Способ атомно-флуоресцентногоанализа и устройство для егоосуществления

 

ц805144

Союз Советски и

Социали тичесиии

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.03.79 (2l )2739760/18-25 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 15.02,81. Бюллетень М 6.

Дата опубликования списания 15.02 81 (51)М. Кл.

G 01 N 21/64

Гасудврстнвиный комитет

ВОСР нв делам изобретений н етирытнй (И) УДК535.37 (088.8) (72) Asm p изобретения

В. И. Ригин

Г

В

s

Красноярский филиал Государственного всесоюзного научно-исследовательского института строительных материалов и конструкций им. П. П. Будникова . (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ АТОМНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области ана-1 литической химии, к разделу копичественl ного определения особо тугоппавких материалов в природных ь промышленных объектах методами атомной спектроскопии.

Известен способ атомно флуоресцентного анализа

Наиболее близким к:предлагаемому является способ атомно;флуоресцентного анализа, включающий возбуждение вещества и регистрацию его атомной флуорес о ценции, Недосгатком известного способа является низкая чувствительность н точность анализа и ограниченность его применения, а именно: невозможность определения эпе!

5 ментов, дпя которых энергия диссоциации

- окислов и карбидов выше энергии диссоцнации атома. К числу этих элементов относятся такие промышленно важные металлы, как

20 .цирконий, графит, ниобий, тантал, уран, торий, скандий, редкоземельные элементы.

При определении элементов с очень высокими температурами атомизации чувствительность и точность атомно флуоресцентного анализа оказываются очень низкими из-за малой концентрации свободных атомов в паровой фазе.

Цепь изобретения - повышение чувствительности и точности анализа, а также расширение его функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что определяемый элемент превращают в соединение, испаряющееся без разложения, пары этого соединения с помощью инертного газа подают в реактор, куда одновременно с помощью инертного газа вводят пары щелочного металла, после чего образовавшиеся свободные атомы определя- емого элемента вместе с другими продуктами реакции и избытком паров щелочного металла потоком инертного газа вводят в измерительную кювету.

При проведении метаплотермчческого восстановления в газовой фазе путем действия паров щелочного металла на пары

808144 соединения восстанавливаемого металла отдельные атомы щелочного металла реагируют с отдельными молекулами соединения восстанавливаемого металла. Конечным результатом реакции восстановления являются отдепьные атомы опредепя« емого элемента и мопекулы соединения щелочного металла. Избыток щелочного металла не мешает определению, так как линии резонансной фпуоресценции определяемого эпемента и щелочного металла лежат в разных областях спектра.

Атомы определяемого соединения находятся в продуктах реакции восстайовления в состоянии холодного пара — метастабильном состоянии в определенном смыспе аналогичном состоянию пересьпценного пара. Концентрация атомов определяемого элемента в газовой фазе во много раз превосходит равновесную концентрацию для данной температуры. Благодаря этому фактору количество .атомов определяемого элемента, способных фпуоресцироватть под действием возбуждающего изпучения, оказывается весьма значительным, что обеспечивает высокую чувствитепьность опредепения.

Исключительно высокие восстановительные свойства щепочных металлов позволяют получать атомы определяемого эпемен та путем восстановпения любых соедине,ний - гапогенидов, нитратов, супьфатов, комплексных и металлоорганических сое-. динений. Температура испарения выбирается в соответствии с температурой кипения срединения определяемого элемента, используемого для анализа — она допжна быть на 30- 0,С выше температуры ки0 пения, чтобы избежать конденсации при слу"айных охпаждениях аппаратуры. В 7о же время температура испарения должна . быть ниже температуры разложения используемого соединения.

Температура паров щелочного метапла - восстановителя должна быть выше температуры кипения, чтобы обеспечить необходимую концентрацию щелочного металла в реакторе, где происходит восстановление. Температура в зоне восстановпения и в измерительной кювете должна быть выше температур кипения всех продуктов реакции за исключением опредепя емого эпемента. Таким образом, температурные усповия определения подбираются для каждого конкретного случая на ос» нове свойств определяемого Элемента, его соединений и свойств используемого . щелочного металла.

55 ным газом, нагретым до требуемой температуры в нагревателе 13, снабженном огнеупорной насадкой 14 и нагревательной спиралью 15. В камере-атомизаторе происходит реакция восстановления, продукты реакции и избыток паров щелочного металла поступают в измерительную кювету 16, где производят возбуждение и измерение атомной флуоресценции.

В известных способах атомизацию об разца проводят, как правило, при темпео ратурах выше 2000 С. Высокая температура обуславливает высокий уровень теплового излучения; очень высокий уровень фонового излучения создается при этих температурах также за счет свечения углеродных соединений. С Й, С>, СО и т.д.

Для измерения фпуоресцентного излучения

10 определяемого элемента требует=я обяза тельная монохроматизация, чтобы отстроиться от помех, вызываемых фоновым тепловым излучением. Бездисперсионные измерения в этих способах можно провесi5 ти с точностью только в виде исключения, как правило, ошибка измерения оказывается при этом слишком большой.

В предлагаемом способе температура атомизации и измерения атомной флуоресценции существенно ниже. Она определяется температурами кипения используемого щелочного металла и соединения опредепяемого элемента. Она не превосходит о

1500 С., благодаря чему резко снижается уровень теплового излучения, улучшаются усповия регистрации флуоресценции, появляется возможность бездисперсионного определения многих элементов..Соответственно существенно снижается стоимость аппаратуры для анализа.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство для осуществления способа; на фиг. 2 - калибровочный график для определения циркония, 35

Устройство содержит испаритель 1

Ф снабженный лодочкой 2 дпя помещения пробы соединения анализируемого элемента и нагреватепем 3. Образующиеся в . испарителе пары соединения определяемо4О го элемента потоком инертного газа, нагретого до требуемой температуры в камере 4 с насадкой 5 из огнеупорного ма- териала и нагревательной спиралью 6, по трубке 7 подают в камеру-атомизатор 8, температуру которой регулируют нагрева45 телем 8. Одновременно в камеру по трубке 10 из парообразователя 11, снабженного нагревательной спиралью 12, подают пары щелочного металла. Подачу паров щелочного металла производят инерт805144

Данное устройство устанавпивают вмес-. то блока атомизатора в любом серийном приборе для измерения атомной фпуорес ценции или в соответствующей установке кустарного изготовления. 5

Пример. Для определения циркония в силикатных породах измельченную пробу анализируемого вещества прокали-. вайт при 1000 С и течение 1 ч, затем о охлажденную пробу растирают в халцедо- 1Î новой ступке до тонины помола-200меш.

Навеску (100 мг растертого вещества) помещают во фторопластовы и автоклав емкостью 10 мп, охлаждают жидким азотом и приливают 2 мл трехфтористого I$ хпора. Закрывают автоклав, устанавливают в титановой обойме, нагревают в сушиш ном шкафу до 200 С и выдерживают при этой температуре в течение 45 мин. Сс тавляют охпаждаться до комнатной температуры, вновь охлаждают жидким азотом, вскрывают автоклав и прн нагревании до комнатной температуры отгоняют избыток трехфтористого хлора в тетрафторид кремния. Твердый остаток из автоклава пере

Носят в ппатиновую лодочку, которую с веществом устанавнивают в испарнтеле устройства дпя атомизации, смонтнрованного вместо бпока атомизатора в установке дпя измерения атомной фяуоресценции.

Включают поток инертного газа через испаритель, поднимают температуру испарителя и инертного газа до 500 С, одновременно через камеру - атомизатор подают пары металлического натрия при тем- у пературе 1700 С. Скорость подачи инерт-. ного газа через испаритепь сосгавляет

50 мп/мин, скорость газа; носителя ще

Найдено циркония по способу

Образец породы нейтронного активационного анализа

Остальное стандартное отклонение

Сод ержа циркон

Содержание пиркония, -3

7 10

4 10

2 ° 10

8 10

1,5 ° 10

8,16 10

3,75 ° 10

2,46 10

0,21

0,09

Андеэит

0,15

0,08

Базальт

Гранит

Га ббро

Диорит

0,25

0,11

7,88 ° 10

1,19 - 10.0,25

0,08

0,18 м

0,06

Предлагаемому, путем переведения в летучие соединения лочного металла составляет 150 мп/мин.

В качестве инертного газа используют гелий.

В камере атомизаторе происходит реакция восстановления паров смеси тетрафторида н тетрахлорида циркония, об-. разующихся при разложении пробы действием трехфтористого хпора и возгоняющихся при нагревании твердого остатка в испарителе. Попучающиеся атомы циркония в фазе холодного пара поступают вместе с продуктом реакции восстановления в иэмеритепьную кювету, где производят возбуждение и измерение атомной флуоресценции.

В качестве аналитического сигнала испо тьзуют ::интегральное значение интенсивности фпуоресценции, определяемое интегрированием тока фотоумножителя эа время измерения флуоресценции.

Источником возбуждения атомной фпуоресценции, спужит ксеноновая лампа

ЛКоШ мощностью 1000 Вт. Регистрацию атомной фпуоресценции проводят при длине волны 360,12 нм, приемником изпучения спужит фотоумиожитепь ФЭУ-52.

Ток фотоумножитепя усиливают импупьсным усипителем УИС-1, снабженным амппитудно-дифференцианьным дискриминатором АЛ,П-З и линейным измерителем скорости счета импульсов, выход которого согласован с самописцем ЛКС С02.

Калибрование прибора для измерения атомной флуоресценции производят по чистым материалам с известным содержанием циркония.

Результаты определения циркония в силикатных породах представнены в таблице.

808 144 с целью повышения чувствитепьности и точности анализа, а также расширения его функциональных возможностей, определяемый эпемент переводят в соединеS ние, испаряющееся беэ разложения, подают пары этого соединения в реактор, вводимого одновременно с ларами щелочного металла, после чего образовавшиеся свободные атомы определяемого элемента

30 вместе с другими продуктами реакции и избытком паров щелочного металла вводят в измерительную кювету.

1. Способ атомно-флуоресцентного анализа, вкпючающий возбуждение вещест» И ва, содержащего определяемый эпемент и регистрацию его атомной улуоресценции,отлича ющи йся тем,что, Параллельно те же образцы горных пород анапиэируют иа содержание циркония нейтронным активационным анализом путем облучения образца в течение 10сут в ядерном реакторе, выдерживания в течение 20 сут„экстракционного разделения полученных изотопов и определения актив ности на многоканальном анализаторе, Подученные резупьтаты принимают за эталонные.

Иэ данных таблицы видно, что предла гаемый способ дает результаты, хорошо согласующиеся с данными нейтронного ак-; тивационного анализа, точность предлагаемого способа выше. Затраты времени на проведение единичного анализа по предлагаемому способу составляют 3 ч, на определение нейтронным активационным ана- лизом свыше 30 сут.

Ф орму па изобретения

2. Устройство дпя осуществления способа по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно состоит из камеры-атомиэатора с нагревателем, имеющим два входа, один иэ которых соединен с испарителем для инертного газа с нагревательной спиралью, вход которого соединен с нагрева телем, снабженным огнеупорной насадкой и нагревательной спиралью, а другой - с испарителем, снабженным лодочной для анализируемого вещества, вход которого соединен с нагревательной камерой с огнеупорной насадкой и нагреватепьной спиралью, а выход камеры - атомизатора соединен с измерительной кюветой.

805 144

Cg+, лА-с

10Ш

КС аОИ ПВВ ЮИ ММ,2+в бо0ержанив. Я з, ю

Фиа.2

Составитель,.2. Карманова

Редактор М. Петрова Техред ж.кастелевич Корректор И Вабннел

Заказ 10868/63 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений а открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород„ул; Проектнаи, 4