SU1332203A1 - Method of spectral analysis - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области атомного эмиссионного, абсорбционного , флуоресцентного и лазерного спектрального анализа трудноатомизируемых элементов. Целью  вл етс  повышение чувствительности и точности анализа трудноатомизируемых элементов. В плам  дополнительно ввод т легкоионизирующуюс  добавку и пропускают электрический ток вдоль фронта распространени  пламени. 1 ил., 2 табл.The invention relates to the field of atomic emission, absorption, fluorescence and laser spectral analysis of hard-to-atom elements. The goal is to increase the sensitivity and accuracy of the analysis of elements that are difficult to atomize. An addition of an easily ionizing additive is introduced into the flame and an electric current is passed along the flame propagation front. 1 dw., 2 tab.

Description

Изобретение относитс  к области атомного эмиссионного, абсорбционного флуоресцетного и лазерного спектрального анализа и может найти применение дл  анализа трудноатомизируемых элементов .The invention relates to the field of atomic emission, absorption fluorescence and laser spectral analysis and can be used for the analysis of hard-to-atom elements.

Целью изобретени   вл етс  повьпие- ние чувствительности и точности анализа трудноатомизируемых элементов.The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of the analysis of elements that are difficult to atomize.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.The drawing shows a device that implements the proposed method.

Устройство содержит распьшитель 1, горелку 2, катод 3, анод 4, образующие зоны разр да 5-7, источник 8 питани .The device contains a torch 1, a torch 2, a cathode 3, an anode 4, forming zones of discharge 5-7, a power source 8.

Проба распыл етс  распьшителем 1 и аэрозоль в смеси с горючими газами вводитс  в горелку 2 и плам . На плам  воздействуют электрическим током, дл  чего в плам  ввод т электроды (катод 3 и анод А, которые подсоединены к источнику 8 питани ). Допол- нительно в плам  ввод т добавки легкоионизующего элемента в следующей концентрации, ат/см :The sample is sprayed by the spreader 1 and the aerosol mixed with combustible gases is injected into the burner 2 and the flame. The flame is subjected to electric current, for which electrodes are introduced into the flame (cathode 3 and anode A, which are connected to power supply 8). In addition, additives of an easily ionizing element are introduced into the flame in the following concentration, at / cm:

1S1S

(10 -10 ).;;  (10 -10). ;;

VV

:;.:;

100100

(1)(one)

Это можно осуществить путем добав ки легкоионйзующегос  элемента в исследуемый раствор до концентрации 5-50 мг/мл,. а также при использовании дополнительного распылител  дл  элемента-добавки или распылении раствора легкоионизующегос  элемента непосредственно ,в плам . После этого включают источник питани  и пропускают через плам  электрический ток в направлении фронта распространени  пламени, подвод  к пламени напр жение 100-400 В. Сила электрического тока составл ет 5-20 А.This can be done by adding an easily ionized element to the test solution to a concentration of 5-50 mg / ml. and also when using an additional spray for the additive element or spraying the solution of the easily ionizing element directly into the flame. After that, the power supply is turned on and an electric current is passed through the flame in the direction of the flame propagation front; a voltage of 100-400 V is applied to the flame. The electric current is 5-20 A.

В случае осуществлени  в пламени дугового электрического разр да рассто ние между электродами составл ет 3-10 мм, при этом разр д поддерживаетс  за счет термоэлектронной эмиссии с раскаленного катода. При больших рассто ни х между электродами дуговой разр д гаснет и не может быть осуществлен . In the case of an electric arc discharge in a flame, the distance between the electrodes is 3-10 mm, while the discharge is maintained due to the thermionic emission from the hot cathode. At large distances between the electrodes, the arc discharge goes out and cannot be performed.

Введение легкоионизующейс  добавки позвол ет осуществить новый тип разр да при больших рассто ни х между электродами. При малых рассто ни х между электродами 3-10 мм также наблюдаетс , чисто дуговой разр д, но при увеличении рассто ни  между элект The introduction of an easily ionized additive allows a new type of discharge to be carried out at large distances between the electrodes. At small distances between the electrodes of 3-10 mm, a purely arc discharge is also observed, but with an increase in the distance between the electrodes

5five

5 five

родами - три зоны разр да. Между катодом и вьплележащими зонами пламени возникает дуговой разр д диаметром 3-5 мм, определ емый термоэлектронной эмиссией с катода (зона 5). Зона 5 разр да выт нута вдоль фронта распространени  пламени вследствие потока газов пламени. Температура и другие характеристики этой зоны разр да идентичны параметрам обычного дугового , разр да (Т. 5000-7000 К). Выше этой зоны дугового разр да по вл етс  зона спокойного разр да, аналогичного известному тлеющему разр ду в инертных газах (зона 7). По вление подобного разр да обусловлено ионизацией элемента-добавки в вышележащих над дуговым разр дом зонах 7 пламени на высотах более 3-5 мм. Зона 7 разр да расшир етс  за счет диффузии в виде воронки над зоной 5 разр да и на высоте 25 мм и выше захватывает весь объем цилиндрического 5 пламени диаметром 20 мм. Длина зоны спокойн,ого разр да зависит от концентрации и типа легкоионйзующегос  . элемента-добавки используемого пламени и характеристик разр да (табл.1). Температура зоны 7 разр да несколько ниже температуры зоны 5 и составл ет 4000-6000 К. Вблизи анода (в зоне 6) за счет ускорени  электронов в электрическом поле и бомбардировки анода электронами возникает дуговой разр д диаметром 3 мм, аналогичный известному типу дугового разр да.childbirth - three zones of discharge. An arc discharge with a diameter of 3-5 mm, defined by thermionic emission from the cathode (zone 5), arises between the cathode and the bursting zones of the flame. Zone 5 is stretched along the flame propagation front due to the flow of flame gases. The temperature and other characteristics of this discharge zone are identical to the parameters of a conventional arc discharge (T. 5000–7000 K). A zone of quiet discharge, similar to the well-known glow discharge in inert gases (zone 7), appears above this arc discharge zone. The occurrence of such a discharge is due to the ionization of the additive element in the flame zones 7 overlying the arc discharge at heights greater than 3-5 mm. Zone 7 of the discharge expands due to diffusion in the form of a funnel above the zone of 5 bits and at a height of 25 mm and above captures the entire volume of a cylindrical 5 flame with a diameter of 20 mm. The length of the zone of the quiet discharge depends on the concentration and type of easily ionizing. the additive element of the flame used and the discharge characteristics (Table 1). The temperature of zone 7 is slightly lower than the temperature of zone 5 and is 4000-6000 K. An arc discharge with a diameter of 3 mm, similar to the known type of arc discharge, occurs near the anode (in zone 6) by electrons bombarding the anode with electrons. .

00

00

В способе реализуетс  новый тип сильноточного пламенно-плазменного разр да в газах пламени в присутствии егкоионизующейс  добавки. Аналитической зоной предлагаемого пламенно- плазменного разр да  вл етс  зона 7 разр  да между дуговыми разр дами на катоде и аноде. При стабильном разр де падение напр жени  в этой зоне составл ет менее 1/3 приложенного к электродам напр жени , а на катоде и аноде падение напр жени  составл ет более 1/3 приложенного потенциала, соответственно. Зона 7 тлеющего разр да  вл етс  наиболее стабильной зоной предлагаемого разр да и ее анаитические ,характеристики мало завис т от эффектов блуждани  дуговогоThe method implements a new type of high-current flame-plasma discharge in flame gases in the presence of an ego-ionizing additive. The analytical zone of the proposed plasma-plasma discharge is the 7-zone zone between the arc discharges at the cathode and the anode. With a stable discharge, the voltage drop in this zone is less than 1/3 of the voltage applied to the electrodes, and at the cathode and anode the voltage drop is more than 1/3 of the applied potential, respectively. The glow discharge zone 7 is the most stable area of the proposed discharge and its anaitic characteristics depend little on the effects of the wandering arc.

разр да на катоде и аноде, в этой зоне гораздо меньше фоновое излучение самого разр да, а услови  возбуждени  элементов приближаютс  кthe discharge on the cathode and the anode, in this zone the background radiation of the discharge itself is much less, and the excitation conditions of the elements approach

услови м возбуждени  в тлеюп1;ем разр де . Все это 13 сочетании с высокой температурой аналитической зоны предлагаемого пламенно-плазменного разр да позвол ет повысить чувствительность и точность анализа труцноатоми- зируемых элементов.conditions of excitation in Tleupp; All of this, 13 combined with the high temperature of the analytical zone of the proposed plasma-plasma discharge, makes it possible to increase the sensitivity and accuracy of the analysis of the atomized elements.

В устройстве катод 3 расположен у основани  горелки, а анод 4 - выше катода по оси горелки. Такое расположение катоди и анода обеспечивает совпадение направлени  пропускаемого через плам  тока с потоком газов пламени и стабилизацию разр да. Рассто ние между катодом и анодом составл ет 10-100 мм. Минимальное рассто ние определ етс  возможностью осуществлени  предлагаемого нового типа разр да , а максимальное рассто ние св зано с практическими соображени ми при атомно-абсорбционном анализе элементов в пламени. Дл  снижени  вли ни  эффекта блуждани  дугового разр да на катоде и аноде электроды установлены под углом не более 90 по отношению к оси горелки.In the device, the cathode 3 is located at the base of the burner, and the anode 4 is above the cathode along the axis of the burner. This arrangement of the cathode and the anode ensures that the current flow through the flame coincides with the gas flow of the flame and the discharge is stabilized. The distance between the cathode and the anode is 10-100 mm. The minimum distance is determined by the feasibility of the proposed new type of discharge, and the maximum distance is associated with practical considerations in the atomic absorption analysis of elements in a flame. To reduce the effect of the arc stray effect on the cathode and anode, the electrodes are set at an angle of no more than 90 with respect to the axis of the burner.

Пример . Используют эмиссионный и атомно-абсорбционный спектрофотометр с концентрическим распылителем , камерой распылител  и пламенем воздух-ацетилен. В пламени устанавливают электроды из спектрального графита: катод над горелкой и анод на рассто нии 20-60 мм над катодом. К электродам подсоедин ют стабилизированный агрегат электропитани  посто нного тока. (250 В,15 А). В плам  распыл ют растворы, содержащие легкоионизующийс  элемент калий и трудно- атомизируемые элементы (алюминий и ванадий). Изучают услови  получени  предлагаемого пламенно-плазменного разр да в пламени и эмиссионные спектры определ емых элементов.An example. An emission and atomic absorption spectrophotometer with a concentric nebulizer, a nebulizer chamber and an air-acetylene flame are used. Electrodes of spectral graphite are installed in the flame: the cathode above the burner and the anode at a distance of 20-60 mm above the cathode. A stabilized DC power supply unit is connected to the electrodes. (250 V, 15 A). Solutions containing an easily ionizable potassium element and elements that are difficult to atomize (aluminum and vanadium) are sprayed into the flame. The conditions for obtaining the proposed flame plasma discharge in the flame and the emission spectra of the elements being determined are studied.

В табл. 1 даны услови  получени  стабильного пламенно-плазменного разр да с пламенем воздух-ацетилен, калием в качестве легкоионизующегос  элемента и агрегатом питани .In tab. Table 1 gives the conditions for obtaining a stable flame discharge with an air-acetylene flame, potassium as an easily ionizing element, and a power unit.

Данные табл. 1 показывают, что дл  получени  стабильного пламенно- плазменного разр да необходима соответствующа  концентраци  элемента- добавки, котора  оцениваетс  по выра- жению (1). Пламенно-плазменный разр д может быть реализован и с другими пламенами (пропан-воздух, аце- тилен-закипь азота), при этом измен етс  необходима  концентраци  элеThe data table. 1 show that, in order to obtain a stable plasma-plasma discharge, an appropriate concentration of the additive element is required, which is estimated by expression (1). The flame-plasma discharge can be realized with other flames (propane-air, acetylene-boil nitrogen), while the required concentration of electrolyte is changed.

5five

5five

мента-добавки и результирующа  температура аналитической зоны разр да. В качестве элемента-добавки могут быть применены не только щелочные, но и щелочно-земельные и другие элементы .ment-supplements and the resulting temperature of the analytical discharge zone. As an additive element, not only alkaline, but also alkaline-earth and other elements can be used.

Стабильный пламенно-плазменный разр д получают при установке катода у основани  горелки, а анода - выше катода по оси горелки и питании разр да посто нным током. Обратное расположение электродов приводит к нестабильности разр да. Не имеетс  принципиальных ограничений дл  питани  разр да пульсирующим и переменным током, но здесь снижаетс  стабильность разр да и каждый период необходим поджиг разр да высоковольтной искрой. Температура пламенно-плазменного разр да , котора  оцениваетс  по интенсивности излучени  линий железа, составл ет пор дка 4000-5000°С и выше, т.е. по температуре пламенно-плазменный разр д занимает промежуточное положение между пламенами и высокотемпературными разр дами: ВЧ-плазмой и плазмотронами.A stable flame-plasma discharge is obtained by installing the cathode at the base of the burner and the anode above the cathode along the axis of the burner and powering the discharge with direct current. Reverse arrangement of the electrodes leads to instability of the discharge. There are no fundamental limitations to supplying the discharge with pulsating and alternating current, but here the stability of the discharge decreases and each period requires the ignition of the discharge with a high-voltage spark. The temperature of the flame-plasma discharge, which is estimated from the intensity of the emission of iron lines, is of the order of 4000-5000 ° C and higher, i.e. in terms of temperature, the flame-plasma discharge occupies an intermediate position between the flames and high-temperature discharges: RF plasma and plasma torches.

Изучение аналитических характеристик предлагаемого пламенно-плазменного разр да показало, что стабильность разр да не уступает стабильности пламен и значительно превосходит известные комбинированные пламенно-дуговые источники атомизации. ЭтоThe study of the analytical characteristics of the proposed flame-plasma discharge showed that the stability of the discharge is not inferior to the stability of the flames and significantly exceeds the known combined flame-arc sources of atomization. it

5 позвол ет повысить точность измерений, трудноатомизируемых элементов и снизить Пределы обнаружени . Коэффициент флуктуации и погрешность измерени  с предлагаемым пламенно-плазменным -разр дом составл ет 0,01-0,03 по сравнению с 0,10-0,3 дл  известного. Высока  стабильность и температура пламенно-плазменного разр да дают возможность повысить чувствительность5 makes it possible to increase the accuracy of measurements of elements that are difficult to atomize and to reduce the detection limits. The fluctuation coefficient and measurement error with the proposed flame plasma discharge is 0.01-0.03 compared with 0.10-0.3 for the known. High stability and temperature of the flame plasma discharge make it possible to increase the sensitivity

5 измерений.5 measurements.

В табл. 2 показаны пределы обнаружени  элементов с различными атоми- зирующими устройствами.In tab. Figure 2 shows the detection limits of elements with different atomizing devices.

Данные табл. 2 показывают, что чувствительность измерений дл  предлагаемого способа на пор док выше, чем дл  высокотемпературных пламен и не уступает высокочастотной индуктивно св занной плазме.The data table. 2 show that the measurement sensitivity for the proposed method is an order of magnitude higher than for high-temperature flames and is not inferior to a high-frequency inductively coupled plasma.

00

00

00

5555

Возможности изобретени  осуществл ютс  наиболее полно, если катод и анод вьшолн ютс  в виде тороидальных колец или другой формы держателей,.The possibilities of the invention are most fully realized if the cathode and the anode are made in the form of toroidal rings or another form of holders.

расположенных вокруг пламени, в которые устанавливаютс  попарно электроды под углом не более 90° к оси горелкиplaced around the flame, in which the electrodes are installed in pairs at an angle of not more than 90 ° to the axis of the burner

Это позвол ет снизить вли ние обго рани  материала катодм и анода приThis reduces the impact of burning of the cathode material and the anode during

работе разр да. В качестве материала контактов катода и анода можно ис- пользовать графит ,стеклоуглерод, пи- рографит, окислы редкоземельных эле- ментов.work discharge As the material of the cathode and anode contacts, graphite, glassy carbon, pyrographite, and oxides of rare-earth elements can be used.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ спектрального анализа, заключающийс  в введении пробы в плам  и воздействии на плам  электрическим током, о тличающийс  тем, .что, с целью повышени  чувстви0 ,1 0,2 0,5 1,0 3,0The method of spectral analysis, which consists in introducing the sample into the flame and exposing the flame to electric current, in order to increase the sensitivity, 1 0.2 0.5 1.0 3.0 6,06.0 12,5 25,012.5 25.0 тельности и точности анализа трудно- атомизируемых элементов, в плам  дополнительно ввод т добавки легкоионизующегос  элемента в концентрацииaccuracy of the analysis of elements that are difficult to atomize, additions of an easily ionizing element in the concentration of п, ( е .p, (e. ат/at / см-cm- где V - потенциал ионизации элеменnoviwhere V is the ionization potential of elements та-дооавки, эВ, Т - температура пламени, К , и пропускают через плам  электрический ток силой 1П-20 А в направлении фронта распространени  пламени с помощью электродов, расположенных по оси пламени, при этом анод расположен над катодом на рассто нии не менее длины аналитической зоны и оба под углом к ней не более 90°. Ta-daw, eV, T is the flame temperature, K, and an electric current of 1P-20 A is passed through the flame in the direction of the flame propagation front using electrodes located along the flame axis, while the anode is located above the cathode at a distance not less than analytical zone and both at an angle to it no more than 90 °. Таблица 1Table 1 НестабиленUnstable Неста- Нестабилен биленNesta-Nestabilen bilen Таблица 2table 2 Зон а 6Zone 6 Зона 5Zone 5 Составитель О.Матвеев Редактор И.Шулла Техред М.Ходанич Корректор Е.РошкоCompiled by O. Matveev Editor I. Shulla Tehred M. Khodanych Proofreader E. Roshko Заказ 3825/39 Тираж 776ПодписноеOrder 3825/39 Circulation 776 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4