способ атомно-абсорбционного анализа жидких проб и атомно- абсорбционный спектрометр для осуществления способа (варианты)
Классы МПК: | G01N21/74 с использованием беспламенного распыления, например графитовых печей |
Автор(ы): | Садагов Ю.М. |
Патентообладатель(и): | Товарищество с ограниченной ответственностью "Кортэк" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-08-29 публикация патента:
20.02.1998 |
Группа изобретений относится к способу атомно-абсорбционного анализа жидких проб и атомно-абсорбционному спектрометру для осуществления способа (варианты). Способ заключается в том, что аликвоту пробы, содержащей определяемый элемент, нагревают до температуры атомизации этого элемента в трубчатой печи сопротивления с помощью электрического тока, через полученный атомарный пар пропускают поток резонансного излучения, при этом на атомный пар воздействуют переменным магнитным полем, направленным параллельно потоку резонансного излучения, после чего регистрируют разность значений абсорбционности при нулевых и экстремальных значениях магнитной индукции и по разности этих значений определяют концентрацию элемента в пробе, при этом нагревание пробы проводят при условии, что направление электрического тока в трубчатой печи сопротивления является параллельным центральной линии магнитной индукции магнитного поля. 3 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ атомно-абсорбционного анализа жидких проб, заключающийся в том, что аликвоту пробы, содержащей определяемый элемент, нагревают до температуры атомизации этого элемента в трубчатой печи сопротивления с помощью электрического тока, через полученный атомный пар пропускают поток резонансного излучения, при этом на атомный пар воздействуют переменным магнитным полем, направленным параллельно потоку резонансного излучения, после чего регистрируют разность значений абсорбционности при нулевых и экстремальных значениях магнитной индукции, и по разности этих значений определяют концентрацию элемента в пробе, отличающийся тем, что нагревание пробы проводят при условии, что направление электрического тока в трубчатой печи сопротивления является параллельным центральной линии магнитной индукции магнитного поля. 2. Атомно-абсорбционный спектрометр, содержащий оптически связанные трубчатую печь сопротивления с токоподводящими электродами, источник резонансного излучения, электромагнит, в воздушном зазоре которого размещена трубчатая печь, систему обработки сигналов, причем продольная ось симметрии полюсных наконечников электромагнита расположена на продольной оси трубчатой печи сопротивления, отличающийся тем, что токоподводящие электроды размещены по торцам трубчатой печи сопротивления и каждый из них имеет выемку для размещения полюсных наконечников электромагнита. 3. Атомно-абсорбционный спектрометр, содержащий оптически связанные трубчатую печь сопротивления с токоподводящими электродами, источник резонансного излучения, электромагнит, в воздушном зазоре которого размещена трубчатая печь, систему обработки сигналов, причем продольная ось симметрии полюсных наконечников электромагнита расположена на продольной оси трубчатой печи сопротивления, отличающийся тем, что токоподводящие электроды размещены по торцам трубчатой печи сопротивления и каждый из них имеет выемку для размещения полюсных наконечников электромагнита, при этом магнитопровод электромагнита выполнен из 2-х частей Ш-образной формы, крайние выступы которых замкнуты, а средние представляют собой полюсные наконечники. 4. Спектрометр по п.2 или 3, отличающийся тем, что токоподводящие электроды выполнены со сквозной прорезью от боковой поверхности до центра.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способу и устройству для анализа жидких проб на содержание элементов методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии с использованием эффекта Зеемана (расщепление спектральных линий в магнитном поле). Метод атомно-абсорбционного (АА) спектрального анализа основан на поглощении резонансного излучения свободными атомами элемента. Метод заключается в том, что пробу с определяемым элементом переводят в состояние атомного пара путем ее нагревания и испарения, при котором кроме атомов элемента может присутствовать фон (частицы и молекулы), поглощение резонансного излучения которыми приводит к появлению систематической погрешности измерений. Для автоматической коррекции фонового поглощения используют обратный эффект Зеемана, для чего испарение пробы производят в магнитном поле. При этом в зависимости от взаимного расположения силовых линий магнитного поля и направления потока резонансного излучения (перпендикулярно или параллельно друг другу) имеет место продольный или поперечный обратный эффект Зеемана, соответственно. Известен способ атомно-абсорбционного анализа жидких проб (см. заявку ФРГ N 3809212, G 01 N 21/71, 1989), заключающийся в том, что аликвоту пробы нагревают до температуры, необходимой для ее перевода в атомарное состояние (атомный пар). Нагревание пробы производят в графитовой трубчатой печи электрического сопротивления, пропуская через печь электрический ток. Через пар пробы пропускают поток резонансного излучения. На пар пробы воздействуют переменным магнитным полем, линии магнитной индукции которого параллельны потоку резонансного излучения. В известном способе нагревание пробы проводят таким образом, что направление электрического тока, проходящего через трубчатую печь сопротивления перпендикулярно направлению магнитного поля в центральной его части, через которую проходит поток резонансного излучения. В параллельном потоку резонансного излучения магнитном поле атомные линии поглощения расщепляются на две группы компонентов, смещенных симметрично относительно "невозмущенной" атомной линии поглощения (продольный обратный эффект Зеемана). Коэффициент атомного поглощения резонансного излучения зависит от величины магнитной индукции, изменяясь от максимального значения при нулевых значениях индукции до минимальных - при экстремальных значениях. Кроме атомов в паре пробы присутствует фон (молекулы и частицы). Коэффициент фонового поглощения или ослабления резонансного излучения не зависит от магнитной индукции. Измеряются значения суммы коэффициентов атомного и фонового поглощения при нулевом и экстремальном значениях магнитной индукции. Выходной сигнал, равный разности этих значений, зависит только от концентрации определяемого элемента в пробе и не зависит от наличия фона. Для осуществления этого способа в заявке ФРГ N 3809212 описан атомно-абсорбционный спектрометр, содержащий оптически связанные источник резонансного излучения, электромагнит переменного тока, в воздушном зазоре которого размещена трубчатая печь сопротивления так, что ее продольная ось симметрии совпадает с продольной осью симметрии полюсных наконечников электромагнита (продольное поле). Электрический ток к трубчатой печи сопротивления подводится перпендикулярно ее продольной оси через токоподводящие электроды, соединенные с боковыми поверхностями трубчатой печи (поперечный нагрев). Недостатком известного решения является то, что одновременно с печью должны нагреваться до той же температуры участки токоподводящих электродов, непосредственно прилегающие к поверхности печи. Иначе пространственное распределение температуры газа внутри печи будет существенно неоднородным. Нагрев печи вместе с токоподводящими электродами обуславливает медленный разогрев печи до температуры атомизации (скорость разогрева не превышает 1300oC/с). Это приводит к увеличению времени испарения пробы и к "растягиванию" АА сигнала (импульса) во времени. В конечном итоге уменьшается чувствительность АА измерений (увеличиваются характеристическая масса и концентрация) и ухудшаются (увеличиваются) пределы обнаружения элементов. При прохождении через трубчатую печь электрического тока, направленного перпендикулярно продольной оси симметрии печи, наводится дополнительное магнитное поле, направленное вдоль этой оси, т.е. совпадающее по направлению с основным магнитным полем в воздушном зазоре электромагнита. Дополнительное магнитное поле изменяется с сетевой частотой. Разность фаз основного и дополнительного магнитных полей приблизительно равна 45o, поскольку индуктивность основной магнитной цепи намного больше индуктивности дополнительной магнитной цепи. Следовательно, когда основное магнитное поле проходит через нулевые значения, дополнительное поле достигает экстремальных значений. Эти значения приблизительно равны 0.03 Т, что составляет 2-5% от экстремальных значений магнитной индукции основного поля. Наличие дополнительного переменного поля приводит к увеличению кривизны аналитической зависимости выходного сигнала от концентрации определяемого элемента, что приводит к сужению динамического диапазона измерения концентраций и увеличению систематической погрешности измерения концентраций, прилегающих к верхней границе динамического диапазона. также из патента ФРГ N 4108544, кл. G 01 N 21/71, 1994 известен атомно-абсорбционный спектрометр, в котором ток к трубчатой печи сопротивления подводится параллельно ее продольной оси через токоподводящие электроды, соединенные с торцевыми поверхностями печи (продольный нагрев), а линии магнитной индукции перпендикулярны продольной оси трубчатой печи (поперечное поле). Для этого графитовая трубчатая печь сопротивления помещена в воздушный зазор электромагнита переменного тока таким образом, что продольная ось симметрии полюсных наконечников электромагнита перпендикулярна продольной оси симметрии трубчатой печи, а токоподводящие электроды прилегают к торцам печи, причем токоподводящие пластины выполнены в виде сплошных пластин с отверстием для прохождения резонансного излучения через внутреннюю полость печи. В магнитном поле, поперечном потоку излучения, имеет место поперечный обратный эффект Зеемана, в котором кроме двух групп компонентов, поляризованных параллельно направлению магнитного поля, смещенных симметрично относительно "невозмущенной" атомной линии поглощения, присутствует несмещенный компонент, плоскость поляризации которого перпендикулярна магнитному полю, а положение которого совпадает с положением "невозмущенной" атомной линии поглощения. Для реализации вышеописанного алгоритма АА измерений в аналоге необходимо использовать только линейно поляризованное резонансное излучение, плоскость поляризации которого параллельна направлению магнитного поля. Для этого используется, соответствующим образом ориентированный, линейный поляризатор, устанавливаемый на оптической оси до или после печи. Фактически в известном решении используется менее 50% интенсивности аналитической резонансной линии, причем коэффициент пропускания излечения резко уменьшается (не превышает 10%) в ультрафиолетовой области спектра (![способ атомно-абсорбционного анализа жидких проб и атомно- абсорбционный спектрометр для осуществления способа (варианты), патент № 2105288](/images/patents/366/2105064/955.gif)
- повысить чувствительность в 5-10 раз (в зависимости от определяемого элемента) за счет увеличения скорости разогрева трубчатой печи сопротивления до 10000oC/с. - уменьшить систематическую погрешность измерений концентраций в 2-3 раза за счет уменьшения времени испарения пробы при быстром разогреве печи и за счет увеличения степени однородности магнитного поля;
- расширить динамический диапазон АА измерений на 30-50% за счет уменьшения влияния дополнительного магнитного поля и за счет увеличения степени однородности магнитного поля.
Класс G01N21/74 с использованием беспламенного распыления, например графитовых печей