Спектральный способ определения концентрации веществ

 

Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для определения концентрации химиыеских элементов при атомно-абсорбционных измерениях. Цель изобретения - повышение точности измерений и упрощение определения концентрации веществ-. Предложенный способ учитывает неселективное поглощение. Эффект достигается путем пропускания через анализируемую область резонансного излучения и измерения пропускания при разных коэффициентах поглощения. В качестве спектральной лампы используют лампу с селективной модуляцией. На катод-излучатель и катод-модулятор Подают импульсы тока различной длительности и амплитуды. Длительность импульса тока катода-излучателя устанавливают больше длительности тока катода-модулятора. Измерение оптического пропускания ведут на резонансной линии определяемого элемента. Одно измерение ведут с непоглощенным центром линии, другое с поглощенным центром линии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. СП с ю 00 Од со

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECrlyEiJflHH

jag 4 G 01 7 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM (21) 3811419/31-25 (22) 01. 11. 84 (46) 23,12.86, Бюл. М- 47 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им ° В.И.Ленина (72) К.П,Курейчик, В.Л.Макаров и М.M.Ìàâëþòoâ (53) 543,42,062(088.8) (56) Прайс В. Аналитическая атомноабсорбционная спектрометрия. — М.:

Мир, 1976, с. 157.

Авторское свидетельство СССР

Р 711441, кл. G 01 5 3/42, 1978, (54) СПЕКТРАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВ (57) Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для определения концентрации химинеских элементов при атомно-абсорбционных измерениях ° Цель изобретения — повы,.SU„„1278613 А 1 шение точности измерений и упрощение определения концентрации веществ..

Предложенный способ учитывает неселективное поглощение. Эффект достига- ется путем пропускания через анализируемую область резонансного излучения и измерения пропускания при разных коэффициентах поглощения. В качестве спектральной лампы используют лампу с селективной модуляцией.

На катод-излучатель и катод-модулятор подают импульсы тока различной длительности и амплитуды. Длительность импульса тока катода-излучателя устанавливают больше длитель„ности тока катода-модулятора, Измерение оптического пропускания ведут на резонансной линии определяемого элемента. Одно измерение ведут с непоглощенным центром линии, другое с поглощенным центром линии. 3 з.п. ф-лы 3 ил.

1 12786

Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для определения концентрации химических элементов при атомно-абсорбционных измерениях. 5

Цель изобретения — повышение точности и упрощение анализа, На фиг. 1 показаны формы спектральных линий катода-излучателя B различные времена развития и измене- 10 ние разряда на фиг. 2 — пример блок-схемы спектрометра, реализующего предлагаемый способ на фиг. 3 временные диаграммы спектрометра в процессе работы, 15

В качестве просвечивающего источника используется спектральная лампа с селективной модуляцией, включающая один полый катод, излучатель и дополнительный полый катод-модуля- 20 тор. Спектральная линия катода-излучателя в момент развития разряда имеет вид, приведенный на фиг. 1 (кривая 1), при этом коэффициент атомного поглощения 1О в этот момент 25

1 максимален. После стабилизации разряда линия уширяется (фиг. 1, кривая 2) и коэффициент атомного поглощения Р» уменьшен, Эта же линия с поглощенным центром после уширения 30 показана кривой 3. В зависимости от элемента катода-излучателя для получения уширенной линии, соизмеримой с шириной линии поглощения, ток питания должен изменяться от номинального до, примерно, 50-кратного тока номинального режима. Однако это условие не всегда необходимо, поскольку после стабилизации разряда линия всегда уширяется„

Сущность способа состоит н следующем .

На катод-излучатель лампы подают импульс тока, например „амплитудой

100 мА и длительностью 150 мкс. В течение времени развития разряда в катоде-излучателе, равного, например, 50 мкс при введенной эталонной про1 бе измеряют оптическое пропускание аналитической ячейки при непоглощенном центре линии. Эт,-.лонная проба в отличие от известной может соОтношение коэффициентов пропускания имеет Вид P -=»,» =» -»ñ/о» (для эталонного измерейия . Аналогичный коэффициент ) получают для рабочего измерения неизвестной концентрации С„ с с 1х йх х

5О учитывая, что»bp = », -»»»,, и что коэффициенты 1»» и»».» могут быть определены при контрольных измерениях как н известном способе, получают, что

-1 =c, ь1. (3) Аналогично

-Zq (=C a держать неселективную помеху, например,из-за загрязненного растворителя. Затем на катод-модулятор в течение последующих 50 мкс подают импульс тока. К этому времени разряд в катоде-излучателе стабилизируется и коэффипиент атомного поглощения уменьшается по причине уширения линии, Перед полостью катода-модулятора образуется облако атомных паров, концентрация атомов н котором зависит от рабочего тока этого катода.

Получают линию с поглощенным центром. После этого измеряют в течение последующих 50 мкс оптическое пропускание аналитической ячейки при той же эталонной пробе, при этом катод модулятор отключен. Далее в атомизатор подают раствор с неизвестной концентрацией железа и проводят те же измерения — рабочие, и затем рас— четным путем определяют концентраL цию железа.

При этом приняты обозначения:

l — интенсивность линии при измерео» ниях с непоглощенним центром при первом измерении; Т вЂ” интенсивность о2 линии при измерениях с поглошенным центром при втором измерении; I ..д-,х d. с в интенсиннссть линии после введения эталонного раствора при первом измерении; I, d,,, — интенсивность той же линии после введения эталонного растнора при втором измерении; о». — коэффициент селективного пропусс кания; d. — коэффициент неселективного пропускания; (,— коэффицие.нт атомного поглощения для линии с непоглощенным центром; »» коэффициент атомного по-лощения для линии с поглощенным центром, Коэффициенты пропускания г, при первом измерении и » при втором измерении равны

12786!3

Из (3) и (4} получают

) 1г, С

)> p "э (5) С х

Следовательно, измерение неиз вест- 5 ной концентрации С определяемого

Х химического элемента сводится к экспериментальному определению отношения коэффициентов пропускания Р

I и 1 аналитической ячейки с непогло- 10 щенным и п оглоще иным цен тром линии без промежуточного измерения коэффициентов атомного поглощения !О и (»

2.

Таким образом, предлагаемый способ прост в реализации по сравнению с 15 известным и обеспечивает большую точность из-эа учета неселективного поглощения в эталонной пробе.

Действительно, для известного способа неизвестная концентрация С 20 х равна C„=hA Ар, где АА — разность, оптических плотностей для измерений с уширенной и неуптиренной резонансной линией. Тогда hP =hA /С -С,„, где

АА — разность оптических плотнос- 25 тей аналитической ячейки при эталонном измерении, С, — фиктивная концентрация, обусловленная неучтенной неселективной помехой при определениях Ар. 30

Точность измерений концентрации

С„согласно (4) зависит от разности ь(4=1,- 4 (фиг. 1, кривые 1 и 3) и с увеличением последней повьппается °

При измерениях с непоглощенным центром линии максимальное значение р обеспечивается при развитии разряда в катоде-излучателе, Этот факт следует из того, что самопоглощения линии вследствие отсутствия холодного облака паров перед полостью катода в этот момент нет, поскольку оно не успевает сформироваться. В дальнейшем это облако формируется и коэффициент атомного по-. глощения уменьшается (фиг. 1, кривая 2). Характерно это для момента стабилизации разряда в катоде-излучателе. Следовательно, при подаче импульса тока в этот момент на ка50 тод-модулятор центр линии поглощается и коэффициент атомного поглощения дополнительно уменьшается. Это обеспечивает получение больmего различия в коэффициентах атомного поглощения (ч,и по сравнению с известным способом, поскольку минимального значения коэффициента добиваются не путем уширения контура линии в катоде-излучателе, а путем поглощения излучаемого света дополнительной ячейкой, формируемой катодом-модулятором. Плотность атомных паров в последнем легко регулировать питающим током. Экспериментально голучено различие в коэффициентах атомного поглощения я, и,и не в 1,5-10 раэ как в прототипе., а в

1,5-25 раз, что и повышает точность анализа.

Экспериментально установлено, что при амплитуде импульса тока симметричной, например П-образной, формы (через катод-модулятор), превышающей ток катода-излучателя менее, чем в

1,5 раза, поглощение центра линии, излучаемой катодом-излучателем, незначительно, вследствие этого коэффициенты 1, и 1 близки по величине и точность измерений ухудшается.

Если же эта амплитуда превьппает ток катода-излучателя более, чем в

300 раз, резонансная линия почти полностью поглощается, ее интенсивность резко падает для испытанных ламп с селективной модуляцией, возрастают ее флуктуации (из-эа флуктуаций атомного пара в катоде-модуляторе по причине большой плотности тока),что также снижает точность измерений иэза падения отношения сигнал/шум.»

Блок-схема спектрометра, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг. 2. Спектрометр состоит из блока 4 питания, выход 5 которого соединен с катодом-излучателем 6, а выход 7 с катодом-модулятором 8 лампы 9 с селективной модуляцией, оптической системы 10, атомизатора

11, монохроматора 12, фотоэлектрон.ного умножителя (ФЭУ) 13, устройства 14 выборки хранения, аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 15, управляюще-вычислительного блока 16.

Спектрометр работает следующим образом.

В атомизатор вносится эталонная проба ° Далее блок 13 вырабатывает импульсы управления блоками устройства, при этом на блок 4 поступают импульсы управления катодомизлучателем 6 лампы 9 (фиг. 3 кривая 1 7) длительностью, например, 150 мкс. На фиг. 3 (кривая 18) приведено выходное напряжение ФЭУ 13, которое соответствует световому потоку лампы 9. Одновременно на блок

14 подается импульс выборки напря5 12 жения ФЭУ длительностью 50 мкс (фиг. 3, кривая 19). В этот момент происходит измерение и кодирование сигнала с помощью АЦП 15 с непоглощенным центром резонансной линии.

Затем в последующие 50 мкс на катодмодулятор 8 лампы 9 поступает импульс тока с блока ч (фиг, 3 кривая 20), при этом центр линии погло-. щается из-за образования облака атомных паров на пути пучк:а света от катода-излучателя, После этого катод-модулятор отключается и на, блок 14 поступает импульс выборки напряжения ФЭУ длительностью 50 мкс (фиг. 3, кривая 21), которое, как и в предыдущем случае, кодируется

АЦП 15 и запоминается блоком !6.

Далее блок 16 вычисляет коэффициент

1p: Р.

При внесении в атомизатор исследуемого раствора с неизвестной концентрацией С в упомянутые моменты x времени производится измерение сигнала с выхода ФЭУ 13 и расчет коэфI фициента 1p P . Неизвестная концентрация С определяется по формуХ ле (5), К преимуществам предлагаемого способа перед известным относятся более высокая точность измерений за счет учета неселективного поглощения не только при рабочих, но и эталонных измерениях, а также из-за большей разности коэффициентов атомного поглощения и упрощение в реализации за счет исключения.вычисления коэффициента атомного поглощения и подготовки эталонных проб в отношении содержания неселективной помехи.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1, Спектральный способ определения концентрации веществ с учетом неселективного поглощения, включающий пропускание через анализируемую область резонансного излучения, проведение двух измерений оптического пропускания аналитической ячейки при разных коэффициентах атомного поглощения резонансной линии, .излучаемой спектральной лампой, и расчет по полученным данным концентрации определенного вещества, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

Ф повьш|ения точности и упрощения ана78613 лиза, в качестве и=:лучаемой спектральной лампы используют лампу с селективной модуляцией, на катод-излучатель и катод-модулятор которой подают импуль сы тока ра зличной длиТр IbHocòè и амплит 1ды, при этом длительность импульса тока катода-излуч ат для ус танавливают больше длительности импульса тока катода-мо1

"0 дулятора, который формируют в течение длительности импульса тока катода-излучателя, а измерения оптического ропускания ведут на резонансной линии определяемого элемен15 та, причем одно измерение ведут с непоглощенным центром линии, а другое — с поглощенным пентром линии, а затем рассчитывают концентрацию

С „ по формуле

C =:- - - — С т 3

-1- р где P = /< — отношение коэффициен-!

> тов пропускания анали25 тической ячейки, измеренных с непоглошенным и поглоп<енным центрами линии для эталонного измерения;

В =< /< — отношение коэффициен1У Х тов пропускания аналитической я ейки, измеренных с непоглощенным и поглощенным цен— трами линии .для рабочего измерения;

С вЂ” эталонная концентрация.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а4О ю шийся тем, что измерение оптического пропускания аналитической ячейки с непоглощенным центром линии ведут и течение времени развития разряда в катоде — излучателе, 45

3. Способ по и, 1, о т л и ч аю шийся тем, что импульс тока питания катода-модулятора, при котором измеряют оптическое пропускание аналитической ячейки -с поглощенным центром линии, подают после стабилизации разряда в катоде-излучателе °

1. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что амплитуду така катода-модулятора устанавливают в

l 5-300 раз больше рабочего тока катода-излучателя.

1278613

1S

Фиг. 3

С ос та в и тель Б . 0!иро ко в

Редактор Е. Папп Техред -Л. Сердюкова Корректор С, 111екмар

Заказ 6821/35 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, .ул. Проектная, 4