Способ определения концентраций элементов

 

Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу и может быть использовано для определения химического состава горных пород. Целью изобретения является повьпцение точности определения концентраций элементов . В процессе спектрального анализа методом просыпки-вдувания по интенсивностям аналитических линий определяют ориентировочные концентрации элементов по методу твердых графиков . Путем сравнения ориентировочных концентраций породообразующих элементов в анализируемой породе с данными классификационной таблицы, в которой представлены изученные ранее стандартные образцы состава или проанализированные количественными методами образцы горных пород, отличающиеся друг от друга пределами изменения концентраций породообразующих или некоторых специфических элементов , концентрирующихся в определенных типах пород, определяют принадлежность анализируемой породы к одному из изученных типов. С помощью таблицы поправочных коэффициентов, установленных при предварительном изучении пород, вошедших в классификационную таблицу, рассчитывают истинную концентрацию элементов в анализируемой породе путем умножения на соответствующий поправочньй коэффициент. 6 табл. $ (Л со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G Ol N 21/67

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4053844/24-25 (22) 09.04.86 (46) 15.09.87. Бюл. 1(34 (71) Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (72) Л.Д. Малюшко (53) 543.42(088.8) (56) Терек Т., Мика И., Гегуш Э.Эмиссионный спектральный анализ, — M.:

Мир, 1982, ч. 2, с. 78-82.

Клер М.М. Краткое руководство приближенно-количественному спектральному анализу минерального сырья.

М.: Госгеолтехиздат, 1959. (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ

ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу и может быть использовано для определения химического состава горных пород. Целью изобретения является повышение точности определения концентраций элементов. В процессе спектрального анализа методом просыпки-вдувания по интенсивностям аналитических линий определяют ориентировочные концентрации элементов по методу твердых графиков. Путем сравнения ориентировочных концентраций породообразующих элементов в анализируемой породе с данными классификационной таблицы, в которой представлены изученные ранее стандартные образцы состава или проанализированные количественными методами образцы горных пород, отличающиеся друг от друга пределами изменения концентраций породообразующих или некоторых специфических элементов, концентрирующихся в определенных типах пород, определяют принадлежность анализируемой породы к одному иэ изученных типов. С помощью таблицы поправочных коэффициентов, установленных при предварительном изучении пород, вошедших в классификационную таблицу, рассчитывают истинную концентрацию элементов в анализируемой породе путем умножения на соответствующий поправочный коэффициент.

6 табл.

1337740

Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу и может быть использовано для определения химического состава веществ, в частнос.) ти горных пород.

Цель изобретения — повышение точности определения концентрации химических элементов.

Сущность способа определения кон- >р . центраций (С) элементов заключается в том, что сначала проводят в режиме, обеспечивающем независимость температуры разряда от валового состава проб, при котором сила тока дуги I = 15

33,5-34,5 А, скорость отсоса Ч

6,5-7,5 м/с, фаза поджига дуги 8793 : масса просыпаемого порошка m =

55-65 мг, спектральный анализ эталонных проб с известными концентраци- 2р ями (С) элементов, определенными количественными методами, и минералогией. В одном из этапов анализа методом твердых графиков определяют ориентировочные концентрации породообразующих элементов. По соотношению ориентировочных концентраций породообразующих элементов составляют классификационные таблицы изученных типов пород. Путем сравнения ориентировоч- Зо ных концентраций с истинными составляют таблицы поправочных коэффициентов для отдельных элементов, входящих в состав изученных типов пород.

Затем проводят в том же режиме спектральный анализ рядовой пробы и по соотношению ориентировочных концентраций породообразующих элементов относят ее к одному из ранее изученных типов пород. Истинные концентра- 40 ции элементов определяют с помощью поправочных коэффициентов, установленных ранее для этого типа породы.

Для выбранного в результате пла— нирования эксперимента оптимального 4 режима получения спектра с использованием горизонтальной угольной дуги метода просыпки-вдувания было установлено, что равномерно вводимая за экспозицию 15 с масса порошка анали50 зируемой породы (m = 60+5 мг) различного валового состава не приводит к заметному нарушению параметров разряда. Об этом свидетельствуют экспериментальные графики радиального рас- >> пределения температуры в излучающем объеме плазмы. В то же время сохраняется зависимость результатов анализа концентраций элементов от минерального состава анализируемых проб,что проявляется в параллельном сдвиге градуировочных графиков, построенных в координатах lgI-lgC для 45 элементов .

Осуществление способа показано на примере магматических пород, хотя способ пригоден для определения концентраций различных элементов в горных породах разнообразного состава и генезиса.

Измельченную известным способом, например, дроблением и истиранием до

0,074 мм навеску пробы m = 60+5 мг просыпают с помощью аппарата для просыпания проб, например УСА-5, в горизонтальную угольную дугу перемен-, ного тока, работающую в оптимальном режиме: сила тока I = 34+0,5 А, фа+ о за поджига дуги p = 90+3, скорость потока воздуха, стабилизирующего разряд, v = 7 0,5 м/с, экспозиция 15 с.

Режим выбран в результате планирова— ния эксперимента методом греко-латинских квадратов. Спектр пробы фотографируют через 10-ступенчатый ослабитель Клера, помещенный перед щелью спектрографа, например, ДФС-8. Ширина щели спектрографа, например, 8 х 10 и. Спектр фотографируют на пластинки спектральные тип П, чувствительностью от 16 до 20 ед., размером 13 х 18. Проявление ведется в метол-гидрохиноновом проявителе, например, 4 мин. Для контроля за соблюдением условий анализа на каждую пластинку сжигают контрольный образец с известным содержанием анализируемых элементов. На спектрограмме находят спектральные линии, выбранные .в качестве аналитических для определяемых элементов, измеряют их интенсивность в ступенях ослабления с точностью до

0,1 ступени.

Сначала предлагаемым способом анализируют коллекцию (эталонную) магматических горных пород с известным минеральным и элементным составами.

Строят градуированные графики в координатах lgI-1gC для породообразующих элементов ° Для каждого элемента обозначается твердый график. В качестве твердого графика в принципе может быть выбрана зависимость lgI1gC для любой группы пород, которая обеспечивает решение задачи или обусловлена наличием стандартных образцов состава. В примере используется груп1337740 па магматических пород основного состава (трапп, габбро, базальт). Эталонная. коллекция пород состоит из

22 образцов. В нее входят стандартные образцы (СОС): магматические породы ультраосновного, основного, среднего, кислого, щелочного состава, а также грейзен и пегматит.

По ориентировочным концентрациям породообразующих элементов определенным по твердым графикам, для всех эталонных пород составлена классификационная таблица (табл. !), в которой каждый из типов пород описан с помощью изменяющихся хотя бы по одному из породообразующих элементов граничных условий, характеризующих степень концентрирования (наличие определенных минеральных форм) основных компонентов в каждом из изученных типов пород (по мере поступления стандартных образцов классификационная таблица может быть расширена).

Затем для анализируемых элементов в изученных типах пород эталонной коллекции путем сравнения ориентировочных концентраций с истинны— ми значениями определяют поправочные коэффициенты (табл. 2).

Используя установленные зависимости (табл. 1 и 2) определяют тип и рассчитывают состав анализируемых рядовых проб, если они по описанию и по граничным условиям укладываются в классификационные схемы эталонной коллекции. В табл. 3 представлены логарифмы интенсивности породообразующих элементов (в ступенях ослабления) в спектрах трех проб магматических горных пород из коллекции Киевского госуниверситета, проходящих аттестацию в лабораториях СНИИГГ и МСа.

В табл. 4 представлены соответствующие этим интенсивностям ориентировочные концентрации, определенные по основным графикам. Спектры проб сфотографированы через 10-ступенчатый ослабитель, помещенный перед щелью спектрографа, при описаннОм выше оптимальном режиме: = 34+0,5 А, v =

7+0,5 м/с, (p = 90 3, m = 60+5 мг, экспозиция 15 с.

При сопоставлении данных табл. 4 с граничными условиями для породообразующих элементов в классификационной табл. 1 получают, что образец Бр попадает в позицию 18 (базальт), образец ГА — в позицию ll (альбитизированный гранит), образец ГК вЂ” в НОзицию 7 (роговообманковый гранит).

Определенные типы пород совпадают с геологическим описанием, согласно которому образец Бр — базальт ровенский, образец ГА — альбитизированный гранит, Гк — гранит коростенский.

Используя поправочные коэффициенты (см. табл. 2), определяем истинные

10

30 дугового разряда, регистрации интенсивности аналитического сигнала, по которым методом твердых графиков судят об ориентировочных концентрациях определяемых элементов, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения концентраций элементов, сначала проводят анализ эталонных проб с известными концентрациями элементов и минер».- :— гней в режиме, обеспечивающем независимость температуры дугового разряда от валового состава проб, устанавли— вая силу тока дуги I = 33,5-34,5 А, скорость отсоса ч = 6,5-7,5 м/с, фа35 зу поджига дуги 87-93, массу просыо паемой пробы m = 55-65 мг, определяют ориентировочные концентрации породообразующих элементов, по соотношению которых для эталонных проб со40 ставляют классификационные таблицы изученных типов пород и соответствующие им таблицы поправочных коэффициентов для отдельных элементов, полученные путем сравнения ориентировочных концентраций с истинными значениями, далее проводят в том же режиме спектральный анализ рядовой пробы, по соотношению ориентировочных концентраций породообразующих

50 элементов относят ее к одному из ранее изученных типов пород,после чего концентрации элементов определяют с по— мощью поправочных коэффициентов, ус тановленных ранеедля этого типа породы.

55 содержания элементов. Они приведены в табл. 5. В табл. 6 для сравнения помещены данные анализов, проведенные для этих же образцов количественными методами атомной абсорбции и спектроколориметрии.

Предложенное решение по сравнению ,с прототипом позволяет увеличить точность анализа: результаты удовлетво20 ряют III KBTeÃОриям точнОсти

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения концентраций элементов в образцах горных пород путем просыпки-вдувания пробы в зону

A о л

В о м

A о л

В

D л

В о л

В о и о л ъ

В В о о

В о е

В о о

В о о

A о о

В о о

В

D

В о о о о

В

D о о

В ° A о о о

В о о

В

Ю

Ю

М о

В

М о

A о

М о

В

М

В

M о

М

Ю

В

М

М

В о о

СЧ о

СЧ О О

M М м о о

В

М

Ю

Ю

М о

М

Ю

В о л о

M

Ю

В

М

Ю

В о

A о

Ю

3Г\

Ю м \

Ю л

В о

М о л

В

Ю

Ю

В о о

В

Ю

М

М

М

М о

D

<Ч

М

М о

<Ч о

СЧ

В о

1О

Ю 0

D О

Ю л

СЧ л

Ю

О л ь л

Ю м1

Ю е

A м \

В Ф

В

D

М о

6 а

D х

I» 5 х

Э а

4е

ОФ

I л

cv аО

1 л

IO

t4 со

ФЧ

ФО

ev

h л а м1 Ф л

cv

cv

М о о

В о

М

Ю о

В

1 337740

М

Ю

Ю

В

Ю о о ч

ЛЗР

М

Ю

М

Ю

Ю

31

1 О

CAC

° \

La х а а о с= 5

g 1

В П

4 6 е В

1

С» о лI,о

1337740

Твйлндв 2

Оп

Си

Yb Т

2п 0,5

l 1 1

2 1 1 ) I 1

0,5 I I

1 1 I

0,5 0,5 I

) 0,5 I

1 I 2 1

4 3 133 15 2 067 3 2

I,5 1 1 ) 2 I

2 Э 1,33 I 2 I

) 025 1

I,S I 067 I 3 I

1,5 2 1,33 I 1 1

I 0,25 I

1510 ° 67131

1 5 2 1,33 1 0,67 1

l,5 1 I I 1 I l 0,5 0,67 0,33 2 0>67 1>33 1

1 0,33 >0,005 3

0 5

0>67 О 33 2

1,5 1 1 1 0,67 1

1,5 1

1,511111

1 1 1 I 1 1

I 33 05

1 0,5 3 0,5

1 1

2 1 I 1 1

I,5 1

1 0,75 О

1 1

1 1,5 I,ЭЭ 1

2 0,67 1,33

I ) 1

1 1 I

I 1

1 I

1 1 I I ) 1 1 1,33 1 I

0,67 I I О

1 1 1 1 >0,005 0 5 I 1,33

3/1,5

3/1

I 1 I 1 1 0 005 I I 1

2/),5!

>5 1 I

I 1

1 1 1 I 1 О ° 005 067 067 1

6/1, S

1 0,5 0>Ь

2 0,5

1 I I 1 1 I ° 5 i 0,5 1,5

) 0,25 I

0,5 1

I,5

I I 1 I лО>005 1 0>5 2

2/1,5

0,5 0>5 0,003 1 0,25 1

3/1,5

0 ЭЗ 0>5 0 ООЭ 1 О 25 I

3/),5

1 1 I 1 I 1,5 0,67 0,5 2

> ель I 5 прн других условнлх - 1. Энвчок - проверка по другой линии.

1 I I 1 I

I I I 1 1 1,5

1 1 I 1

I 1 1 I I 1,5

1,5 1 I О ° S 3 05 1,33 05

2 0,5 Э 0,67 . I 0,25

l,33 1

1 I

0,67 1

l 337740

l3

Таблица 3 сть линий в ступенях ослабления

Пр

II) Fe (II) Si (Т) Al (I) P (I) Li (I) Na (I) (I) Ti (II) Ип (II)

08 292,66 298, 76 265,25 t255, 3 323, 2 330, 23 44,67 307,52 293, 30

8,0

6,3

6,1

8,0

6,3

6,1

8,0

4,5

2,0

4,6

8,0

2,0

4,9 3,0 1,8 6,4

8,1

4,3

2,0

4,9 3,0 1,8 6,4

8,1

4,3

2,2

Таблица 4

Ориентировочные концентрации, 7

Mg0 Fe 0, 510, А1 О, Р 0 Ы,О Иа 0 К О

Проба

СаО Т10 МпО

4,0 0,90 2,1 0,17

4 0 0 85 2 0 0 18

ГА 6,6 1,9 5,5 50 12 0 095 0,008 5,8 2,3 0,8 0,17

ГА 6,9 1,9 5,7 50 12 0,095 0,009 5,8 2,2 0,75 0,17

Гк 2,0 0,6 5,0 53 10 0,095 0,007 3,2 5,0 0,65 0,044

Гк 2,0 0,7 5,0 53 10 0,095 0,007 3,2 5,0 0,65 0,044

Т а б л и ц а 5

Расчетные концентрации, 7

Проба

Иа О К,О Т10 МпО

2,7 0,90 2,10 0,17

2,7 0,85 2,00 0,18

ГА 0,72 0,30 3,7 66 16 0,048 0,008 8,7 3,00 0,40 0,29

ГА 0,76 0,30 3,8 66 16 0,048 0,009 8,7 2,90 0,38 0,29

Гк 1,00 0,30 3,35 70 13 0,048 0,007 3,2 5 00 0,33 0,033

Гк 1,00 0,35 3,35 70 13 0,048 0,007 3,2 5,00 0,33 0,033

Бр 5,3

Бр 5,2

ГА 4,7

ГА 4,8

Гк 2,0

Гк 2,0

5,3 5,0 — 6,7

5,3 5,1 — 6,7

5,2 3,0 2,0 7,3

5,2 3,0 2,2 7,3

Бр 9,2 4,9 13 50 13 0,43 0

Бр 8,7 4,9 13 50 13 0,45 0

cR0 Mg0 Fe,0 Si0z А1203 Р205 Li o

Бр 92049013 50 13 043 0

Бр 8,70 4,90 13 50 13 0,45 0

0,7 7,8 6,3

0 6 7 7 6 4

2,5 6,2 6,3

2,4 6,! 6,3

4,2 5,8 4,5

4,2 5,8 4,5

1337740

1 поМБО м ч

3iO, ИпО Tl Ga

К,О

P9O Li 90 Na9O

BiO

te 09 зн1 Пегиатит 0,2 0,16 0 33

l 1

5 <42 32 0,11 1 3

1,5/! 2/1,33

1,5 1 1

2 Грейзеи 0,2 0,16

0,! l,33 3 1,5 1 1

l 75 clI I

0,11/1

«202 1

0,57/1

1,33

Луаврит 0,2 0>7$

1,33 0 5 I I 5

1,33 I 1>7 1 1,5 1 0,5 1

1,33 2

4 Уртит 0 5 I

« I I 1 1

1, 33/ I

1 I >5

1 0,5

1,5

5 Мариу- О, II 0,25 полит

0,67 I

13305115

1 О,S 0,5

6 Клас- 0,2 0 S кит

l,33 0,5 I 1,5

0,5

0,67 1,33 l 1,5 0,62 0,5 0,5

7 Рого- 0,5 0,5 вооба72

l,33 l,33 О ° 5 1 1

О ° 5 О 33 1

0,5 0,75 I I

0,67/

/0,33 ианко вый гранит

0,5 0,33 0,5

I 33 I,ЭЭ 0 5 1 0,67 1

0,5

0,5 0,5 I 1

9 Грело- 0,5 0,75 диорит

1 0 33 I

0,67 0,67 0 75 1 1

1,15 1,33 0,5 1 1

О,S

I,I9 О ° 5 1,75 !

lO Грано- 0,5 0,75 диорит

1 0,5 1

0,5 1 1 I

0,5

I l Альби- О, I I О, 16 0,67 1, 33 1, 33 О, 5 1 I 5

O,О03 I 0,5

l,5/1

0,5

1 33 05 1 7 1 тизированный гранит

1,5!

2 Тралл 1 0,75 1

l3 Габбро 0,67 0>75 1

14 Диабаз 0,67 I

l,33 l 0,61 1 I

1 0,5 10,,67 1

0,75 1

1>33 1

I 33 0>5 I I

15 Базальт

1 1

1 «SI 1

1,33/

1 )4I « I I 1

0,67/I 0,75/!

l6 Анортозит

0,67 I

1,75 0,5 1 1

О 75 1,33 l 1

1 О 33 1

«0,03

3/ I

1 I I

17 Габбро I 0,75 I

0,67 1 1,5 1 0 33 1

1 0,5

18 Рудное 0,67 1 габбро

I 5

0,67 1 I 5 1 0,67 I

«2I I 1

3/1, 33

О,Ь7 I I

l 33 1

«0,03

3/1

19 Горнблеи1 4

l 33111

1 0,67 I ь001 001 1 !

О/1,5 !О/1

20 Хин- О,Ь7 I берлнт

0,67 I

1 0,1

0,57 !

1,33 I I 1

«О,OI «О,ОI 1,5

I0/I,5 IO/1

21 Перидотмт

0,67 1,ЭЭ I

О ° 57 I

0,5 1,7 I 1,5

1 О,l

22 Дуннт 1 2

l,33 0,57 1

О 5 1 7 1 l 5

1, 0,1

П р н и е ч а н и е. Вырезание 4I следует читать — прн концентрации йаО 4I исполъзуетсе инокиI, 5/1

Б Биоти- 0,2 0,33 товьй гранит

0,67 I

0,67 1 сО,SI 1 1

О, I I /

/0,5

1,33 1 1

0>75 1 I

1 I l

1 0>5 I

1 0 5 1

1,7 I,S

«О OI O Ol 1

10/ 10/1

/l,5

1 337740 л

D и в о л

Ф

D л о л

»

D л л л

« » «

o o o л

В о

» ь

Ф о о

« о о

Ф о о

A о о о о

» о о о

o o o

» В

О О О

0

X а

4

3 х х а

1- о

В ь

an

СЧ о

cf о а

o o

» о

A о

Ф о о

В о а м

СЧ C C о о

СЧ и 1/1 а л л о о х х а

l0 м о

Ю

В

Ю м

Ю о о м

Ю

О о м о о

» ь л м

О О ю о

A Ф о о м о о

A о о о

« о о

Ю

Ю м

Ю о м ь

« о о о о

О

an

О о л

»

an е

Ю

» о

» о

Ю о о о о ь

CV ь ю а (Ч

О ь ю о о

Ю

Ю ю о о О О О о о о а л а о м о

СЧ о м о о ю л

О

СЧ о с«а о Ч л о

СЧ

» о о

an л м ю м о

СЧ о м о о о

ЕЧ о

CV л м о о

СЧ о

СЧ л л о

О

СЧ а а о о

1 а

0! е

b р

0а, 1Х!

» а ф 01щ 4 9) Э

0 ° о а

«С

5е

Д ф

Ю е ф

С»

ЕЧ

I м

I и

k ф

k k

CO CO

Ь Ь

k ю

Ъ

CO

1 е ф ф

1 1 ( в ф и

an ф

cv ф !

О О О О О О ф ф а л

В

1

Р ф

16

1337740

Таблица 6

Сравнительные данные, Х

si02 Alt03 pt0S Li О Na О К,О Т О

Пробы аО MgO FetÎ

МпО

Бр 9,15 5,36 15,25 49,9 12,58 Не 0,0018 2,58 0,78 2,89 0,22

Бр 9,29 5,43 15,30 49,3 12,64 ана- 0,0018 2,56 0,82 2,73 0,23

ГА 0,60 0,27 4,07 63,18 16,39 ли- 0,0081 9,01 2,94 0,35 6,32

ГА 0,57 0,26 4,05 62,9 16,78 зи- 0,0085 8,93 2,88 0,35 0,32

Гк 0,79 0,31 3,26 72,69 12,66 ро- 0,0073 3,10 5,62 0,35 0,033 ся

Составитель Б ° Широков

Редактор Л. Пчолинская Техред И.Ходанич

Корректор С. Шекмар

Заказ 4122/40 Тирах 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

Гк 0,76 0,32 3,36 73,24.12,60 вал- 0,0069 3,13 5,60 0,35 0,032