Способ масс-спектрометрического анализа растворов

 

Использование: относится к масс-спектрометрии и может быть применено в аналитической химии для анализа растворов и концентратов микропримесей. Сущность изобретения: способ масс-спектрометрического анализа растворов включает предварительное охлаждение анализируемого раствора до температуры жидкого азота, введение замороженной пробы в ионный источник масс-спектрометра, ее ионизацию в электрическом разряде и регистрацию образующихся ионов. Согласно изобретению анализируемый раствор замораживают в отдельной камере, помещают в ионный источник и повышают его температуру до возникновения в камере тлеющего разряда в парах раствора. В случае анализа растворов воды и минеральных кислот, температуру замороженной пробы, помещенной в ионизационную камеру, повышают до 230-260 К для возникновения тлеющего разряда. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано в аналитической химии для анализа растворов и концентратов микропримесей.

Известны способы искрового масс-спектрометрического анализа растворов, основанные на ионизации замороженной пробы в высокочастотном вакуумном искровом разряде. Недостатками способов искрового масс-спектрометрического анализа растворов являются высокие значения абсолютных пределов обнаружения примесей и низкая правильность результатов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ масс-спектрометрического определения примесей в растворах, содержащих хлористоводородную кислоту в концентрации - 20-32% , включающий охлаждение анализируемой пробы с помощью жидкого азота, введение в ионный источник масс-спектрометра и ее ионизацию при температуре 200-215^оК и давлении не более 5˙10^-3 Па под действием высокочастотного напряжения. Основным недостатком известного способа масс-спектрометрического анализа растворов является необходимость добавления в анализируемый раствор хлористоводородной кислоты до концентрации ионов хлороводорода 20-32% , что усложняет операцию пробоподготовки и ухудшает пределы обнаружения для элементов-примесей, которые присутствуют в хлористоводородной кислоте, вводимой в раствор.

Целью изобретения является упрощение пробоподготовки и улучшение метрологических характеристик способа, а именно, пределов обнаружения по тем элементам, которые содержатся в хлористоводородной кислоте, добавляемой в анализируемый раствор.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе масс-спектрометрического анализа растворов, включающем предварительное охлаждение анализируемого раствора до температуры жидкого азота, введение замороженной пробы в ионный источник масс-спектрометра и ее ионизацию в электрическом разряде, анализируемый раствор замораживают в ионизационной камере, помещают в ионный источник и повышают его температуру до возникновения в камере тлеющего разряда в парах раствора. В случае анализа растворов воды и минеральных кислот, температуру замороженной пробы, помещенной в ионизационную камеру, повышают до 230-260^оК, при этом давление насыщенных паров этих растворов составляет 1-10 Па и под действием высокого напряжения в ионизационной камере возникает тлеющий разряд.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что анализируемый раствор замораживают в ионизационной камере, помещают в ионный источник и повышают его температуру до возникновения в камере тлеющего разряда в парах раствора, при этом давление в ионизационной камере составляет 1-10 Па (в известных технических решениях ионизация пробы осуществляется непосредственно в камере ионного источника при давлении не более 5˙10^-3 Па; в случае анализа растворов воды и минеральных кислот температуру замороженной пробы в ионизационной камере повышают до 230-260 К для возникновения тлеющего разряда (по прототипу добавляют в анализируемый раствор хлористоводородную кислоту, а температуру охлаждения выбирают в диапазоне 200-215К).

Указанные отличительные признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, что обеспечивает их соответствие критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ реализован следующим образом.

Пробу анализируемого раствора объемом 0,1-0,5 мл помещают в ионизационную камеру, содержащую два электрода и имеющую отверстия для откачки и эмиссии образующихся ионов в направлении входного отверстия масс-спектрометра. Ионизационную камеру с пробой охлаждают до температуры жидкого азота ( ≈77К), устанавливают в ионный источник масс-спектрометра на расстоянии 1-5 мм от входного отверстия, подключают токоподводы и закрепляют теплоотвод. Ионный источник откачивают до давления ≈10^-3 Па и подают высокое напряжение на электроды ионизационной камеры. Затем с помощью теплоотвода постепенно повышают температуру пробы до 230-260К, при этом давление паров растворов, содержащих воду и минеральные кислоты, достигает 1-10 Па и в ионизационной камере возбуждается тлеющий разряд, в котором происходит ионизация содержащихся в растворе элементов-примесей. Разряд поддерживается самостоятельно и продолжается до полного испарения анализируемой пробы. Скорость испарения и условия ионизации пробы определяются током разряда, температурой и давлением паров исследуемого раствора в ионизационной камере. При реализации заявляемого способа на масс-спектрометре типа MS - 702 ток разряда составлял 0,5-1 mA при напряжении 400-600 В, скорость испарения растворов минеральных кислот при температуре 230-240 К составляла (2-5)˙10^-3 мл/мин, интенсивность ионного тока (1-2) ˙10^-10 А. Полученная интенсивность ионного тока обеспечивала набор экспозиции ≈10 нКл за 1-2 мин, что достаточно для определения до 50 элементов-примесей на уровне 10^-8-10^-11 г. Давление в ионном источнике в процессе анализа не превышало 5˙ 10^-3 Па.

Сравнение аналитических возможностей заявляемого способа с известным показывает, что предлагаемый способ позволяет существенно, на 1-2 порядка величины, снизить пределы обнаружения по Ca, Cr, Cu, Fe, K, Na и Si, определение которых ограничено их содержанием на уровне n˙ 10^-5% в хлористоводородной кислоте марки ОС. 4. 26-4, использующейся в качестве разбавителя.

Предлагаемый способ анализа растворов обеспечивает стабильный ионный ток и может быть реализован на любом масс-спектрометре высокого разрешения (M/ ΔM≥ 5000).

Использование способа наиболее эффективно при анализе высокочистых химических реактивов, концентратов микропримесей и объектов окружающей среды.

Использование предлагаемого способа масс-спектрометрического анализа растворов обеспечивает следующие технико-экономические преимущества перед известными.

Существенно упрощается пробоподготовка при анализе растворов, не содержащих хлористоводородную кислоту, в частности концентратов микропримесей и объектов окружающей среды.

Устраняются ограничения по пределам обнаружения при определении элементов-примесей, вносимых в исследуемый раствор с добавками, обеспечивающими выполнение его анализа (графитовый порошок, золото, хлористоводородная кислота). (56) Nalbantoglu, M, chem. anal. , 1966, т. 48, N 3, с. 148.

Чупахин М. С. , Крючкова О. И. Доклады АН СССР, 1970 г. , т. 193, N 2, с. 363.

Авторское свидетельство N 4708714/21 кл. H 01 J 49/26.

Давление паров над растворами неорганических веществ. Справочник под ред. В. П. Глушко, - М. , Наука, 1981 г. , с. 156.

Формула изобретения

1. СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РАСТВОРОВ, включающий предварительное охлаждение анализируемого раствора до температуры жидкого азота, введением замороженной пробы в ионный источник масс-спектрометра, ионизацию пробы в электрическом разряде, разделение и регистрацию образовавшихся ионов, отличающийся тем, что, с целью упрощения операции пробоподготовки и улучшения метрологических характеристик, охлаждение анализируемого раствора производят в отдельной камере, которую затем помещают в ионный источник и в которой путем повышения температуры сосздают условия для возникновения имеющего разряда в парах анализирующего вещества.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при анализе воды и минеральных кислот температуру замороженной пробы повышают до 230 - 260 К.