Способ спектрального анализа твердых образцов

-исследователььного сырьяЕ,Н, Вазилло го ая носится к област ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Казахский научноский институт минерал(5 б) Русаков А,С. Основы количественного спектрального анализа руди минералов. М.: Недра, 1978, с.17Проблемы современной оптики испектроскопии/Под ред. Степанова Би Богуша А.А. Минск,: Наука и техника, 1980, с. 112.(54) СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗАТВЕРДЫХ ОБРАЗЦОВ(57) Изобретение отанализа состава твердых веществ и может быть использовано при исследовании природных и технологическихобъектов. Целью изобретения является повышение точности и производительности спектрального анализа ирасширение интервала определяемыхконцентраций. В основе предлагаемоспособа лежит прямо пропорциональнзависимость величины суммарного аналитического сигнала от числа импульсов при многократном лазерном испарении вещества. Определение ссдержания элементов в пробе,-осуществляется по отношению числа импульсоватомизации стандартного образца кчислу импульсов атомизации анаг(изируемой пробы, соответствующих одинаковым суммарным величинам аналитических сигналов. 3 табл.(1)20ацииЭ 40 Изобретение относится к анализусостава твердых веществ и может бытьиспользовано для определения содергжания основных и примесных элементовв широком диапазоне их изменения в 5природных и технологических объектах,Целью изобретения является повыше ние точности, производительности анализа и расширение интервалов определяемых концентраций,В основе способа лежит прямо пропорциональная зависимость величинысуммарного аналитического сигнала,накопленного при регистрации одиночных аналитических сигналов 1 , отчисла импульсов лазерной атомизациии, выраженная формулой 1 = У в 1, = п 11 Р, =1Связь между величиной аналитичесигнала 1, и значением концентропределяемого элемента С для каждогоодиночного акта лазерной атомизациивещества выражается в виде 1; = а . р. С, (2) где а - коэффициент, определяющийусловия регистрации аналитического сигнала;М; - коэффициент, определяющийусловия формирования аналитического сигнала,КоэфФициенты а, и у. принимают1постоянные значения а идля всей серии производимых лазерных импульсов при соблюдении адекватности условий регистраций и формирования аналитического сигнала.Таким образом, при определении содержания элемента в пробе можно записатьь1, = аУСп(3) Это равенство справедливо для любыхзначений С 0 С (1002,Накапливая сигналы как от образца1 хТак И от эТалона (сТандарТа) 1,50до выполнения условия равенствах Ир,) 1, =1; .(4)1 с.1 55 с учетом формулы (3), имеем выражение длярасчета концентрации определяемого элемента при наличии одного эталона При равных прочих условиях анализа пробы и эталона формула (5) приобретает простой вид где и = и в случае С = СТаким оЬразом, анализ сводится к подсчету числа импульсов лазерной атомизации пробы и эталона, необходимых для выполнения условия (4).Точность определения искомой концентрации зависит от степени выполнения равенства (4), т,е. можно за- писать где ь 1 = 1 -1 - разность одиночныхх эаналитических сигналов от образцаи эталона.Высокая точность достигается при а 1 - 0 или при (и+п ) со . Следовательно, точность определения можно задавать числом актов. лазерной атомизации (и+и ), исходя из условий решаемой задачи.Таким образом, с помощью ограниченного числа эталонов или стандартов (достаточно и одного) можно осуществлять лазерный спектральный анализ в широком интервале определяемых концентраций (О ( С ( 100 Х) с,высокой точностью определений, задаваемой числом актов лазерной атомизации.Предлагаемый способ может быть использован в лазерном спектральном анализе с применением импульсных лазерных источников излучения в режиме с модулированной добротностью с наносекундной (и менее) длительностью импульсов при одиночных актах воздействия луча на поверхность анализируемого вещества.П р и м е р 1. При проведении испытаний на стандартных образцах пиритного концентрата ГСО 2248-82 с содержанием элементов, Е: Ре 45,24; Со 0,1224; Нх 0,0628; Сп 0,0286,при использовании в качестве атомизатора импульсов лазерного излучения с энергией 1 Дж и длительностью20 нс,1283628 4что хорошо согласуется с формулой .(1). Суммарные значения интенсивностей аналитических линий компонент образца ГСО 2248-82 и их соотношения при изменении количества импульсов лазерной атомизации вещества приведены в табл, 1. Таблица 1 Зависимость интенсивности аналитических линий компонентстандартного образца состава пиритного концентрата ГСО2248-82 от числа импульсов лазерной атомизации вещества лемент Содержание, Ж ина волн 1 нтенсивность ли Отношени Интенсив ность ли ний при 120 импульсах,Отношение числа имналитичесой линии,нм нтенсиностей нии при60 импульсов сах, усл.единицы еди ницы 1,58 2 2,05 е 1224 345 99,0 и 0,0 27,39 01 2,0 осуществить спектральныи высокой точностью и уменьо эталонов (стандартов),для градуирования сигпозволяеанализ сшить числнеобходимыхнала,ошения чи сивности линии от 45 установлена закономерность прямопропорционального изменения интенсивности аналитических линий от числа актов лазерней атомизации вещества, т,е. получено гРезультаты измерений свидетельствуют о достаточно четкой зависимости увеличения интенсивности аналитического сигнала от числа актов лазерной атомизации вещества.Для всех компонент, входящих в состав испытуемого .образца и варьирующихся в широком диапазоне концентраций (0,0286-45,24), относительное отклонение значения отношений интенлазерных импульсов составляет не более 3,53.Использование прямо пропорционального усиления полезного сигнала при увеличении числа лазерных наносекундных импульсов воздействия на мишень П р и м е р 2При испытании контрольных образцов с аттестованным содержанием определяемых компонент получены экспериментальные значения концентрации элементов при использовании в качестве эталона бдного стандартного образца. Результаты определения содержаний элементов в контрольных образцах минерала пирита и пиритного концентрата "Уголек" приведены в табл. 2,1283628 Т а б л и ц а 2 Элемент Содержание элементов в образце, 3 ОтносительноеотклоЧисло актов лазерной атомизации Содержание элеДлина волны ментов в аналитической эталона пробы аттеста ционное экспериментальное60 120 27 0,279 120 79 0,095249 0,0303 120 0,0628 0,0286 120 327,396 11 0,312 36 0,095 120 0,0286 120 116 0,0296 175 0,0098 0,0286 0,0286 1,3 60 Таблица 3 Элемент Лазернозлектроразрядныйспособ АттестованноезначеПредла гаемый способ ние Как следует из приведенных данных, расхождение экспериментально полученных и аттестованных значений содержания элементов в контрольных образцах незначительно, причем величина относительного отклонения уменьшается до 1-2 Е при увеличении числа актов лазерной атомизации. При этом многократное воздействие наносекундных импульсов лазерного излучения на образец, ведущее к повышению точности аналитических определений за счет усреднения значений аналитического сигнала, т.е. за счет более правильного дозирования вещества, не требует увеличения количества вещеСодержание в образце, 7 Ре 45,6 46,0Со 0 100 0 097 0 115 0100 0,030 0,0100 0,300 0,100 0,0300 0,300 О, 100 0,0300 0,0100ства для проведения анализа по сравнению с лазерно-электроразряднымспособом, где испарение вещества,как правило, осуществляется миллисекундными лазерными импульсами,при которых отмечается значительноеразрушение образца по глубине. П р и м е р 3. В табл. 3 приведены сравнительные результаты определений содержания элементов в контрольных образцах пиритного концентрата (Уголек) предлагаемым и лазерно-электроразрядным способами при одинаковом расходе вещества 2 ф 10 г. Относительное отклонениезначений концентраций отаттестованного, Ж Предлагаемый Лазерно-электспособ рораэрядныйспособ1283628 Продолжение табл,3 Элемент Содержание в образце, 7 Относительное отклонениезначении концентраций отаттестованного, 7 Предла гаемый способ АттестованноезначеЛазерноэлектроразрядныйспособ ние 0,029 0,036 0,030 3,3 20 0,0100 0,0102 0,0080 17 Х 1, 0,30 0,1000,095 0,1090,0340 0,0300 0,0296 1,3 13 0,0100 0,0098 0,0088 12 1Формула изобретенин Способ спектрального анализатвердых образцов, заключающийся виспарении йробы и возбуждении атомов облучением образцов импульснымлазерным излучением наносекунднойдлительности, выделении аналитччес ких линий оцределяе ы элементовспектральным прибЬром и регистрациисуммарного, усредненного сигнала примногократном лазерном испарении вещества, о т л и ч а ю щ и й с я 40тем, что, с целью повьппения точностии производительности анализа и расширения интервалов определяемыхконцентраций, облучают стандартныйобразец и пробу до получения одинаковых суммарных величин сигналов отобоих образцов,а содержание элементовв пробе определяют по отношению числа.импульсов атомизации стандартного 50образца к числу импульсов атомизациианализируемой пробы, соответствующиходинаковым суммарным величинам аналитических сигналов, умноженных на концентрацию элемента в стандартном образце. ВНИИПИ Заказ 7431/41Тираж 776 Подписное Произв,-полигр. пр-тие, г, Ужгородул. Проектная, 4 Из сравнения полученных результатов значений концентраций элементов, входящих в состав контрольного образца, с их аттестованными значениями следует, что точность анализа предлагаемого способа значительно превосходит точность анализа известного, требующего большого числа не менее трех) эталонов,По сравнению с известными способами спектрального анализа сложных природных объектов предлагаемый позволяет повысить производительность анализа в 3-5 раз, так как в известных способах доминирующая часть времени уходит на градуирование аналитического сигнала и подготовку необходимых эталонбв. По чувствительности описываемый способ не уступает количественному эмиссионному спектральному анализу, а по точности несколько превосходит его. Предлагаемый Лазерно-электспособ роразрядныйспособ