Спектральный способ определения концентрации веществ

 

СПЕКТРАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРА1ЩИ ВЕЩЕСТВ, включающий возбуждение источника излучения импульсами тока, изменяющимися по амплитуде, измерение коэффициента поглощения анализируемого вещества при различной ширине линий резонансного излучения, отличающи йс я тем, что, с целью повышения точности анализа при определении оптической плотности аналитической ячейки , резонансное излучение возбуждают суперпозицией прямоугольных импульсов тока и затухающих гармонических колебаний, a измерения проводят в первом полупериоде и по окончании процесса , соблюдая условие . ° гдеТу,((, - длительность прямоугольных импульсовf Тздт - период затухания гармонических колебанийj Лг - частота гармонических колебаний причем ij.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

099 (И) гдеТима, причем

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИН (21) 3614550/24-25 (22) 30.06.83 (46) 07.01.85. Бюл. ¹ 1 (72) С. В, Баранов, Т.В. Гассанова, Б.Д.Грачев и Е.И.Рукин (71) Всесоюзный научно"исследовательский н конструкторский институт

Цветметавтоматика" (53) 543.42(088.8) (56) 1. Львов Б.В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ.М., "Наука", 1966 с. 72-78.

2. Авторское свидетельство СССР № 711441, кл. С 01 N 21/72, 1978 (прототип) . (54) (57) СПЕКТРАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВ, включающий возбуждение источника излучения импульсами тока, изменяющимися по амплитуде, измерение коэффициента . поглощения анализируемого вещества

4(51) G 01 N 21/72; G 01 J 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

1 Т мп Трат+ 1Тимп 50 мве

2 r длительность прямругольных g импульсов g период затухания гармонических колебаний частота гармонических колебаний (5-10)

1нмп

1 11335

Изобретение отноеится к технике аналитического контроля веществ и может найти применение для определения концентрации атомов в различных веществах. 5

Известен способ определения концентрации атомов в веществе f1) .

Недостатком этого способа являет-. ся невозможность обеспечения эффективного учета неселективных по- 10 мех.

Известен спектральный способ определения концентрации веществ, включающий изменение ширины линии источника излучения за счет его возбужде- 15 с ния импульсами тока, изменяющимися по амплитуде, измерение коэффициента поглощения анализируемого вещества при различной ширине линий j2) .

Изменение ширины контура линии 2р излучения осуществляется за счет питания спектральной лампыпрямоугольными импульсами тока с различной амплитудой и длительностью. Измерения проводятся на паре импульсов при ус- 25 ловии равенства интегральных интенсивностей излучения. Необходимость реализации различных коэффициентов атомного поглощения (2-10 раз) при выбранном способе возбуждения излучения приводит к тому, что амплитуды импульсов тока и, как следствие, интенсивностей излучения существенно отличаются друг от друга. В этом случае при равенстве интегральных интенсивностей длительности имнуль- сов будут отличаться в 10-100 раз.

Иоследнее приводит к уменьшению частоты следования импульсов при сохранении номинального среднего тока через лампу (условие долговечности), и как следствие - к увеличению длительности измерений. Измерение опти- . ческих.плотностей за существенно различные интервалы времени снижает 4 точность учета спектральных помех, особенно при нестационарном процессе атомизации — непламенной атомизации, так как в этом случае непрерывно изменяется не только уровеньнеселективного поглощения, но и величина атомного поглощения.

Целью изобретения является повышение точности анализа при определении оптической плотности аналити- Ы ческой ячейки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения

12 концентрации 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 условие щ - о > ими Оскс г где д — длительность прямоугольного импульса, т — период затухания гармонических колебаний; — частота гармонических колебаний; r (5-10) иМи В 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 измере.ние. Таким образом, эа время действия одного импульса возбуждения проводятся два измерения. максимально п щ

3 11335 ближенные друг к другу и при благо» приятных соотношениях сигнал,шум, что

/ позволяет повысить точность учета неселективных помех.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 — эпюры сигналов.

Блок-схема состоит иэ спектральной Лампы 1, атомизатора 2, монохро- 10 матора 3 и последовательно соединенных фотоэлектронного умножителя 4, измерительного устройства 5, регистратора 6, при этом управляющий вход устройства 5 соединен с выходом формирователя 7 импульсов и через усилитель 8 мощности — со спектральной лампой 1, а вход формирователя 7 подключен к импульсному генератору

9 и к генератору 10 затухающих коле- 20 баний, выход которого соединен с усилителем 8 мощности.

Устройство работает следующнм образом, Импульсный генератор вырабатывает 2 импульсное напряжение (фиг.2, эпюра

11) с частотой f - . Устройство

Т

7 формирует импульсы (фиг.2, эпюра

12) с амплитудой (О и длительностью

Т Управляемыйимпульсным генератором З0 ими °

9 „.генератор 10 формирует последовательность затухающих гармонических колеба- ний g (фиг. 2, эпюра 13) с частотой 1 "- у ( и временем затухания т . Сигналы

° 3$ с устройств 7 и 10 суммируются (фиг.2, эпюра 14) на входе усилителя

8 мощности и подаются на спектральную лампу 1. Излучение спектральной лампы 1 (фиг. 2, эпюра 15), повторя40 ющее форму тока (с некоторым изменением амплитудных соотношений), проходит через аналитическую зону атомизатора 2 и поступает на вход монохроматора 3. Сигнал с фотоэлектронного умножителя 4, установленного на выходной щели монохроматора, поступает на вход измерительного устройства 5., Последнее при помощи сигналов син- 50 хронизации (фиг.2, эпюра 16) проводит измерение поглощательных способностей в первом полупериоде затухающих гармонических колебаний (фиг.2, эпюра 15, 4 -(, ) и по окон- И чании процесса затухания (фиг.2, эпюра 15,4 -4 ), т.е. в те интервалы времени, когда коэффициенты атомного

12 4 поглощения отличаются наиболее существенно (фиг.2, зависимость 17, О-11, г - ) . Затем 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 to- 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 1 о - 1 )

2f и по окончании процесса затухания

sa время Т . При равенстве длительности измерений Т =Т (фиг.2, l7, 4 -1,; Ф,г-tg) длительность импульса

° 0 17 должна бытьТум„» +72 илиТ î> эаС Я

+

gHRHssoH измененМ 1ат,l имь 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 величинами„„„должна быть менее 50 мкс.

1133512

Для обеспечения минимального уширения линии за время первого измерения (41 -4 „ фиг.2) «lf выбирается в 5-10 раз меньшей Т „

П р и м е-р . Использовался опытный образец атомно-абсорбционного анализатора "Спектр-5" с атомизацией в пламени пропан-воздух. Измерения проводились на линии.меди (324,8 нм) 10 при напряжении на ФЭУ 0<я =400 В, входной ширине щели монохроматора

3 =0,25 мм и выходной ширине щели 1е, =0,5 мм. Амплитуда гармонического колебания в первом полупериоде Ц составляла 300 мА, амплитуда основного импульса тока (фиг.2, эпюра 12)

1 100 мА. Частота следования импульсов тока — 80 Гц, Eq =50 кГц. Время измерениями<- 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 атомномуЫ М =100.

Фоновое поглощение возникло за счет присутствия в анализируемом растворе солей лантана (2X La).

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 процесс.

Использование предлагаемого способа в атомно-абсорбционной аппаратуре позволит получить эффект от внедрения около 40 экономического эффекта от внедрения анализатора

"Спектр 4А-1".

1133512

ti tr tt ts

Составитель О.Матвеев

Редактор А.Шишкина Техред А.Кикемезей

Корректор Л.Пилипенко

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Узтород, ул. Проектная, 4

Заказ 9943/36 Тирам 898

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5