Способ атомизации пробы в атомно-флуоресцентном анализе и устройстводля его осуществления

ОПИСАНИЕ вов 869ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 31.05,79 (21) 2773771/18-25с присоединением заявки РЙ(5 )М, Кл. 5 01 3 3/42 3 ЬеударстовяяыИ комятвт СССР ао лелем язооретвяяя в отярытяя72) Авторы изобретен Сибирский технологический институт МВ ССОи Красноярский филиал Всесоюзного научно-иинститута строительных материалов и консгруим. П. П, Будникова МПСП СССР 1) Заявители(54) СПОСОБ АТОМИЗАЦИИ ПРОБЫ В АТОМНО- ФЛУОРЕСЦЕНТНОМ АНАЛИЗЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ю- ф Изобретение относится к аналитической химии, а именно к разделу определения содержания элементов методами атомной спектроскопии.Известны способы атомизации пробь в атомно-флуоресцентном анализе, закл чаюшиеся в том, что пробу анализируемого вуцества в виде раствора, взвеси в соответствующем растворителе или в виде порошка вводят в пламя горелки или в обсвреваемую полость непламенного1 О атомизатора, где под действием высокой температуры происходит термическое разложенйе анализируемого вещества с образованием свободных атомов, флуоресцен 11 цию которых далее возбуждают и измеряют 111.Все известные способы атомизации пробы для атомно-флуоресцентного (а также и для атомно-абсорбционного) анализа обладают общими недостатками.Введение пробы в атомизатор в виде раствора, взвеси в растворителе или в виде порошка связано с агрегацией частиц,Укрупнившиеся частицы вещества эа времяпребывания в пламени или в горячей зоненепламенного атомиэатора не успеваютпрогреться до температуры полной атомизации, вследствие чего атомиэация проходит лишь в незначительной степени, чтоприводит к резкому снижению чувствительности н точности определения. Проба, введенная в атомизатор в виде раствора, взвеси в растворителе или порошка, взаимодействует с материалом горелки или кюветы непламенного атомизатора, образуянастилы и натеки, что ведет к потерямопределяемого элемента, снижает чувствительность и точность определения, нару-шает нормальную работу аппаратуры. Кроме того, при атомизации легко испаряющихся соединений анализируемое веществоиспаряется и уходит из горячей зоны атомиэатора до достижения температуры атомизации, что приводит к резкому снижениючувствительности и точности определения,Определение элементов, образующих при нагревании в атомиэаторе нелетучие кабнды, окислы, или другие тугоплавкие нелетучие соединения, не разлагающиеся доатомов при термическом воздействии, проводить невозможно,Наиболее близки к предлагаемому способ атомизации пробы в атомно-флуоресцентном анализе путем нагревания и подачи паров анализируемого вещества вреактор-смеситель потоком итертного газа, и устройство, содержащее испарительанализируемого вещества, нагревательинертного газа, реактор-смеситель и измерительную камеру 121.Недостатками предложенного способаявляется недостаточная точность и чувствительность, что вызвано следующимипричинами,Действием горячего инертного газа ватомарное состояние можно перевеститолько соединения с температурами атомизации, не превышающими 2000 С приболее высоких температурах известныеконструкционные материалы становятсягазопроницаемыми, в результате этогоинертный газ, диффундируя сквозь стенкиаппаратуры, уносит с собой часть атомовопределяемого элемента, Невозможно определение тугоплавких элементов, образующих устойчивые при высокой температуре, не атомиэируемые термическим воздействием соединения, Кроме того, требующаяся для атомизации. соединенийряда элементов высокая температура п 1 репятствует применению простых бездисперсионных систем регистрации атомнойфлуоресценции и существенно удорожаетприборы,Цель изобретения - повышение чувствительности и гочности анализа и измеренийй.Указанная цель достигается тем, чтов реактор-смеситель одновременно синертным газом подают поток водорода,нагретого до температуры на 200-500 Сопревышающей температуру начала взаимодействия паров анализируемого вешества с водородом, что осуществляется спомошью устройства, в которое дополнительно введен индукционный нагревательдля водорода, выполненный в виде вольфрамовой трубки с внутренними перегородками, нагреваемую током высокой частоты, соединенный с реактором-смесителем,При проведении реакции водородноговосстановления в газовой фазе, в потокесмеси горячего водорода с инертным газом при малом порциальном давлениипаров соединения определяемого элемен-, 4та, восстановленный элемент получается на первой стадии в виде отдельных свободных атомов, т,е. в виде атомного пара, За время, необходимое для прохождения продуктов реакции через измерительную кювету, атомы не успевают соединиться друг с другом и образовать частицы, не дающие сигнала атомной флуоресцен- . ции. Температура такого атомного параможет быть существенно ниже темпера 10 туры кипения и даже температуры плавления определяемого элемента. Получается так называемый холодный,пар - метастабильное состояние вешества, близкоепо характеристикам к состоянию пересыщенного пара,При этом, концентрация атомов в газовой фазе во много раз превосходит их равновесную концентрацию для данной температуры. Благодаря этому явлению обеспе -чивается высокая чувствительность определения,15 20 Ряд элементов, образующих устойчивые, не атомизируемые термическим воздействием соединения, легко и быстро восстанавливаются водородом до свобод 25 Температура водорода, используемого для восстановления, определяется параметрами реакции между водородом и соединением определяемого элемента. Для того, чтобы реакция шла с достаточной скоростью, необходимо, чтобы температура водорода была выше температуры на чала реакции. В то же время, чрезмерное повышение температуры водорода ухудшает условия определения, так как4возрастает интенсивность фонового теплового излучения, Опыт показал, что 50 55 ного состояния, Предлагаемый способатомизации обеспечивает воэможность ихопределения, методом атомно-флуоресцентной спектроскопии (например, осмия,рения, вольфрама).Образуемые этими элементами соединения устойчивы, не атомизируются действием обычно применяемых в атомнофлуоресцентном анализе температур, Продуктом разложения соединений являютсяметаллы с исключительно высокими темопературами кипения (выше 6000 С), итермическим воздействием перевести этиэлементы в атомный пар не удается.40Восстановление соединений этих элеменотов в газовой фазе действием водородапозволяет получить холодный атомныйпар, концентрация свободных атомов вкотором достаточна для точного и чувствительного атомно-флуоресцентного определения этих элементов.тине по предлагаемому способу, навеску аффинированной порошкообраэной платины (100 мг) смешивают с трехкратным количеством безводного вксмутата натрия, полученную смесь помещают в лодочку иэ двуокиси циркония и устанавлквают лодочку в испаритель устройства для атомизации. Со скоростью 50 С/с нагревают исОпаритель до 500 С, подавая в испаритель гелий, нагретый до тай же температуры. Одновременно в реактор-смесктель устроЯ- ства подают водород с температурой 900 С, Скорость подачи гелия 150 мл/.о/мин, скорость подачи водорода 400 мл/, /мин, При нагревании с висмутом натрия содержащийся в платине осмий превращается в летучую четырехокись осмия, которая вместе с гелием поступает в реактор-смеситель. В реакторе происходит реакция восстановления четырехокиси осмиядо металлического осмин, холодный паросмкя вместе с другими продуктами реакции поступает в измерительную кювету, где производят возбуждение и измерение атомной флуоресценции, Устройстводля атомизации устанавливают вместоблока атомизации. Источником возбуждающего излучения служит лампа с охлаждаемым полым катодом, приемником излучения - солнечно-слепой фотоумножительР. Аналитическим,сигналом является интегральная интенсивность флуоресценции,определяемая как плошадь под кривойсила фототока - времяна диаграммерегистрирующего устройства. Калибрование установки проводят по образцам аффинированной платины с известным содержанием осмия,Параллельно образцы анализируемойаффинированной платины исследуют на содержание осмия методом нейтронного активационного анализа, путем облученкя45. образца в атомном реакторе Норильскогогорнометаллургического комбината с последующим измерением наведенной радиоактивности. Этот способ, благодаря еговысокой чувствительности и надежности,берут. для сравнительной оценки получаемых результатов,Полученные результаты представленыв таблице,5 808869температура водороца, на 200-500 Спревышает температуру начала реакциивосстановления, обеспечивает достаточнуюскорость реакции при невысоком уровнефонового излучения; максимальная температура .водорода 1700 С.оВведение соединения определяемогоэлемента в реактор с помощью инертного газа предотвращает возможность мгновенного (взрывного) взаимодействия меж Оду этим соединением и водородом, способствует образованию и увеличению временижизни холодного атомного пара определяемого элемента.На чертеже изображено устройство для 1осушествления предлагаемого способа.Анализируемое вешество в лодочке 1помешают в испаритель, представляющийсобой трубку 2 из огнеупорной керамики,снабженную нагревательной обмоткой 3, 2 йИнертный газ, используемый для транспорта паров анализируемого вещества,нагревают до температуры испаренияанализируемого вещества в нагревателе,представляющем собой трубку 4 из двуокиси циркония, внутри которой уложенавольфрамовая спираль 5, нагреваемаяэлектрическим током, Водород нагреваютдо требуемой температуры в индукционном нагревателе 6, представляющем со.бой вольфрамовую трубку с внутреннимиперегородками, нагреваемую током высокой частоты. Инертный газ, содержащийпары определяемого вешества, и горячий;водород подают в реактор-смеситель 7,3представляющий собой инжекционный смеситель из тугоплавкого, не взаимодействующего с водородом материала. Продукты реакции из реактора-смесителя идут визмерительную кювету 8, где производят возбуждение и измерение атомнойфлуоресценции. Нагреватели и реакторсмесктель установлены в кожухе 9, заполненном аргоном под избыточным давлением 50-200 Па,Выбор вольфрама в качестве материа-.,ла для нагревателей обусловлен тем, чтоводоррд не растворяется в вольфраме до1700 С, т,е. диффузия водорода отсутстовует. Кроме того, металлический вольфрампри температурах до 3000 С имеет оченьнизкое давление пара.П р и м е р . Для определения юикропрнмеси осмия в аффинированной пла -(1,6 + 03) (7,5 + 0,8) (4,5 + 0,6) (1,3 + 0,2) (2,2 + 0,5) 1 2 3 4 5 Затрата временина 1 анализ 25 мин 96 час 1газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения чувствительности иточности анализа, в реактор-смесительодновременно с инертным газом подаютпоток водорода, нагретого до температу 2 Оры на 200-500 С превышающей темпе 6ратуру начала взаимодействия паров анализируемого вещества с водородом,2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее испаритель ана 25лизируемого вещества, нагреватель инертного газа, реактор-смеситель и измерительную камеру, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений в него дополнительно введен индукционный нагревательдля водорода, выполненный в виде вольфрамовой трубки с внутренними перегородками, нагреваемой током высокой частоты, соединенный с реактором-смеси 35 телем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, ЖАХ 1977 т, 32, Мо 3,с, 596-621.40 2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Иц 2621568/25, кл,0013 3/4216.11.78 (прототип),. Предлагаемый способ превосходит способ нейтронного активационного анализа по точности и скорости определения,Обеспечивается возможность атомно- флуоресцентного определения элементов, которые ранее этим методом анализа определять было нельзя, в частности, осмия и рения, все известные способы определения микроколичеств которых, связаны с очень большими трудностями.Предлагаемый способ может быть использован в металлургическом анализе, в геохимических исследовациях, в анализе особо чистых веществ, в анализе объектов окружающей среды.Предлагаемый способ газофазной атомизации с водородным восстановлением может быть использован приразработке простых бездисперсионных приборов для атомно-флуоресцентного анализа. Формула изобретения 1. Способ атомизации пробы в атомно- флуоресцентном анализе путем нагревания и подачи паров анализируемого вещества в реактор-смеситель потоком инертного Найдено осмия, Ъ способомнейтронного активационногоанализа808860 Н Составитель Е.Редактор Е. Спиридонова Техред А.СавкаЮ ВаааеаЮ ВВ ИВ 4 аавЕ ЮейВеейВа Тираж 918 нова Карре одпв влиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проекты каэ 397/43 ВНИИПИ Госу по дедам вз 113035, Москварственного комвтета СССРретенвй в открытий Ж 35, Раушская наб., д. 4/