощения в эталонной пробе.Действительно, для известного способа неизвестная концентрация С 20к равна С=ЬА/ь/д, где лА - разность , оптических плотностей для измерений с уширенной и неуширенной резонансной линией, Тогда Ь 4 =лА /С -С где ьА - разность оптических плотнос тей аналитической ячейки при эталонном измерении, С, - фиктивная концентрация, обусловленная неучтенной неселективной помехой при определениях йц, 30Точность измерений концентрации С согласно (4) зависит от разности ь(4 =1,-ц (Фиг. 1, кривые 1 и 3) и с увеличением последней повышается При измерениях с непоглощенным центром линии максимальное значение Р, обеспечивается при развитии разряда в катоде-излучателе, Этот факт следует из того, что самопоглощения линии вследствие отсутствия холодного облака паров перед полостью катода в этот момент нет, поскольку оно не успевает сформироваться. В дальнейшем это облако формируется и коэффициент атомного поглощения уменьшается (фиг. 1, кривая 2). Характерно это для момента стабилизации разряда в катоде-излучателе, Следовательно, при подаче импульса тока в этот момент на ка 50 тод-модулятор центр линии поглощается и коэффициент атомного поглощения дополнительно уменьшается. Это обеспечивает получение большего различия в коэффициентах атомного поглощения ч,и л по сравнению с известным способом, поскольку минимального значения коэффициентадобиваются не путем уширения контура линии в катоде-излучателе, а путем поглощения излучаемого света дополнительной ячейкой, формируемой катодом-модулятором, Плотность атомных паров в последнем легко регулировать питающим током. Экспериментально голучено различие в коэффициентах атомного поглощения я, и,и не в 1,5-10 раэ как в прототипе., а в 1,5-25 раз, что и повышает точность анализа.Экспериментально установлено, что при амплитуде импульса тока симметричной, например П-образной, формы (через катод-модулятор), превышающей ток катода-излучателя менее, чем в 1,5 раза, поглощение центра линии, излучаемой катодом-излучателем, незначительно, вследствие этого коэффициенты 1, и р близки по величине и точность измерений ухудшается.Если же эта амплитуда превышает ток катода-излучателя более, чем в 300 раз, резонансная линия почти полностью поглощается, ее интенсивность резко падает для испытанных ламп с селективной модуляцией, возрастают ее флуктуации (из-эа флуктуаций атомного пара в катоде-модуляторе по причине большой плотности тока),что также снижает точность измерений иэза падения отношения сигнал/шумБлок-схема спектрометра, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг. 2. Спектрометр состоит из блока 4 питания, выход 5 которого соединен с катодом-излучателем 6, а выход 7 с катодом-модулятором 8 лампы 9 с селективной модуляцией, оптической системы 10, атомизатора 11, монохроматора 12, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 13, устройства 14 выборки хранения, аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 15, управляюще-вычислительного блока 6,Спектрометр работает следующим образом.В атомизатор вносится эталонная пробаДалее блок 13 вырабатывает импульсы управления блоками устройства, при этом на блок 4 поступают импульсы управления катодом- излучателем 6 лампы 9 (фиг. 3 кривая 1 7) длительностью, например, 150 мкс. На фиг. 3 (кривая 18) приведено выходное напряжение ФЭУ 13, которое соответствует световому потоку лампы 9. Одновременно на блок 14 подается импульс выборки напря 5 12 жения ФЭУ длительностью 50 мкс (фиг. 3, кривая 19). В этот момент происходит измерение и кодирование сигнала с помощью АЦП 15 с непоглощенным центром резонансной линии. Затем в последующие 50 мкс на катод- модулятор 8 лампы 9 поступает импульс тока с блока ч (фиг, 3 кривая 20), при этом центр линии поглощается из-за образования облака атомных паров на пути пучк:а света от катода-излучателя, После этого катод-модулятор отключается и на , блок 14 поступает импульс выборки напряжения ФЭУ длительностью 50 мкс (фиг, 3, кривая 21), которое как и в предыдущем случае, кодируется АЦП 15 и запоминается блоком 6. Далее блок 16 вычисляет коэффициент 1 р, .При внесении в атомизатор исследуемого раствора с неизвестной концентрацией С в упомянутые моментыхвремени производится измерение сигнала с выхода ФЭУ 13 и расчет коэффициента 1 р 1, Неизвестная концентрация С определяется по формуле (5),К преимуществам предлагаемого способа перед известным относятся более высокая точность измерений за счет учета неселективного поглощения не только при рабочих, но и эталонных измерениях, а также из-за большей разности коэффициентов атомного поглощения и упрощение в реализации за счет исключения вычисления коэффициента атомного поглощения и подготовки эталонных проб вотношении содержания неселективнойпомехи.Формула изобретения1, Спектральный способ определенияконцентрации веществ с учетом неселективного поглощения, включающийпропускание через анализируемую область резонансного излучения, проведение двух измерений оптическогопропускания аналитической ячейкипри разных коэффициентах атомногопоглощения резонансной линии, ,излучаемой спектральной лампой и расчетпо полученным данным концентрацииопределенного вещества, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью Фповьюения точности и упрошения ана 78613лиза, в качестве и;.лучаемой спектральной лампы используют лампу с селективной модуляцией, на катод-излучатель и катод-модулятор которой подают импульсы тока различной длительности и амплит ды, при этом длительность импульса тока катода-излучателя устанавливают больше длительности импульса тока катода-моО дулятора, который формируют в течение длительности импульса тока катода-излучателя, а измерения оптического пропускания ведут на резонансной линии определяемого элемен та, причем одно измерение ведут снепоглощенным центром линии, а другое - с поглощенным центром линии,а затем рассчитывают концентрацию Спо формуле20С = - С"к 1 т - агде=/ - отношение коэффициен/4тов пропускания анали тической ячейки, измеренных с непоглошенным и поглощенным центрами линии для эталонного измерения;В = / - отношение коэффициенттов пропускания аналитической ячейки, измеренных с непоглощенным и поглощенным цен - трами линии для рабочего измерения;С - эталонная концентрация. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а 40ю щ и й с я тем, что измерение оптического пропускания аналитическойячейки с непоглощенным центром линии ведут и течение времени развития разряда в катоде в излучате,453. Способ по и, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что импульс токапитания катода-модулятора, при котором измеряют оптическое пропускание аналитической ячейки с поглощенным центром линии, подают после стабилизации разряда в катоде-излучателе,1. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что амплитуду такакатода-модулятора устанавливают в1.5-300 раз больше рабочего тока катода-иэлуча.теля.