Способ спектрального анализа твердых образцов

 

Изобретение ртносится к области анализа состава твердьпс веществ и может быть использовано при исследовании природных и технологических объектов. Целью изобретения является повышение точности и производительности спектрального анализа и расширение интервала определяемых концентраций. В основе предлагаемого способа лежит прямо пропорциональная зависимость величины суммарного аналитического сигнала от числа импульсов при многократном лазерном испарении вещества. Определение содержания элементов в пробе-осуществляется по отношению числа импульсов атомнзации стандартного образца к числу импульсов атомизации anasyisH- руемой пробы, соответствующих одинаковым суммарным величинам аналитических сигналов. 3 табл. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК g 4 С 01 Н 21/39

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3871068/24-25 (22) 22.03.85 (4б) 15 ° 01.87. Бюл. 9 2 (71) Казахский научно-исследовательский институт минерального сырья (72) С.Х. Акназаров, Е.Н. Вазилло и В.А. Голиков (53) 543.423:543.53(088.8) (5б) Русаков А.С. Основы количественного спектрального анализа руд и минералов. М.: Недра, 1978, с. 175.

Проблемы современной оптики и спектроскопии/Под ред. Степанова Б.И. и Богуша А.А. Минск,: Наука и техника, 1980, с. 112. (54) СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

ТВЕРДЫХ ОБРАЗЦОВ (57) Изобретение относится к области анализа состава твердых веществ и

„„SU„,, 1283628 А 1 может быть использовано при исследовании природных и технологических объектов. Целью изобретения является повышение точности и производительности спектрального анализа и расширение интервала определяемых концентраций. В основе предлагаемого способа лежит прямо пропорциональная зависимость величины суммарного аналитического сигнала от числа импульсов при многократном лазерном испарении вещества. Определение содержания элементов в пробе,-осуществляется по отношению числа импульсов атомизации стандартного образца к числу импульсов атомизации анализируемой пробы, соответствующих одинаковым суммарным величинам аналитических сигналов. 3 табл.

1283628

С = — С х х (6) (1)

20 I ации

45

Изобретение относится к анализу состава твердых веществ и может быть использовано для определения содер жания основных и примесных элементов в,широком диапазоне их изменения в 5 природных и технологических объектах.

Целью изобретения является повышение точности, производительности анализа и расширение интервалов определяемых концентраций.

В основе способа лежит прямо пропорциональная зависимость величины суммарного аналитического сигнала, накопленного при регистрации одиночных аналитических сигналов Х, от числа импульсов лазерной атомизации и выраженная формулой

I= I, =nI

1 Р, 1=1

Связь между величиной аналитиче сигнала I„. и значением концентр

"1 определяемого элемента С для каждого одиночного акта лазерной атомизации вещества выражается в виде

I = а. ф. С, (2) где а — коэффициент, определяющий условия регистрации аналитического сигнала;

М; — коэффициент, определяющий условия формирования аналитического сигнала.

Коэффициенты а; и у, принимают

1 постоянные значения а и 1 для всей серии производимых лазерных импульсов при соблюдении адекватности условий регистраций и формирования аналитического сигнала.

Таким образом, при определении содержания элемента в пробе можно записать и„

I„. = a„Y„C„n„(3)

1 =

Это равенство справедливо для любых значений С,„ 0 « 100Х.

Накапливая сигналы как от образца

I х ° Так И ОТ ЭТалона (сТандарТа) I, 50 до выполнения условия равенства х 1 р

,С 1„, = С т„° (4)

1т.1

55 с учетом формулы (3), имеем выражение для расчета концентрации определяемого элемента при наличии одного эталона

При равных прочих условиях анализа пробы и эталона формула (5) приобретает простой вид

C x

Таким оЬразом, анализ сводится к подсчету числа импульсов лазерной атомизации пробы и эталона, необходимых для выполнения условия (4).

Точность определения искомой концентрации зависит от степени выполнения равенства (4), т.-е. можно записать где д1 = I -I — разность одиночных

Х Э1 аналитических сигналов от образца и эталона.

Высокая точность достигается при

aI 0 или при (n +п ) . Следовах э тельно, точность определения можно задавать числом актов. лазерной атомизации (и„+и ), исходя из условий решаемой задачи.

Таким образом, с помощью ограниченного числа эталонов или стандартов (достаточно и одного) можно осуществлять лазерный спектральный анализ в широком интервале определяемых концентраций (О (С (100X) с,высокой точностью определений, задаваемой числом актов лазерной атомизации.

Предлагаемый способ может быть использован в лазерном спектральном анализе с применением импульсных лазерных источников излучения в режиме с модулированной добротностью с наносекундной (и менее) длительностью импульсов при одиночных актах воздействия луча на поверхность анализируемого вещества.

Пример 1. При проведении испытаний на стандартных образцах пиритного концентрата ГСО 2248-82 с содержанием элементов, 7: Fe 45,24;

Со 0,1224; Ni 0,0628; Си 0,0286,при использовании в качестве атомизатора импульсов лазерного излучения с энергией 1 Дж и длительностью «20 нс, 1283628 4 что хорошо согласуется с формулой .(1). Суммарные значения интенсивностей аналитических линий компонент образца ГСО 2248-82 и их соотношения при изменении количества импульсов лазерной атомизации вещества приведены в табл. 1.

Таблица 1

Эависимость интенсивности аналитических линий компонент стандартного образца состава пиритного концентрата ГСО

2248-82 от числа импульсов лазерной атомизации вещества

Элемент

Длина волны аналитической линии,нм

ИнтенсивОтношение Отношение

Содержание, Ж

Интенсив ность ли ний при

120 имчисла импульсов ность ли» ний при

60 импульсах, усл. единицы интенсив ностей пульсах, усл.единицы

Fe 45,24

Со 0,1224

Ni 0,9628

Си 0,0286

381,58

345,35

341,48

327,396

201

2,05

1,98

99

54

2,07

101

2,06 установлена закономерность прямо пропорционального изменения интенсивности аналитических линий от числа актау лазерней атомизации вещества, т.е. получено

Результаты измерений свидетельствуют о достаточно четкой зависимости увеличения интенсивности аналитического сигнала от числа актов лазерной 35 атомизации вещества.

Для всех компонент, входящих в состав испытуемого .образца и варьирующихся в широком диапазоне концентраций (0,0286-45,24), относительное отклонение значения отношений интенсивности линий от отношения числа лазерных импульсов составляет не более 3,5Х.

Использование прямо пропорционЬль- 45 ного усиления полезного сигнала при увеличении числа лазерных наносекундных импульсов воздействия на мишень позволяет осуществить спектральный анализ с высокой точностью и уменьшить число эталонов (стандартов), необходимых для градуирования сигнала.

Hp и м е р 2. При испытании контрольных образцов с аттестованным содержанием определяемых компонент получены экспериментальные значения концентрации элементов при использовании в качестве эталона бдного стандартного образца. Результаты определения содержаний элементов в контрольных образцах минерала пирита и пиритного концентрата "Уголек-80" приведены в табл. 2.

1283628

Таблица 2

Элемент

Содержание элементов в образце, Х

Относительное отклоЧисло актов лазерной атомизации

Содержание элеДлина волны ментов в аналити ческой эталона пробы аттеста ционное эксперимен тальное.нение, Х эталоне, Х линии, нм

59 46,0

381,58

45,24

45,6

345,35 0,1224

120

150 0,097

498 0,029

720 0,0102

0,1224

120

3,3

0,1224

341,48 0,0628

0,0628

Ni

120

27 0,279

120

79 0,095

249 0 0303

120

0,0628

0,0286

120

Си

327,396

11 0,312

36 0,095

120

0,0286

120

116 0,0296

175 0,0098

0,0286

0,0286

1,3

Таблица 3

Элемент

Лазернозлектроразрядный способ

Аттесто ванное значеПредла гаемый способ ние

Как следует из приведенных данных, 1расхождение экспериментально полученных и аттестованных значений содержания элементов в контрольных образцах незначительно, причем величина относительного отклонения уменьшается до 1-2Х при увеличении числа актов лазерной атомизации. При этом многократное воздействие наносекундных импульсов лазерного излучения на образец, ведущее к повышению точности аналитических определений за счет усреднения значений аналитического сигнала, т.е. за счет более правильного дозирования вещества, не требует увеличения количества вещеСодержание в образце, Х

Ре 45,6 46,0

Со 0,100 0,097 0,115

0 „100

0,030

0,0100

0,300

О, 100

0,0300

0,300

О, 100

0,0300

0,0100 ства для проведения анализа по сравнению с лазерно-электроразрядным способом, где испарение вещества, как правило, осуществляется миллисекундными лазерными импульсами, при которых отмечается значительное разрушение образца по глубине.

Пример 3. В табл. 3 приведены сравнительные результаты определений содержания элементов в контрольных образцах пиритного концентрата (Уголек-80) предлагаемым и лазерно-электроразрядным способами при одинаковом расходе вещества2 10 r.

Относительное отклонение значений концентраций от аттестованного, Х

Предлагаемый Лазерно-электспособ рораэрядный способ

1283628

Продолжение табл.3

Элемент Содержание в образце, 7

Относительное отклонение значении концентраций от аттестованного, 7

Предла гаемый способ

Аттесто ванное значеЛазерноэлектроразрядный способ ние

0,029 0,036

0,030

3,3

0,0100 0,0102 0,0080

Ni 0,30

0,100

0,28

0,34

Ф 7

0,095 0,089

0,0300 0,0303 0,02?О

0,312 ° 0,345

Си 0,300

О, 1О0

0,095

О, 109

0,0340

0,0300 0,0296

1,3

0,0100 0,0098 0,0088

1

Формула изобретенин

Способ спектрального анализа твердых образцов, заключающийся в испарении йробы и возбуждении атомов облучением образцов импульсным лазерным излучением наносекундной длительности, выделении аналитччес35 ких линий оцредяе элементов спектральным прибЬром и регистрации суммарного, усредненного сигнала при многократном лазерном испарении вещества, отличающийся

40 тем, что, с целью повьппения точности и производительности анализа и расширения интервалов определяемых концентраций, облучают стандартный образец и пробу до получения одинаковых суммарных величин сигналов от обоих образцов, а содержание элементов в пробе определяют по отношению числа .импульсов атомизации стандартного

50 образца к числу импульсов атомизации анализируемой прббы,соответствующих одинаковым суммарным величинам аналитических сигналов, умноженных на концентрацию элемента в стандартном образце.

ВНИИПО Заказ 7431/41 Тираж 776

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород ° ул. Проектная, 4

Из сравнения полученных результатов значений концентраций элементов, входящих в состав контрольного образца, с их аттестованными значениями следует, что точность анализа предлагаемого способа значительно превосходит точность анализа известного, требующего большого числа (не менее трех) эталонов.

По сравнению с известными способами спектрального анализа сложных природных объектов предлагаемый позволяет повысить производительность анализа в 3-5 раз, так как в известных способах доминирующая часть времени уходит на градуирование аналитического сигна " ла и и од r o товк у необходимых эталонбв.

По чувствительности описываемый способ не уступает количественному эмиссионному спектральному анализу, а по точности несколько превосходит его.

Предлагаемый Лазерно-электспособ ро ра з рядный способ