Способ атомно-абсорбционного определения элементов в жидких растворах

 

Изобретение позволяет повысить чувствительность атомно-абсорбционного анализа с использованием электротермического атомизатора. Достигается эффект путем отложения сухого остатка пробы по контуру в виде непрерывной или кусочно-непрерывной полосы вокруг наиболее горячей зоны атомизатора . Сушку для получения сухого остатка проводят при градиенте температуры 25-30 град/с. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. КС ел ч| 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU „„1257478

А1

i !i 4 G 01 N 21/74

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 I ) 3846654/24-25 (22) 11.01.85 (46) 15.09.86. Бюл. У 34 (7!) Тамбовский институт химического машиностроения (72) Б.Н. Иванов, B.È. Барсуков и A.À. Емельянов (53) 543.42(088.8) (56) Львов Б.В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. М.: Наука, 1966, .с. 178.

Там же, с. 296. (54) СПОСОБ АТОМНΠ†АБСОРБЦИОННО OII РЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ЖИДКИХ РАСТВОРАХ (57) Изобретение позволяет повысить чувствительность атомно-абсорбционного анализа с использованием электро— термического атомиэатора. Достигается эффект путем отложения сухого остатка пробы по контуру в виде непрерывной или кусочно-непрерывной полосы вокруг наиболее горячей зоны атомизатора. Сушку для получения сухого остатка проводят при градиенте температуры 25-30 град/с. I з.п. ф-лы, I табл.

1 гз

Изобретение относится к спектраль- ному анализу и может быть использова. но при определении элементов в различных материалах, переведенных в раствор или находящихся в жидком со-. стоянии.

Цель изобретения — увеличение чувствительности определения элементов и повышение точности анализа.

Способ осуществляют следующим образом.

Из анализируемого раствора отбирают пробу и дозируют на поверхность атомиэатора, при этом проба занимает определенную его площадь. Затем осуществляют сушку нанесенного раствора. В результате изменения процессов . смачивания и растекания жидкой пробы в момент ее высыхания под действием, например, термокапиллярного эффекта, растворитель, а вместе с ним и растворенное вещество перераспределяются.по поверхности и концентрируются вокруг наиболее горячей зоны, которая обычно у различных атомизаторов является и центральной. В итоге сухой остаток пробы отлагается преимущественно в виде полосы (ленты) и оказывается равномерно распределенным но ее площади с однородной н довольно мелкой структурой осадка. Затем производят быстрый нагрев атомиэатора до температуры атомизации пробы. Однородная и более мелкая структура осадка, распределенная на ограниченной контуром полосы (ленты) по-. верхности атомизатора, обеспечивает быстрое и более полное испарение сухого остатка пробы.

В обычных условиях сушки жидкой пробы на поверхности атомизатора за счет теплового контакта с нагреваемой подложкой происходят медленные нагрев и удаление растворителя. Б таких условиях поверхностный градиент температуры практически отсутствует и вся площадь, занятая пробойр ра зогревается одновременно. Нагревание в большинстве случаев способствует улучшению физического смачивания.Это означает, что при медленном повышении температуры в момент сушки жидкая проба, нанесенная на холодную йоверхность атомиэатора, под действием возникающей движущей силы начинает растекаться, в результате чего площадь, смоченная жидкой пробой,, увели и вается. Одновременно с расте7478

gg 1|ости даже е стационарных условиях

ЗО

40 канием протекают н другие физико-химические процессы, в первую очередь испарение растворителя, т.е. непрерывно изменяются поверхностное натяжение на границе фаз, объем жидкости и состав жидкой фазы. В результате на всей площади, смоченной пробой, образуется сухой осадок с неравномерным распределением по поверхности (и в объеме, если материал атомизатора имеет пористую структуру) и неоднородной структурой в виде сплошного слоя или множества отдельных микрочастиц различных размеров.

При использовании обычных атомизаторов, например трубчатых печей, перепад температур вдоль их поверхотносительно велик. Поскольку измерение поглощения атомами определяемого элемента соответствует моменту атомизации, которому предшествует испарение анализируемого вещеСтва, распределение пробы на стадии атомизации на достаточно протяженном участ ке поверхности атомизатора и различие размеров частиц в условиях значительного градиента температур неизбежно приводят к увеличению длительности процесса испарения всей массы анализируемого вещества и изменению условий испарения. При этом эффективность образования атомного пара уменьшается и, следовательно, снижаются как амплитудная, так и интегральная величины аналитического сигнала. Изменение этих величин особенно сказывается для атомизаторов открытого типа. Кроме того, в указан. ных условиях испарения возраг".тают по-, мехи, обусловленные переконденсацией н некоторыми другими явлениями.

Сущносч. ь изобретения заключается в том, что компактное отложение сухого остатка в пределах полосы (ленты) вокруг наиболее горячей зоны атомизатора в условиях быстрого подъема температуры поверхности испарения обеспечивает минимальный перепад температур на площади, занятой сухим осадком, т.е. создает равные условия для испарения всей массы пробы. Более мелкая структура и большая однородность осадка обеспечивают равномерный прогрев и более полное испарение пробы. Кроме того, испарение пробы с участков атомизатора, лежащих

1257478 вокруг его наиболее горячей зоны, происходит в уже прогретую аналитическую зону над поверхностью испарения, что приводит к уменьшению влияния сбстава пробы на результаты анализа, т.е. к повышению точности анализа.

Один из способов получения и отложения сухого остатка жидкой пробы, внесенной на холодную поверхность рабочего элемента атомизатора, в виде полосы (ленты) заключается в разогреве атомизатора при скорости нагрева его рабочей поверхности 2530 град/с. При этом образуется до- 15 вольно ровный слой вещества с плотной упаковкой достаточно мелких кристаллов (только внешний контур полосы обрамлен более крупными кристаллами осадка и может иметь ломаный харак- 20 тер).

Образование сухого осадка в виде полосы (ленты) при быстром нагреве поверхности атомизатора объясняется перераспределением вещества, растворен-2 ного в жидкости, по площади испарителя-атомизатора. При различии температур в разных участках жидкого слоя возникает движущая сила растекания, которая пропорциональна градиенту по- 30 верхностного натяжения жидкости. В результате возникает поток жидкости в смачивающей пленке (термокапиллярный эффект).

При достаточно большом градиенте 35 температуры вдоль поверхности атомизатора, который особенно велик в нес т ационарных условиях разо грев а большинства известных типов электротермических атомизаторов, жидкость начи- 40 нает перетекать вдоль направления граградиента температуры, а движущая сила, возникающая под действием термокапиллярного эффекта, может намного превысить движущую силу растека- 4 ния. Направление действия движущей ,силы определяется природой жидкости, .твердого тела и окружающей среды. В условиях непрерывного испарения это приводит к перераспределению жидкос- 50 ти вместе с растворенным веществом и к ограничению эоны отложения сухого остатка вокруг наиболее горя чей точки атомизатора (осацок при этом отлагается симметрично при ус- 55 ловии, что жидкая проба и температурные поля также симметричны относительно некоторой точки). В результате одновременног0 протекания процессов испарения, гидролиза, кристаллизации непрерывно изменяется состав жидкой фазы, а дополнительное действие термокапиллярного эффекта приводит к тому, что плотность сухого остатка перераспределяется, концентрируясь в зависимости от содержания вещества в растворителе, в форме непрерывной (сплошным слоем) или кусочно-непрерывной (отдельные микрочастицы или скопления частиц, равномерно распределенные по площади) полосы (ленты) °

Таким образом, в результате увеличения скорости нагрева атомизатора в процессе сушки создаются благоприятные условия для наиболее эффективного протекания последующих процессов испарения и атомизации пробы, что позволяет создать более плотное облако атомных паров над поверхностью .атомизатора и, как следствие, увеличить чувствительность определения элемента.

Однако увеличение скорости нагрева выше некоторого значения может привести к потерям пробы из-за интенсивного испарения и разбрызгивания жидкости в первоначальный момент сушки и к образованию в результате быстрого испарения и сильного термокапиллярного эффекта крупных кристаллических отложений, которые искажают и замедляют процесс последующегб испарения пробы при ее атомизации. Неравномерное распределение пробы в виде отдельных, довольно крупных кристаллических отложений приводит к дискретному характеру испарения частичек пробы в условиях пространственной температурной неоднородности атомизатора, а следовательно, снижает эффективность испарения и атомизации пробы. Исследования показывают, что указанные факторы начинают проявляться при скорости нагрева вьппе 30 град/с.

Пример. Способ атомно-абсорбционного определения элементов реализован на примере определения хрома и цинка, т.е. элементов, резко отличающихся по своему поведению и характеристикам при электротермической атомизации, на установке с атомизатором открытого типа. Режим работы: время сушки 10 с, стадия термической обработки 20 с; атомизация 2 с; температура атомизации 2770 К; скорость нагрева 5500 К/с; температура термической обработки 1500 К. Режим

1257478

Формула изобретения Элемент

Поглощательная способность при скорости нагрева, град/с

О (4 Г20 l2-7 30 I 3-5Составитель О. Матвеев

Редактор А. Огар Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Заказ 4908/39 Тираж ?78 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 работы при определении цинка отличался тем, что температура атомизации составляла 2470 К, термической обработки 750 К. Скорость нагрева при сушке изменялась (см. таблицу).

Запись динамики изменения температуры на стадии сушки осуществляли на самописце Endim 620.01 с помощью термопары ХА. Использовали растворы,приготовленные иэ азотнокислых солей 1О хрома и цинка с концентрацией основного элемента соответственно 0,5 и

0,025 мкг/мп. Объем анализируемой пробы 3 мкл. Регистрация аналитического сигнала проводилась по амплитуд- 15 ному методу на осциллографе С8-9А.

Результаты влияния скорости сушки на величину поглощательной способности, усредненные по 5 параллельным измерениям, приведены в таблице. 20

Хром 0,23 0,2,7 0,50 0,64 0,52 0,50

Цинк 0,21 0,22 0,23 0,29 0,29 0,25

Сушка пробы осуществлялась ествественным способом при температуре окCl ружающей среды 25 С в течение 30 мин.

«»

Сушка пробы при нагреве сопровождалась бурным кипением жидкости.

Таким образом, предлагаежй способ по сравнению с прототипом позволяет увеличить чувствительность оп в 40 ределения различных элементов в 1,42,5 раза снизить на 30-507 влияния основы и в 2-3 раза величину неселективного поглощения,а также уменьшить эависи мость величины аналитического сигнала .от степени де гр адации поверх нос ти ато- миэатора в процессе его эксплуатации.

Применение более высокой скорости сушки пробы обеспечивает сокращение (примерно на 10-20 с) времени, затрачиваемого на измерение, за счет сокращения времени сушки.

1. Способ атомно-абсорбционного определения элементов в жидких растворах с использованием электротермического атомизатора, обладающего температурным градиентом по поверхности в момент его нагрева, включающий внесение пробы на поверхность атомизатора, отложение сухого остатка в результате сушки или термической обработки пробы, а также после- дующие нагрев атомизатора и измерение атомного поглощения светового потока, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности определения элементов и повышения точности анализа, сухой остаток отлагают по контуру в виде непрерывной или кусочно-непрерывной полосы вокруг наиболее горячей зоны атомиэатора.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а— ю щ и и с.я тем, что при определении элементов в водных растворах сушку для получения сухого остатка в виде полосы ведут путем разогрева атомиэатора при скорости нагрева 2530 град/с,.