Способ определения коэффициентов атомизации свинца

 

Изобретение относится к области атомной и молекулярной физики. Целью является повышение чувствительности, селективности и точности определения . Проводят двухступенчатое возбуждение атомов свинца до уровня 8р5Д лазерным излучением с длинами РОЛИ на каждой ступени соответственно 283,24„«,283,35нм и 60015н„ 600, 25,„ . Спектральная плотность мощности раина соответственно р, ь 10 ВТ/CMS р.;. 1,3-10 Вт/см2. . Последующая фотоионизация возбужценнык атомов осуществляется с длиной волны Л, ни. Снимают зависимость фотоионизационного сигнала U от спектральной плотности мощности ,, кае рори рфи изменяют до значений р „ при которых наблюдается отклонение от линейной зависимости U Ардц,, где А - константа, такое, при котором и ( 1/2 Аp Определяют и 2U (р ф и рассчитывают коэффициент атомизации по формуле

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТ ET

ПО ИЗОНРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ ССа

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - --:

И ABTOPCHOMV СвйДЕТЕЛЬС ГВУ (46) 30,05.92. Бюл. Р 20 (21) 4239530/25 (22) 30.04.87 (71) Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (72) А.Г. Марунков и Н,В. Чекалин (53) 543.42 (088.8) (56) Марунков А. Г., Чекалин Н.В, Экспериментальные исследования предельных воэможностей пламенного атомно-ионизационного спектрометра. .КАХ, 987; вып. 4 . 640-64.1 .

2. L. de Га1ап, G.F. Samaey: Measurement of degrees of atomization

in premixed laminar flames" Spectrochim. Acta, 1970, ч. 25 В, 245.

Ъ, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭ»ИЩИЕНТА

АТОМИЗАЦИИ СВИНЦА (57) Изобретение относится к области атомной и молекулярной физики . Целью является повышение чувствительности, селективности и точности определения. Проводят двухступенчатое возбуждение атомов свинца до уровня

Изобретение относится к области атомной и молекулярной физики и касается аналитической лазерной спектроскопии, оно может быть использовано для определения важного физического параметра — коэффициента атомизации элемента в пламени, определяющего чувствительность элементов в пламени спектроскопическими методами. Знание коэффициента «томизации необходимо и лри uaó÷енни про8р Д, лазерным излучением с длинами голн на каждой ступени соответствен. но 783 24„„

6 -> 10 вт/см, pz 1,3 .10 Вт/см ° см, Последующая фотоионизацня возбу>кценных атомов осуществляется с длиной волны 9 1270 нм. Снимают зависи мость фотоионизационного сигнала U от спектральной плотности мощности нас

„изменяют до значений при которых наблюдается отклонение от линейной за ви си мости U А Р > > где А — константа, такое, при котором U (б „= 1/2 А р" . Опреде"

Мах иа ляют U = 2U ($ „и рассчитывают коэффициент атомизации по формуле

P = CU /(е V N ), где С - емкость коллектор-горелка; 7 — эасвечиваемый объем пламени е — заряд электрона;

М 1 — концентрация определяемого элемента в пламени. 1 з.п.ф-лы,2 ил. цессов происходящих в пламени — кинетики химических реакций и т.д.

Целью изобретения является повышение чувствительности. селективности и точности определения.

На фиг.1 изображен график зависимости фотоионизационного сигнала U от спектральной плотности мощности !

>,; Ha фиг.2 — график зависимости коэффициента атомизации от состава пламени . ности и при О = о"" U(ü" ) .=

1/2 А О 1,2 U ..Используя зти соотношения из кривой U " Г(р ) можно определить значения P и U нас

10 Зная U(p, ) легко определить число образующихся и регистрируемых элекCU тронов Ne = — при условии что рее

9 гистрирующая система работает в режиме интегрирования сигнала .(RC»

/ «% с

>> c, где с„„„- длительность электронного импульса) .

П р и и е р. Определение. зависимости коэф4ициента атомизации свинца от состава пламени ацетилен-воздух.

Была выбрана трехступенчатая схе" ма Аотоиониэации в коитиниум, Для возбуйдения использовались два лазефа иа красителях (5 н фз ) и.

Nd-TAG лазер (3 н). спины волн лазерОВ на красителях выбирались так, где V - Возбуждаемый .объем; Щ

U - амплитуда ионизацнонного сигнала «

С - емкость коллектор-горелка; .е " заряд электрона, 1 плОтнОсть мОщности лазерЙого излучения ври фотоио"" низа цни «

Лля процесса ступенчатой Фотоио" низацни значение 0" соответствует перевсДУ всех атомов с нижиегo воз бумдаемого уровня в НОиы и пропОр

ЦИОнапьно. копйчеству свОбОДных ате мов в возбужденном объеме пламени.

Для orJределенйя О " достаточно снять завнсимост* U f(pэ) при .условии насыщения на остальных сту.пенях до 1" . где p Определя..ется следующим Образом: при малых значениях р, U " А" p,где А - коэ44иI

Ддя опрейелення концентрации свободных атомов в ламени используется их селективное возб ждение и ионизация с последующей регистрацией Образовавпл хся заряженных частиц. Для этого этого известный объем пламени облучается лазерным излучением с волнами, имеющими длину совпадающую с линиями поглощения на последовательных переходах распьгяемого в пламя элемента, к Оэффи ци е нт а томиза" ции котОрОгО Определяется В резуйь тате Йтбмы переводлтся В высОКОВОэбужденные электронные состояния, из которых они затем Фотоионизируются

«излучением лазера ионизирующей ступени «Образовй вшиесн при займ злек троны и ионы регистрируются.помещен"

Bb3N 5 пламя коллектором э ряженных части@ с эффективностью 1. Спектральная нлотHocTb мощности лазерного излучения Й должна быть такова чтобы

+3

Обеепечить режим Оптич ескОГО насы

ЩЕНИЯ Воэбуждаемых переходов, Нри . зтои копичество атомов на возбужденныхх уровнях ие зависит От вероятнос

T9N ЙЩВЕХ@ЦОВ у а ОНРЕДЕЙЯЕТСЯ ТМИько соотмойеинем статвесов J÷èñTýÿÎùèê в воз 6 03Щейий уро&н ей «Если Нижний яиженв, с кетлеровo производится

Возбуждени е р JJ вля ется Основ ным и 09 нем находитСЯ болЬиая часть ТОМОВ э то Ыонцентрацня свободных атомов и",„следующая:

Ие CU

И = авиа — — —-7 еЧ циент пропорциональности. С ростом. наблюдаются отклонения от линейчтобы энергни квантов совпали с энергиями носзмдовательных резонаисвцх переходов в атоме свинца:

Ф 3, (ОснОВИОе з 8 1) состояние) Кирины линий ноглощения на соответствующих перехсщах в пламени состав- ляютм с 0,1 нм, поэтому для эффективного поглощения лазерного излучЕ- ния ат<жом длины Волн лазеров должны лежать в интерваяе

283, 25 нм %, «< 283,35 нм

6ОО, Л нм З, а ЬОО,1З а

Для @отоионизацни атбма свинца нз

Возбужденного состояния Зр D необходимо, чтобы энергия кванта излучения Я< „превышалa величину фЕ

Е - Еа",где Б. - потенциал ионнза-.

Дии атом, Ke - энергия возбувдаемого состояния. Для свинЦа для состояния 8 9„ЬЕ « О 975 Эв ОткуДа следует9 что A „É 1270 нм.

Из приведенных параметров лазеровВидно что они удовлетворяли поставленным условиям, Параметры лазеров: Я, 3„„„

Ф „Е„,„д 12 ИДН, бз, „« 15 нс, 44- см Е„ в 2,мДН,, „* 10 нс, 6g О,З см-, °

5 14681

Эксперимент проводили следующим образом.

Раствор Pb(NO ) н дистиллированной воде концентрацией t00 нг/мл рас.— пылялся со скоростью 1 5 мл/мин н пламя щеленой горелки,от прибора

AAS-1. Расход воздуха 10 л/иин, соотношение ацетилен-воздух варьировалось от 1:10 до. 1:4. Коллимированные лучи лазеров, ограниченные диафрагмой диаметром 0,5 им, распространялись ндоль оси горелки на высоте

10 ми от нее. Коллектор — охлаждаемый водой параллелепипед 50<20®10имрасполагался параллельно лучам с плоскостью шириной 20 им, направленной к горелке, на расстоянии 12 мм от нее. На коллектор подавалось напряжение 800 В, горелка заземлялась.

Сигнал с коллектора через интегрирующую цепочку поступал на осцилло-. граф е

Бьжи определены значения спектральных плотностей насыщения на 2 возбуждаемых переходах (,} 10 Вт/си ° си . (% ) 1,3 ° 10 Вт/си ° си и вмбраны рабочи-е эначеютя Р и Р» обеслечиваащие режимм иасищеиия переходов @ 1 Способ Определемия коэффищ%вц

"-ов атомизации .свипща- в лнаиеиах, вкпючавищюй расльяенйе раствора, со-..держащего исследуемый элемент, в

KTMH$i » атоиизащмю злеиеитe» Оитичес" . 1á кое возбуждеиие атомов в ииаиени, регистрацию сигнала от атомов о6реде ляеиого элемента и вьмислеаее концентрации определяемого элемента и . коэффициента атойизацни, о т л и 69 ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувстнительности, селективности и точности определения козф" фициента атомизации, проводят двухступенчатое возбуждение атомов свин-, 55 ца лазерным излучением со спектральной плотностью мощности соответственно р 10 -10 вт/см си" Ре

1, 3. 10 -2 ° 10 вт/си ° см, с последующей ионизацией возбужденных

$, 1Î Иг/ в ° ccxx", Р 2» 10" Вт/см . си

Увеличение р и p< stwe указанных величин иецелееообраэво,. так как требует применения более мощных ла. зеров и может щп вести к иного@отан" ной иоиизакр и находящихся в пламени посторонних атомов и молекул и соответственно к понижению чувствительности определения Р.

В определенных выше условиях снята завнсииость фотоионизацнонного сигнала U и (p ) н диапазоне 0 + p» <

С4 -10 Вт/см» см (фиг. 1} по которой определены p"» = 3 1О Вт/си>. си . и величина U, (p " ) . .Затем по формуле (1) рассчитаны коэффициенты атомизации свинца в пламени ацетиленвоздух. Ио рассчитывалось по известной методике.

В .описанных условиях эксперимента значение коэ4фициента атомизации свинца Р и пламени ацетилен-воздух оказалось раиным 0,74М0,915 при концентрации свинца в растворе 100 нг/мл.

8 6

Вар ьиронаниеи соотношения горючий гаэ — окислитель снята зависимость коэффициента атомизации от состава пламени (фиг.2).

При концентрации свинца 100 нг/мл отношение сигнал/шум при максимальном значении р» превышает 10, что

% позволяет определять н широком диапазоне концентраций вплоть до

0,1 нг/ил — содержаний. снинца в би-, дистиллиронанной воде. Если использовать воду специальной очистки,где содержание Pb(<0,1 нг/мл и очищенные от прииесей РЬ горючий гаэ и, окислитель, чувствительность можно увеличить еще по крайней иере на порядок.

Таким образом, преимущество спосо. ба ло сравнению со способам», использующими атомную абсорбцию, состоит в том, что используется неоптическая регистрация сигнала (электронов) с эффективностью 1; 3то обеспечивает высокую чувствитель" кость метода. Нслользование режимов насвацения переходов ие требует знания сия осцилляторов, оиибка в cmyeделении которыми жает осиовиоЙ Икайся

R систеиатичесe+39 и@й рв»виоств c% редей ения кОэффийяйеитюв а% ямизай@В6 другияе метраж. Иеиаиьаовааме ступенчатогО лазерного воэбумщюмий обеспечивает высокув сенективвоств воэбущдениа, ирияциинально иареализуемую в атоико-а®сорбциоиннх методах °

Формула изобретения

1468187 ф дм Ъ

Фщ Ф

Ф, hgf ФФ А ф Р:У Ф- 4 Фф

%е/Уь, м

Составитель О. Вадтиева

Редактор Е. Кравцова Техред И.Дидык Корректор И. Шарощи

«» «»

Заказ 2443 Тираж 723 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", v. Улсгород, ул. Гагарина,101 атомов лазерным излучением с плотностью мощности 3 ° 10 -10 Вт/см ° см а 1

l снимают зависимость U(P ) фотоионизационного сигнала U or спектральной плотности мощности фиксируют зна-чение U, при котором наблюдается отклонение зависимости U(p,) от линейной И рассчитывают козФФициент атоI СП ЩФ3% мизацни по формуле $ = - где

eVN ><ц .вщ к

Г 20 „С - емкость коллектор-горелка, V - засвечиваемый объем пламени, е - заряд электрона, И концентрация определяемого элемента в пламени.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что двухступенчатое возбуждение атомов свинца осуществляют излучением с длинами волн на каждой ступени соответственно

283,25 нма 3,6. 283 35 нм и 600,15 нм4

«A 600,25 нм с последующей ионизацией лазерным излучением с длиной волны % = 1270,нм.