Способ атомизации пробы в атомно-флуоресцентном анализе и устройстводля его осуществления

Способ атомизации пробы в атомно-флуоресцентном анализе и устройстводля его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ вов869

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61 ) Допол интел ьиое к а вт. с вид- ву (22) Заявлено 31.05.79 (2l ) 2773771/18-25 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.81 Бюллетень М 8

Дата опубликования описания 03.03.81. (5! )М. Кл.

5 01 У 3/42

Веудерстовяяыб комятвт

СССР ло делам язооретвяяя в отярытяя (53) УДК 535.33 (088.8) В. И. Ригин, И. В. Ригина, Н. М. Симкин и Ю. Б. Толкачников (72) Авторы изобретения

Сибирский технологический институт МВ ССО и Красноярский филиал Всесоюзного научно-ис института строительных материалов и конструк им. П. П. Будникова МПСП СССР (71} Заявители (54) СПОСОБ АТОМИЗАЦИИ ПРОБЫ В АТОМНО ФЛУОРЕСЦЕНТНОМ АНАЛИЗЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к разделу определения содержания элементов методами атомной спектроскопии.

Известны способы атомизации пробы в атомно-флуоресцентном анализе, заключающиеся в том, что пробу анализируемого в уцества в виде раствора, взвеси в соответствующем растворителе или а виде порошка вводят в пламя горелки или в обсиреваемую полость непламенного атомизатора, где под действием высокой температуры происходит термическое разложенйе анализируемого вещества с образованием свободных атомов, флуоресценцию которых далее возбуждают и измеряют (1).

Все известные способы атомизации пробы для атомно-флуоресцентного (а также и для атомно-абсорбционного) анализа обладают общими недостатками.

Введение пробы в атомизатор в виде раствора, взвеси в растворителе или в виде порошка связано с агрегацией частиц.

Укрупнившиеся частицы вещества эа время пребывания в пламени или в горячей зоне непламенного атомиэатора не успевают прогреться до температуры полной атомизации, вследствие чего атомиэация проходит лишь в незначительной степени, что приводит к резкому снижению чувствительности и точности определения. Проба, введенная в атомизатор в виде раствора, взвеси в растворителе или порошка, взаимо1О действует с материалом горелки или кюветы непламенного атомизатора, образуя настилы и натеки, что ведет к потерям определяемого элемента, снижает чувствительность и точность определения, нару11 шает нормальную работу аппаратуры. Кроме того, при атомизации легко испаряющихся соединений анализируемое вещество испаряется и уходит из горячей зоны ато20 миэатора до достижения температуры атомизации, что приводит к резкому снижению чувствительности и точности определения.

Определение элементов, образующих при нагревании в атомиэаторе нелетучие каг

808869

1О

15 го

55 биды, окиспы, или другие тугоплавкие нелетучие соединения, не разлагающиеся до атомов при термическом воздействии, проводить невозможно, Наиболее близки к предлагаемому способ атомизации пробы в атомно-флуоресцентном анализе путем нагревания и подачи паров анализируемого вещества в р еакт ор-сме си тел ь п от ок ом итер тн ого газа, и устройство, содержащее испаритель анализируемого вещества, нагреватель инертного газа, реактор-смеситель и измерительную камеру L21.

Недостатками предложенного способа является недостаточная точность и чувствительность, что вызвано следующими причинами, Действием горячего инертного газа в атомарное состояние можно перевести только соединения с температурами атомизации, не превышающими 2000 С, при более высоких температурах известные конструкционные материалы становятся газопроницаемыми, в результате этого инертный газ, диффундируя сквозь стенки аппаратуры, уносит с собой часть атомов определяемого элемента. Невозможно определение тугоплавких элементов, образующих устойчивые при высокой температу ре, не атомиэируемые термическим воздействием соединения. Кроме того, требующаяся для атомизации. соединений ряда элементов высокая температура п1репятствует применению простых бездисперсионных систем регистрации атомной флуоресценции и существенно удорожает приборы.

Uenb изобретения — повышение чувствительности и точности анализа и измеренийй.

Указанная цель достигается тем, что в реактор-смеситель одновременно с инертным газом подают поток водорода, нагретого до температуры на 200-500 С О превышающей температуру начала взаимодействия паров анализируемого вешест» ва с водородом, что осушествляется с помошью устройства, в которое дополнительно введен индукционный нагреватель для водорода, выполненный в виде вольфрамовой трубки с внутренними перегородками, нагреваемую током высокой частоты, соединенный с реактором-смесителем, При проведении реакции водородного восстановления в газовой фазе, в потоке смеси горячего водорода с инертным газом при малом порциальном давлении паров соединения определяемого элемен-, 4 та, восстановленный элемент получается на первой стадии в виде отдельных свободных атомов, т.е. в виде атомного пара. За время, необходимое для прохождения продуктов реакции через измерительную кювету, атомы не успевают соединиться друг с другом и образовать частицы, не дающие сигнала атомной флуоресцен- . ции. Температура такого атомного пара может быть существенно ниже температуры кипения и даже температуры плавления определяемого элемента. Получается так называемый холодный,пар - метастабильное состояние вешества, близкое по характеристикам к состоянию пересыщенного пара.

При этом, концентрация атомов в газовой фазе во много раз превосходит их равновесную концентрацию для данной температуры. Благодаря этому явлению обеспе— чивается высокая чувствительность опре. деления.

Ряд элементов, образуюших устойчивые, не атомизируемые термическим воздействием соединения, легко и быстро восстанавливаются водородом до свободного состояния. Предлагаемый способ атомизации обеспечивает воэможность их определения, методом атомно-флуоресцентной спектроскопии (например, осмия, рения, вольфрама).

Образуемые этими элементами соединения устойчивы, не атомизируются действием обычно применяемых в атомнофлуоресцентном анализе температур. Про35 дуктом разложения соединений являются металлы с исключительно высокими темо пературами кипения (выше 6000 С), и термическим воздействием перевести эти элементы в атомный пар не удается.

4О

Восстановление соединений этих элемено тов в газовой фазе действием водорода позволяет получить холодный атомный пар, концентрация свободных атомов в котором достаточна для точного и чувст45 вительного атомно-флуоресцентного определения этих элементов.

Температура водорода, используемого для восстановления, определяется параметрами реакции между водородом и соединением определяемого элемента. Для того, чтобы реакция шла с достаточной скоростью, необходимо, чтобы температура аопороаа была выше температуры на чала реакции. В то же время, черезмерное повышение температуры водорода ухудшает условия определения, так как. б возрастает интенсивность фонового теплового излучения, Опыт показал, что тине по предлагаемому способу, навеску аффинированной порошкообраэной платины. (100 мг) смешивают с трехкратным количеством безводного вксмутата натрия, . полученную смесь помещают в лодочку иэ двуокиси циркония и устанавлквают лодочку в испаритель устройства для атомизации. Со скоростью 50 С/с нагревают исО паритель до 500 С, подавая в испаритель гелий, нагретый до тай же температуры.

Одновременно в реактор-смесктель устрой- ства подают водород с температурой

900 С. Скорость подачи гелия 150 мл/. о

/мин, скорость подачи водорода 400 мл/.

/мин. При нагревании с висмутом натрия, содержащийся в платине осмий превращается в летучую четырехокись осмия, которая вместе с гелием поступает в реактор-смеситель. В реакторе происходит реакция восстановления четырехокиси осмия до металлического осмин, холодный пар осмкя вместе с другими продуктами реакции поступает в измерительную кювету, где производят возбуждение и измерение атомной флуоресценции. Устройство для атомизации устанавливают вместо блока атомизации. Источником возбуждающего излучения служит лампа с охлаждаемым полым катодом, приемником излучения — солнечно-слепой фотоумножитель

P-166.

Аналитическим,сигналом является интегральная интенсивность флуоресценции, определяемая как плошадь под кривой сила фототока — время на диаграмме регистрирующего устройства. Калибрование установки проводят по образцам аффинированной платины с известным содержанием осмия.

Параллельно образцы анализируемой аффинированной платины исследуют на содержание осмия методом нейтронного активационного анализа, путем облученкя

43 . образца в атомном реакторе Норильского горнометаллургического комбината с последующим измерением наведенной радиоактивности. Этот способ, благодаря его высокой чувствительности и надежности, берут. для сравнительной оценки получаемых результатов.

Полученные результаты представлены в таблице.

5 808В69 температура водороца, на 200-500 С превышает температуру начала реакции восстановления, обеспечивает достаточную скорость реакции при невысоком уровне фонового излучения; максимальная температура .водорода 1700 С. о

Введение соединения определяемого элемента в реактор с помощью инертного газа предотвращает возможность мгновенного (взрывного) взаимодействия меж- 10 ду этим соединением и водородом, способствует образованию и увеличению времени жизни холодного атомного пара определяемого элемента.

На чертеже изображено устройство для 1$ осуществления предлагаемого способа.

Анализируемое вещество в лодочке 1 помещают в испаритель, представляющий собой трубку 2 из огнеупорной керамики, снабженную нагревательной обмоткой 3. 2я

Инертный газ, используемый для транспорта паров анализируемого вещества, нагревают до температуры испарения анализируемого вещества в нагревателе, представляющем собой трубку 4 из двуокиси циркония, внутри которой уложенавольфрамовая спираль 5, нагреваемая электрическим током. Водород нагревают до требуемой температуры в индукционном нагревателе 6, представляющем со бой вольфрамовую трубку с внутренними перегородками, нагреваемую током высокой частоты. Инертный газ, содержащий пары определяемого вещества, и горячий; водород подают в реактор-смеситель 7, 3S представляющий собой инжекционный смеситель из тугоплавкого, не взаимодействующего с водородом материала. Продукты реакции из реактора-смесителя идут в измерительную кювету 8, где производят возбуждение и измерение атомной флуоресценции. Нагреватели и реакторсмесктель установлены в кожухе 9, заполненном аргоном под избыточным давлением 50-200 Па.

Выбор вольфрама в качестве материа-. ,ла для нагревателей обусловлен тем, что водоррд не растворяется в вольфраме до

1700 С, т.е. диффузия водорода отсутсто вует. Кроме того, металлический вольфрам при температурах до 3000 С имеет очень низкое давление пара.

Пример . Иля определения микропрнмеси осмия в аффинированной пла—

808869

Найдено осмия, % предлагаемым способом

Образец платины (1,53 + 0,02) 10 (7,75 + 0,09) 10 (4,26 + 0404) 10

{1,19 + 0,02) 10 (2,47 + 0,05) 10

10 (1,6 + 0,3) (7,5 + 0,8) (4,5 + 0,6) (1,3 + 0,2) (2,2 + 0,5) 1

3

Затрата времени на 1 анализ .

25 мин

96 час

1S газа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности анализа, в реактор-смеситель одновременно с инертным газом подают поток водорода, нагретого до температу2О ры на 200-500 С превышающей темпе4 ратуру начала взаимодействия паров анализируемого вещества с водородом, 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее испаритель ана25 лизируемого вещества, нагреватель инертного газа, реактор-смеситель и измерительную камеру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений в него дополнительно введен индукционный нагреватель для водорода, выполненный в виде вольфрамовой трубки с внутренними перегородками, нагреваемой током высокой частоты, соединенный с реактором-смеси35 телем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ЖАХ, 1977, т. 32, No. 3, с. 596-621.

40 2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2621568/25, кл.0015 3/42

16.11.78 (прототип).. Предлагаемый способ превосходит способ нейтронного активационного анализа по точности и скорости определения.

Обеспечивается возможность атомнофлуоресцентного определения элементов, которые ранее этим методом анализа определять было нельзя, в частности, осмия и рения, все известные способы определения микроколичеств которых, связаны с очень большими трудностями.

Предлагаемый способ может быть использован в металлургическом анализе, в геохимических исследовациях, в анализе особо чистых веществ, в анализе объе ктов окружающей среды.

Предлагаемый способ газофазной атомизации с водородным восстановлением может быть использован при разработке простых бездисперсионных приборов для атомно-флуоресцентного анализа.

Формула изобретения

1. Способ атомизации пробы в атомнофлуоресцентном анализе путем нагревания и подачи паров анализируемого вещества в реактор-смеситель потоком инертного

Найдено осмия, Ъ способом нейтронного активационного анализа

HB

Составитель Е. Карманова

Редактор Е. Спиридонова Техред А.Савка .Kapperrap Н. Cree

В» \ ° » Ю ЮВ ЮЮ

Заказ 397/43 Тираж 9?8 ПОВВВСВОВ

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектнан, 4