RU199394U1 - ELECTROTHERMAL TWO-STAGE ATOMIZER FOR ANALYTICAL SPECTROMETRY - Google Patents
ELECTROTHERMAL TWO-STAGE ATOMIZER FOR ANALYTICAL SPECTROMETRY Download PDFInfo
- Publication number
- RU199394U1 RU199394U1 RU2020117267U RU2020117267U RU199394U1 RU 199394 U1 RU199394 U1 RU 199394U1 RU 2020117267 U RU2020117267 U RU 2020117267U RU 2020117267 U RU2020117267 U RU 2020117267U RU 199394 U1 RU199394 U1 RU 199394U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphite
- crucible
- zone
- stage
- cylinder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/74—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using flameless atomising, e.g. graphite furnaces
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к аналитической спектрометрии, в частности к двухстадийному атомно-абсорбционному анализу. Устройство содержит размещенные друг над другом вдоль вертикальной оси цилиндрические элементы, формирующие зону испарения, зону конденсации, зону атомизации, включающую аналитическую зону, и выполнены с возможностью их нагрева электрическим током. Цилиндрические элементы выполнены из графита на базе графитового тигля для размещения в нем исследуемого образца, первый цилиндр, входящий в зону конденсации расположен над тиглем для испарения образца с теплоизолирующим зазором 0,5-2,0 мм, второй цилиндр, включающий аналитическую зону, установлен на верхнюю плоскость первого цилиндра. При этом второй цилиндр, включающий аналитическую зону, содержит сквозное отверстие, в котором размещена графитовая пористая трубка с возможностью фильтрации на второй стадии анализа испаряемых компонентов из исследуемого конденсата в аналитическую зону внутри трубки. Ось трубки совпадает с оптической осью светового потока, проходящего через аналитическую зону к спектрофотометру. При этом графитовый тигель выполнен с возможностью его замены для проведения нескольких последовательных фракционных испарений навесок исследуемого вещества, проводимых на первой стадии анализа.Что дает возможность определения малых количеств элементов в твердых образцах сложного состава. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to analytical spectrometry, in particular to two-stage atomic absorption analysis. The device contains cylindrical elements placed one above the other along the vertical axis, forming an evaporation zone, a condensation zone, an atomization zone, including an analytical zone, and are made with the possibility of heating them with an electric current. Cylindrical elements are made of graphite on the basis of a graphite crucible to accommodate a test sample in it, the first cylinder entering the condensation zone is located above the crucible for sample evaporation with a heat-insulating gap of 0.5-2.0 mm, the second cylinder, including the analytical zone, is installed on upper plane of the first cylinder. In this case, the second cylinder, including the analytical zone, contains a through hole in which a graphite porous tube is placed with the possibility of filtration at the second stage of analysis of the evaporated components from the investigated condensate into the analytical zone inside the tube. The tube axis coincides with the optical axis of the light flux passing through the analytical zone to the spectrophotometer. In this case, the graphite crucible is made with the possibility of replacing it for carrying out several successive fractional vapors of weighed portions of the test substance, carried out at the first stage of analysis, which makes it possible to determine small amounts of elements in solid samples of complex composition. 8 p.p. f-ly, 1 dwg
Description
Область техникиTechnology area
Полезная модель относится к атомной спектроскопии и предназначена для создания пучка свободных атомов в газовой фазе при количественном анализе различных объектов окружающей среды и геологических образцов атомно-абсорбционным методом.The utility model relates to atomic spectroscopy and is designed to create a beam of free atoms in the gas phase during the quantitative analysis of various environmental objects and geological samples by the atomic absorption method.
Уровень техникиState of the art
В прямом атомно-абсорбционном анализе твердых образцов и растворов сложного состава при определении малых количеств элементов применяют различные способы уменьшения влияния мешающих компонентов в аналитической зоне электротермических атомизаторов для улучшения метрологических характеристик метода. Известными и эффективными являются способ фильтрации паров образца через пористые графитовые диафрагмы - фильтры или стенки графитовых атомизаторов и способ предварительного селективного фракционного испарения образца - конденсации паров элементов с последующим анализом конденсата.In the direct atomic absorption analysis of solid samples and solutions of complex composition, when determining small amounts of elements, various methods are used to reduce the influence of interfering components in the analytical zone of electrothermal atomizers to improve the metrological characteristics of the method. Known and effective are the method of filtration of sample vapors through porous graphite diaphragms - filters or walls of graphite atomizers and the method of preliminary selective fractional evaporation of the sample - condensation of vapors of elements with subsequent analysis of the condensate.
Известно устройство, описанное в А.с. СССР. №864939 (30.12.1986) содержащее графитовый тигель, на дно которого помещается анализируемый порошкообразный образец, и локализующая ячейка цилиндрической формы, устанавливаемая на верхнюю цилиндрическую часть тигля. Локализующая ячейка содержит внутреннюю конусообразную полость, совмещенную с зоной поглощения паров вещества. В процессе нагрева и атомизации порошкообразного образца, пары определяемых элементов через конусообразную полость проходят в зону поглощения локализующей ячейки, оптически связанную со спектрометром. Графитовый тигель и локализующая ячейка снабжены независимыми контактами для нагрева. Это позволяет регулировать скорость их разогрева и оптимальную температуру тигля с образцом и температуру локализующей ячейки, в которой расположена зона поглощения. Описаны варианты, в которых нагреваемый образец размещают между дном тигля и графитовой крышкой или между дном тигля и фильтрующей графитовой пластинкой [1].The known device is described in A.S. THE USSR. No. 864939 (12/30/1986) containing a graphite crucible, on the bottom of which the analyzed powder sample is placed, and a cylindrical localizing cell installed on the upper cylindrical part of the crucible. The localizing cell contains an inner cone-shaped cavity, combined with the zone of absorption of vapors of the substance. In the process of heating and atomization of the powder sample, the pairs of the elements to be determined pass through the conical cavity into the absorption zone of the localizing cell, which is optically connected to the spectrometer. The graphite crucible and the localizing cell are equipped with independent heating contacts. This makes it possible to control the rate of their heating and the optimal temperature of the crucible with the sample and the temperature of the localizing cell in which the absorption zone is located. Variants are described in which a heated sample is placed between the bottom of the crucible and the graphite cover or between the bottom of the crucible and the filtering graphite plate [1].
Известно устройство, описанное в А.с. СССР №1448251 (30.12.1988) содержащее графитовый тигель с просвечиваемыми боковыми отверстиями в верхней части тигля через которые просвечивают пары исследуемого образца. Образец размещают в нижней части тигля. В другом варианте образец помещают в углублении верхней части вспомогательного графитового электрода, который устанавливают под дном основного тигля и при испарении образца пары проходят через поры графитового дна тигля и поднимаются вверх и регистрируются через боковые отверстия тигля. [2].The known device is described in A.S. USSR No. 1448251 (12/30/1988) containing a graphite crucible with translucent side holes in the upper part of the crucible through which the vapors of the test sample are translucent. The sample is placed at the bottom of the crucible. In another variant, the sample is placed in the recess of the upper part of the auxiliary graphite electrode, which is installed under the bottom of the main crucible and, when the sample evaporates, the vapors pass through the pores of the graphite bottom of the crucible and rise upward and are recorded through the side holes of the crucible. [2].
К недостаткам рассмотренных изобретений относится плохая воспроизводимость результатов в случае, когда при импульсном испарении образцов, содержащих сложный состав, например образцов почвы, происходит бурное выделение газов с крупными частицами и аэрозолями, которые изменяют условия и эффективность диффузии паров элементов через графитовый фильтр, что влияет на воспроизводимость результатов.The disadvantages of the considered inventions include poor reproducibility of results in the case when, during pulsed evaporation of samples containing a complex composition, for example, soil samples, there is a rapid release of gases with large particles and aerosols, which change the conditions and efficiency of diffusion of element vapors through a graphite filter, which affects reproducibility of results.
Частично указанные недостатки устраняются в конструкции графитового тигельного атомизатора, состоящего из двух блоков: графитового тигля, в котором формируется зона испарения и цилиндрической ячейки, в которой дополнительно формируется зона атомизации. В верхней части цилиндрической ячейки установлена графитовая пористая трубка, внешний диаметр трубки несколько меньше внутреннего диаметра цилиндрической ячейки и возможен выход газообразных продуктов из устройства. Тигель и цилиндрическая ячейка снабжены независимыми электроконтактами. Твердый образец помещается в тигель и его импульсно нагревают до температуры испарения - атомизации определяемых элементов. Вследствие диффузионно-конвективных процессов пары образца поступают в независимо нагреваемую зону атомизации и, после фильтрации через пористые стенки графитовой трубки, проходят в просвечиваемую аналитическую зону в полости графитовой трубки [3].These disadvantages are partially eliminated in the design of a graphite crucible atomizer, which consists of two blocks: a graphite crucible, in which an evaporation zone is formed, and a cylindrical cell, in which an atomization zone is additionally formed. In the upper part of the cylindrical cell, a porous graphite tube is installed, the outer diameter of the tube is slightly less than the inner diameter of the cylindrical cell, and the exit of gaseous products from the device is possible. The crucible and the cylindrical cell are equipped with independent electrical contacts. A solid sample is placed in a crucible and is impulsively heated to the temperature of evaporation - atomization of the determined elements. Due to diffusion-convective processes, sample vapors enter the independently heated atomization zone and, after filtration through the porous walls of the graphite tube, pass into the translucent analytical zone in the cavity of the graphite tube [3].
Однако эффективность работы данного устройства ограничена и тем, что анализ проходит в одну стадию и отсутствует возможность увеличения сигнала за счет анализа накопленных исследуемых компонентов образца, которые оседают на внутренних поверхностях цилиндрической ячейки.However, the efficiency of this device is also limited by the fact that the analysis takes place in one stage and there is no possibility of increasing the signal due to the analysis of the accumulated components of the sample, which are deposited on the inner surfaces of the cylindrical cell.
Известны конструкции тигельных атомизаторов, которые работают в двухстадийном режиме. На первой стадии проводят селективное фракционное испарение образца и осаждение исследуемых компонентов образца на дополнительных введенных в конструкцию накопителях. На второй стадии нагреваются накопители с осажденными на них конденсатами (термомодифицированными компонентами образца) и проводится детекция паров в значительной степени, вследствие проведения первой стадии, очищенных от частиц, аэрозолей и матричных компонентов, что уменьшает помехи в аналитической зоне. В качестве накопителей-атомизаторов используют разные конструкции.Known designs of crucible atomizers that operate in a two-stage mode. At the first stage, selective fractional evaporation of the sample and the deposition of the studied components of the sample on additional accumulators introduced into the structure are carried out. At the second stage, accumulators with condensates deposited on them (thermally modified components of the sample) are heated and vapors are detected to a large extent, due to the first stage, cleaned of particles, aerosols and matrix components, which reduces interference in the analytical zone. Different designs are used as storage-atomizers.
Известен патент РФ №2370755 (20.10.2009) в котором описано устройство, включающее: электротермический испаритель, выполненный в виде графитового или металлического тигля, атомизатор, выполненный с возможностью его нагрева электрическим током, и спектрометр. Атомизатор выполнен в виде спирального нагревательного элемента из тугоплавкого электропроводящего материала с возможностью импульсного нагрева от регулируемого источника тока и расположен над выходным отверстием испарителя с возможностью перемещения и последующей установки в просвечивающий пучок спектрометра. Атомизатор может перемещаться и располагаться над выходным отверстием тигля. Твердый или жидкий образец подвергается в тигле сушке и пиролизу. Затем над тиглем фиксируется атомизатор. Испаритель с образцом нагревают в выбранном режиме и пары элементов фракционно частично конденсируются на поверхности спирали. После завершения цикла конденсации, атомизатор устанавливают в спектрометр и импульсно нагревают. При этом исследуемое вещество переиспаряется с поверхности нагревательного элемента атомизатора и формирует над его поверхностью облако атомов определяемого элемента в просвечивающем пучке спектрометра [4].Known RF patent No. 2370755 (20.10.2009), which describes a device including: an electrothermal evaporator made in the form of a graphite or metal crucible, an atomizer made with the possibility of heating it with an electric current, and a spectrometer. The atomizer is made in the form of a spiral heating element made of a refractory electrically conductive material with the possibility of pulsed heating from an adjustable current source and is located above the outlet of the evaporator with the possibility of moving and subsequent installation into the transmission beam of the spectrometer. The atomizer can be moved and positioned above the crucible outlet. A solid or liquid sample is subjected to drying and pyrolysis in a crucible. Then the atomizer is fixed over the crucible. The evaporator with the sample is heated in the selected mode and the vapors of the elements are fractionally partially condensed on the surface of the spiral. After the completion of the condensation cycle, the atomizer is installed in the spectrometer and pulsed. In this case, the substance under study is re-evaporated from the surface of the heating element of the atomizer and forms above its surface a cloud of atoms of the determined element in the transmission beam of the spectrometer [4].
В другой конструкции устройства, в котором реализуется двухстадийный процесс анализа, в качестве накопителя продуктов конденсации используют внутреннюю поверхность одного или двух дополнительных цилиндров и торцевую поверхность графитового стержня, устанавливаемого над выходным отверстием дополнительных цилиндров, которые фиксированы над тигельным испарителем. На первой стадии происходит фракционное испарение образца в тигле, пары которого осаждаются на внутренних поверхностях дополнительных цилиндров и стержня. Для проведения анализа конденсатов на второй стадии, конструкцию устройства предварительно разбирают и в пространство между верхним дополнительным цилиндром и верхним графитовым стержнем дополнительно вводят цилиндр с отверстиями соосными оптической оси спектрометра, через который будет проходить пучок света. На второй стадии импульсно нагревают вспомогательные цилиндры и стержень, и регистрируют сигналы компонентов образца [5].In another design of the device, which implements a two-stage analysis process, the inner surface of one or two additional cylinders and the end surface of a graphite rod installed above the outlet of additional cylinders, which are fixed above the crucible evaporator, are used as a storage for condensation products. At the first stage, fractional evaporation of the sample occurs in a crucible, the vapors of which are deposited on the inner surfaces of additional cylinders and a rod. To analyze condensates at the second stage, the structure of the device is preliminarily disassembled and a cylinder with holes coaxial to the optical axis of the spectrometer is introduced into the space between the upper additional cylinder and the upper graphite rod, through which the light beam will pass. At the second stage, the auxiliary cylinders and the rod are pulsedly heated, and the signals of the sample components are recorded [5].
К недостаткам рассмотренных вариантов относится необходимость остановки процесса двухстадийной обработки образца и усложнение работы устройства за счет его разборки или необходимости обеспечения ввода/вывода накопителей, например, спирали, что усложняет конструкцию. Кроме того, получаемые на первой стадии конденсаты содержат, частично, летучие компоненты образца, частицы и аэрозоли, что увеличивает помехи в аналитической зоне на стадии атомизации и снижает эффективность конструкции.The disadvantages of the considered options include the need to stop the two-stage processing of the sample and complicate the operation of the device due to its disassembly or the need to provide input / output of storage devices, for example, a spiral, which complicates the design. In addition, the condensates obtained at the first stage contain, in part, volatile components of the sample, particles and aerosols, which increases the interference in the analytical zone at the stage of atomization and reduces the efficiency of the structure.
Задача, которая решается в полезной модели, направлена на создание электротермического двухстадийного атомизатора для аналитической спектрометрии, который характеризуется эффективным устранением помех, более высокой надежностью и воспроизводимостью полученных данных, а также обеспечением возможности расширения круга определяемых элементов за счет повышения уровня сигнала из-за возможности многократного фракционного накопления компонентов образца на элементах устройства при замене образцов в испарителе и последующей фильтрации паров конденсата.The problem that is solved in the utility model is aimed at creating an electrothermal two-stage atomizer for analytical spectrometry, which is characterized by effective elimination of interference, higher reliability and reproducibility of the data obtained, as well as providing the possibility of expanding the range of determined elements by increasing the signal level due to the possibility of multiple fractional accumulation of sample components on the device elements when replacing samples in an evaporator and subsequent filtration of condensate vapors.
Технический результат использования полезной модели заключается в обеспечении конструкции электротермического двухстадийного атомизатора, с включенными в его состав зоны предварительного осаждения компонентов образца и зоны фильтрации паров конденсата в аналитический объем, при работе с разными типами исследуемых образцов.The technical result of using the utility model is to provide the design of an electrothermal two-stage atomizer, with included in its composition a zone of preliminary deposition of sample components and a zone of filtration of condensate vapors into the analytical volume, when working with different types of test samples.
Сущность технического решения полезной модели.The essence of the technical solution to the utility model.
Требуемый технический результат достигается в варианте устройства, состоящего из размещенных друг над другом вдоль вертикальной оси цилиндрических элементов, формирующих зону испарения, зону конденсации, зону атомизации, включающей аналитическую зону, с помощью цилиндрических элементов испарителя, первого цилиндра, второго цилиндра, которые выполнены с возможностью их нагрева электрическим током. При этом испаритель выполнен в форме тигля для размещения в нем исследуемого образца до 50 мг, первый цилиндр, входящий в зону конденсации, размещен над испарителем с теплоизолирующим зазором 0,5-2,0 мм, второй цилиндр, включающий аналитическую зону, установлен на верхнюю плоскость первого цилиндра. Второй цилиндр, включающий аналитическую зону, содержит сквозное отверстие, в котором размещена графитовая пористая трубка, ось которой совпадает с оптической осью светового потока, проходящего через аналитическую зону внутри трубки к спектрофотометру. Графитовая пористая трубка выполнена из пористого материала, с возможностью фильтрации на второй стадии анализа испаряемых компонентов из исследуемого конденсата при прохождении их через поры графитовой трубки в ее внутренний объем. Во внутреннем объеме сформирована аналитическая зона, с возможностью обнаружения взаимодействия паров со световым потоком на второй стадии анализа. Графитовый тигель выполнен с возможностью его замены для проведения нескольких последовательных испарений навесок исследуемого вещества, проводимых на первой стадии анализа. Возможность раздельного нагрева испарителя и последующего нагрева первого и второго цилиндров проводят за счет подачи электрического тока с выходов источников питания через пары графитовых контактов, размещенных на внешней стороне каждого из цилиндрических элементов.The required technical result is achieved in a variant of the device, consisting of cylindrical elements placed one above the other along the vertical axis, forming an evaporation zone, a condensation zone, an atomization zone, including an analytical zone, using cylindrical elements of the evaporator, the first cylinder, the second cylinder, which are made with the possibility heating them with electric current. In this case, the evaporator is made in the form of a crucible to accommodate a test sample up to 50 mg, the first cylinder entering the condensation zone is located above the evaporator with a heat-insulating gap of 0.5-2.0 mm, the second cylinder, including the analytical zone, is installed on the upper plane of the first cylinder. The second cylinder, including the analytical zone, contains a through hole in which a porous graphite tube is placed, the axis of which coincides with the optical axis of the light flux passing through the analytical zone inside the tube to the spectrophotometer. The porous graphite tube is made of a porous material, with the possibility of filtration at the second stage of the analysis of the evaporated components from the investigated condensate when they pass through the pores of the graphite tube into its internal volume. An analytical zone is formed in the internal volume, with the possibility of detecting the interaction of vapors with a light flux at the second stage of analysis. The graphite crucible is made with the possibility of its replacement for carrying out several successive vapors of weighed samples of the test substance, carried out at the first stage of the analysis. The possibility of separate heating of the evaporator and subsequent heating of the first and second cylinders is carried out by supplying electric current from the outputs of the power sources through pairs of graphite contacts located on the outside of each of the cylindrical elements.
Другой аспект полезной модели связан с тем, что массу навески исследуемого вещества выбирают от 10 до 50 мг.Another aspect of the utility model is related to the fact that the sample weight of the test substance is chosen from 10 to 50 mg.
Следующий аспект полезной модели связан с тем, что на первой стадии анализа температуру тигля с образцом постепенно увеличивают до 1700-2000°С, а на второй стадии осуществляют импульсный нагрев первого и второго графитовых цилиндров до 1600-1800°С при выдерживании нагрева тигля.The next aspect of the utility model is associated with the fact that at the first stage of the analysis the temperature of the crucible with the sample is gradually increased to 1700-2000 ° C, and at the second stage the pulsed heating of the first and second graphite cylinders to 1600-1800 ° C is carried out while maintaining the heating of the crucible.
Другой аспект полезной модели связан с тем, что время нагрева тигля на первой стадии составляет от 15 до 30 сек., а время нагрева первого и второго графитовых цилиндров на второй стадии и время выдерживания нагрева тигля составляет от 3 до 8 сек.Another aspect of the utility model is related to the fact that the heating time of the crucible in the first stage is from 15 to 30 seconds, and the heating time of the first and second graphite cylinders in the second stage and the holding time of the crucible heating is from 3 to 8 seconds.
Следующий аспект полезной модели связан с тем, что графитовая пористая трубка имеет внешний диаметр от 3 до 5 мм, а внутренний предпочтительно от 2,7 до 4,5 мм.The next aspect of the utility model is related to the fact that the graphite porous tube has an outer diameter of 3 to 5 mm, and an inner diameter, preferably from 2.7 to 4.5 mm.
Другой аспект полезной модели связан с тем, что в качестве материала для тигля, первого и второго цилиндров и пористой трубки используют графит, входящий в группу, состоящую из МПГ-6, МПГ-7, МПГ-8.Another aspect of the utility model is related to the fact that graphite is used as a material for the crucible, the first and second cylinders and the porous tube, which is included in the group consisting of MPG-6, MPG-7, MPG-8.
Перечень фигурList of figures
Фиг. 1. Проекция двухстадийного атомного испарителя в ортогональном сечении. Описание полезной моделиFIG. 1. Projection of a two-stage atomic evaporator in an orthogonal section. Description of the utility model
Известно, что при импульсном нагревании образцов сложного состава (например, органоминеральных) часто наблюдается интенсивное термическое разложение минеральных и органических компонентов. Возможно их спекание в тигле, образование газообразных продуктов и значительный выброс частиц и аэрозолей из тигля и, как следствие, трудноконтролируемое изменение условий испарения и степени атомизации компонентов, увеличение помех и снижение эффективности устройства и воспроизводимости получаемых результатов.It is known that during pulsed heating of samples of complex composition (for example, organomineral ones), intense thermal decomposition of mineral and organic components is often observed. Their sintering in a crucible, the formation of gaseous products and a significant emission of particles and aerosols from the crucible and, as a consequence, a difficult-to-control change in the conditions of evaporation and the degree of atomization of components, an increase in interference and a decrease in the efficiency of the device and the reproducibility of the results obtained.
В известных устройствах, в которых использовали способ отделения мешающих компонентов за счет фильтрации паров образца через графитовые пористые диафрагмы [1, 2], выделение газообразных продуктов совместно с частицами и аэрозолями, в частности, взрывной характер термического разложения органоминеральных образцов приводил к неоднозначным результатам. Введение цилиндрической графитовой трубки в зону регистрации [3] защищало аналитическую зону внутри трубки от влияния фракций частиц и аэрозолей, входящих с состав паров, но не исключало их влияние на условия и эффективность фильтрации определяемых элементов через стенки пористой трубки, что влияет на воспроизводимость, особенно при определении состава многокомпонентных образцов, например почв, имеющих большое количество органических и летучих минеральных включений. При этом уровень сигнала при одностадийном процессе анализа был низким, что также приводило к неоднозначности интерпретации результатов.In known devices, which used a method for separating interfering components by filtering sample vapors through graphite porous diaphragms [1, 2], the release of gaseous products together with particles and aerosols, in particular, the explosive nature of the thermal decomposition of organomineral samples led to ambiguous results. The introduction of a cylindrical graphite tube into the registration zone [3] protected the analytical zone inside the tube from the influence of particle fractions and aerosols included in the vapor composition, but did not exclude their influence on the conditions and efficiency of filtration of the determined elements through the walls of the porous tube, which affects reproducibility, especially when determining the composition of multicomponent samples, for example, soils with a large amount of organic and volatile mineral inclusions. At the same time, the signal level during the one-stage analysis process was low, which also led to ambiguity in the interpretation of the results.
Основное внимание при конструировании полезной модели было направлено на повышение эффективности в получении результатов при анализе больших навесок образцов исследуемого вещества, содержащем в облаке паров частицы и аэрозоли от испарения органических и минеральных включений, входящих в многокомпонентный состав.The main attention in the design of the utility model was aimed at increasing the efficiency in obtaining results when analyzing large weighed samples of the test substance containing in the vapor cloud particles and aerosols from the evaporation of organic and mineral inclusions included in the multicomponent composition.
Полезная модель (фиг. 1) состоит из трех цилиндрических элементов, размещенных друг над другом вдоль вертикальной оси, формирующих зону испарения, зону конденсации, зону атомизации, включающей аналитическую зону, которые выполнены с возможностью их нагрева электрическим током и возможностью обдува защитным инертным газом (например аргоном). Цилиндрический элемент испарителя выполнен на базе графитового тигля (1), в котором размещают образец (2). Первый цилиндр (3), расположенный над тиглем с небольшим теплоизолирующим зазором, формирует на внутренней поверхности зону конденсации (4). Второй цилиндр (5) зафиксированный над цилиндром (3) без зазора, обеспечивает возможность формирования аналитической зоны регистрации компонентов исследуемого конденсата за счет установки в его верхней части графитовой трубки (6) с просвечиваемой аналитической зоной. Ось графитовой трубки (6) совпадает с оптической осью светового потока от источника излучения (7), проходящего через аналитическую зону к спектрофотометру (8). Графитовая трубка (6) установлена в отверстиях, проходящих через второй цилиндр (5). Каждый из трех цилиндрических элементов снабжены парой независимых электроконтактов (9) с возможностью их охлаждения проточной водой, которые контактируют с их внешней поверхностью. Независимые контакты обеспечивают возможность раздельного нагрева испарителя от источника питания (10) и последующего нагрева первого и второго цилиндров от независимого источника питания. Тигель, первый и второй цилиндры, пористая трубка выполнены из графита МПГ-6, МПГ-7, МПГ-8, плотностью от 1,65 до 1,8, г/см3 с размером преобладающих пор от 1400 до 8000 нм. Структура графитов типа МПГ (МПГ-6, МПГ-7, МПГ-8) мелкозернистая, материал характеризуется хорошей эрозионной стойкостью и прочностью. Сочетание высокой механической прочности и мелкозернистой структуры материала позволяет обрабатывать поверхности изделий из графита до высокой чистоты обработки методом шлифовки, а также изготавливать изделия с толщиной стенки менее 0,8 мм [6, 7]. Внутренние поверхности тигля и цилиндров могут быть выполнены с пиролитическим покрытием для уменьшения газопроницаемости или тигли и цилиндры изготовлены целиком из пиролитического графита.The utility model (Fig. 1) consists of three cylindrical elements, placed one above the other along the vertical axis, forming an evaporation zone, a condensation zone, an atomization zone, including an analytical zone, which are made with the possibility of heating them with an electric current and the possibility of blowing with a protective inert gas ( e.g. argon). The cylindrical element of the evaporator is made on the basis of a graphite crucible (1), in which the sample is placed (2). The first cylinder (3), located above the crucible with a small heat-insulating gap, forms a condensation zone (4) on the inner surface. The second cylinder (5), fixed above the cylinder (3) without a gap, makes it possible to form an analytical zone for recording the components of the investigated condensate by installing a graphite tube (6) with a translucent analytical zone in its upper part. The axis of the graphite tube (6) coincides with the optical axis of the light flux from the radiation source (7) passing through the analytical zone to the spectrophotometer (8). The graphite tube (6) is installed in the holes passing through the second cylinder (5). Each of the three cylindrical elements is equipped with a pair of independent electrical contacts (9) with the possibility of cooling them with running water, which are in contact with their outer surface. Independent contacts provide the possibility of separate heating of the evaporator from the power source (10) and subsequent heating of the first and second cylinders from an independent power source. The crucible, the first and second cylinders, the porous tube are made of graphite MPG-6, MPG-7, MPG-8, density from 1.65 to 1.8, g / cm 3 with a predominant pore size from 1400 to 8000 nm. The structure of graphite type MPG (MPG-6, MPG-7, MPG-8) is fine-grained, the material is characterized by good erosion resistance and strength. The combination of high mechanical strength and fine-grained structure of the material makes it possible to process the surfaces of graphite products to high processing purity by grinding, as well as to manufacture products with a wall thickness of less than 0.8 mm [6, 7]. The inner surfaces of the crucible and cylinders can be made with a pyrolytic coating to reduce gas permeability, or crucibles and cylinders are made entirely of pyrolytic graphite.
Графитовая пористая трубка имеет внешний диаметр от 3 до 5 мм, внутренний диаметр составляет от 2,7 до 4,5 мм.The porous graphite tube has an outer diameter of 3 to 5 mm and an inner diameter of 2.7 to 4.5 mm.
В качестве устройств детектирования могут использоваться разные типы спектрофотометров. Атомы определяемых элементов могут детектироваться методами эмиссионной и абсорбционной спектрометрии, а также другими методами.Various types of spectrophotometers can be used as detection devices. The atoms of the elements being determined can be detected by emission and absorption spectrometry, as well as by other methods.
Устройство работает следующим образом. Проводят высокотемпературный обжиг элементов устройства для удаления возможных загрязняющих примесей. Заполняют графитовый тигель навеской твердого образцом или навеской смеси образца с графитовым порошком, например в отношении 1:1, и собирают конструкцию из трех цилиндрических элементов. Массу навески выбирают от 10 до 50 мг. Первый цилиндр, входящий в зону конденсации, размещают над испарителем с теплоизолирующим зазором 0,5-2,0 мм, второй цилиндр, входящий в аналитическую зону, устанавливают на верхнюю плоскость первого цилиндра. Независимые электроконтакты закрепляют на внешней поверхности цилиндров с возможностью их водяного охлаждения.The device works as follows. High-temperature firing of the device elements is carried out to remove possible contaminants. Fill a graphite crucible with a sample of a solid sample or a sample of a mixture of a sample with graphite powder, for example, in a ratio of 1: 1, and assemble a structure of three cylindrical elements. The weight of the sample is chosen from 10 to 50 mg. The first cylinder entering the condensation zone is placed above the evaporator with a heat-insulating gap of 0.5-2.0 mm, the second cylinder entering the analytical zone is placed on the upper plane of the first cylinder. Independent electrical contacts are fixed on the outer surface of the cylinders with the possibility of water cooling.
На первой стадии (озоление и фракционное испарение) температуру тигля с образцом постепенно увеличивают до 1700-2000°С за счет подачи электрического тока с выходов источника питания через пары графитовых контактов, размещенных на тигле. Время нагрева тигля от 15 до 30 сек. На внутренней поверхности первого и второго цилиндров конденсируются пары атомизированных веществ, газообразные продукты выводятся конвективным потоком из устройства при обтекании графитовой трубки (6).At the first stage (ashing and fractional evaporation), the temperature of the crucible with the sample is gradually increased to 1700-2000 ° C due to the supply of electric current from the outputs of the power source through pairs of graphite contacts placed on the crucible. Crucible heating time from 15 to 30 sec. Vapors of atomized substances condense on the inner surface of the first and second cylinders, gaseous products are removed by convective flow from the device when flowing around a graphite tube (6).
На второй стадии осуществляют импульсный нагрев первого и второго графитовых цилиндров до 1600-1800°С при выдерживании нагрева тигля с образцом. Время нагрева составляет от 3 до 8 сек. Пары конденсата за счет диффузии поступают через поры графитовой трубки в ее внутренний аналитический объем, в котором проходит световой поток от источника излучения (7) к детектору спектрофотометра (8). Таким образом, устройство обеспечивает возможность последовательно осуществлять в его рабочем объеме два известных и эффективных способа для увеличения степени атомизации компонентов образцов, уменьшения в составе паров частиц и аэрозолей и снижения уровня неселективных помех и матричных влияний в аналитической зоне при исследовании образцов сложного состава, например образцов почвы или ила.At the second stage, pulsed heating of the first and second graphite cylinders to 1600-1800 ° C is carried out while maintaining the heating of the crucible with the sample. The heating time is 3 to 8 sec. Condensate vapors, due to diffusion, enter through the pores of the graphite tube into its internal analytical volume, in which the light flux passes from the radiation source (7) to the spectrophotometer detector (8). Thus, the device makes it possible to sequentially implement in its working volume two known and effective methods for increasing the degree of atomization of sample components, reducing the composition of vapors of particles and aerosols and reducing the level of non-selective interference and matrix influences in the analytical zone when studying samples of complex composition, for example, samples soil or silt.
Данный вариант конструкции позволяет накапливать конденсат паров исследуемого вещества и повышать уровень измеряемого сигнала при его испарении. С этой целью используют многократное испарение нескольких образцов взятых из одного и того же анализируемого материала. Для этого после первой стадии испарения прекращают нагрев и заменяют тигель с отработанным образцом на новый тигель с новой навеской образца. Снова проводят первую стадию испарения. Таким образом, увеличивают число испарений навесок образцов и увеличивают интегральный объем конденсата паров исследуемого вещества. После фракционной конденсации осуществляют вторую стадию, как изложено выше. Таким образом, конструкция устройства позволяет увеличить аналитическую массу образца, что увеличивает сигнал определяемых элементов.This design option allows accumulating condensate of vapors of the test substance and increasing the level of the measured signal during its evaporation. For this purpose, multiple evaporation of several samples taken from the same analyzed material is used. To do this, after the first stage of evaporation, the heating is stopped and the crucible with the spent sample is replaced with a new crucible with a new sample. The first evaporation step is carried out again. Thus, the number of vapors of the weighed samples is increased and the integral volume of the vapor condensate of the test substance is increased. After fractional condensation, a second stage is carried out as described above. Thus, the design of the device allows an increase in the analytical mass of the sample, which increases the signal of the determined elements.
Данная полезная модель обладает промышленной воспроизводимостью из-за простоты ее реализации. Простота применения устройства и воспроизводимость результатов дает возможность исследователю провести анализ образцов с разным составом органических и неорганических компонентов.This utility model has industrial reproducibility due to the simplicity of its implementation. The ease of use of the device and the reproducibility of the results enable the researcher to analyze samples with different compositions of organic and inorganic components.
Источники информацииSources of information
1. Орешкин В.Н, Беляев Ю.И., Таций Ю.Г., Внуковская Г.Л. Электротермический атомизатор для непламенного атомно-абсорбционного анализа. Авторское свидетельство СССР. №864939 (30.12.1986).1. Oreshkin V.N., Belyaev Yu.I., Tatsiy Yu.G., Vnukovskaya G.L. Electrothermal atomizer for flameless atomic absorption analysis. USSR author's certificate. No. 864939 (12/30/1986).
2. Кацков Д.А., Гринштейн И.Л., Копейкин В.А., Васильева Л.А, Штепан. A.M. Тигельный электротермический атомизатор для атомно-абсорбционного и эмиссионного анализа. Авторское свидетельство СССР №1448251 (30.12.1988).2. Katskov D.A., Grinshtein I.L., Kopeikin V.A., Vasilyeva L.A., Stepan. A.M. Crucible electrothermal atomizer for atomic absorption and emission analysis. USSR author's certificate No. 1448251 (12/30/1988).
3. Орешкин В.Н., Цизин Г.И. Атомно-абсорбционное определение элементов в твердых образцах с применением электротермического атомизатора "тигель с разделенными зонами". Журнал аналитической химии. 2011. Т. 66. №10. с. 1069-1072.3. Oreshkin V.N., Tsizin G.I. Atomic absorption determination of elements in solid samples using an electrothermal atomizer "crucible with divided zones". Journal of Analytical Chemistry. 2011. T. 66. No. 10. from. 1069-1072.
4. Гильмутдинов А.Х., Нагулин К.Ю. Способ элементного анализа вещества и устройства, его реализующие. Патент России. №2370755 (20.10.2009).4. Gilmutdinov A.Kh., Nagulin K.Yu. Method for elemental analysis of a substance and devices that implement it. Russian patent. No. 2370755 (20.10.2009).
5. Орешкин В.Н., Цизин Г.И. Новые возможности тигельных атомизаторов при атомно-абсорбционном определении следов элементов в твердых образцах с использованием фракционного испарения. Вестник Московского университета Сер. 2 Химия, 2019, т. 60. №3 стр. 147-153.5. Oreshkin V.N., Tsizin G.I. New possibilities of crucible atomizers for atomic absorption determination of trace elements in solid samples using fractional evaporation. Moscow University Bulletin Ser. 2 Chemistry, 2019, vol. 60. No. 3 pp. 147-153.
6. Технические параметры графитов типа МПГ (МПГ-6, МПГ-7, МПГ-8) [https://gigabaza.ru/doc/32233.html].6. Technical parameters of graphite type MPG (MPG-6, MPG-7, MPG-8) [https://gigabaza.ru/doc/32233.html].
7. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник / под ред. В.П. Соседова. М.: Металлургия, 1975. 336 с.7. Properties of structural materials based on carbon. Directory / ed. V.P. Sosedova. Moscow: Metallurgy, 1975.336 p.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117267U RU199394U1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | ELECTROTHERMAL TWO-STAGE ATOMIZER FOR ANALYTICAL SPECTROMETRY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117267U RU199394U1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | ELECTROTHERMAL TWO-STAGE ATOMIZER FOR ANALYTICAL SPECTROMETRY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU199394U1 true RU199394U1 (en) | 2020-08-31 |
Family
ID=72421154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020117267U RU199394U1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | ELECTROTHERMAL TWO-STAGE ATOMIZER FOR ANALYTICAL SPECTROMETRY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU199394U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2806706C1 (en) * | 2023-05-24 | 2023-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН) | Method for electrothermal atomic absorption analysis of composition of powder samples and device for its implementation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1448251A1 (en) * | 1987-01-04 | 1988-12-30 | Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной химии" | Crucible-type electrothermal atomizer for atom-absorption and emission analysis |
| DE3734001A1 (en) * | 1987-10-08 | 1989-04-20 | Ringsdorff Werke Gmbh | Apparatus for atomic absorbtion spectroscopy |
| WO1991001487A1 (en) * | 1989-07-20 | 1991-02-07 | Trabert Hermann R | Process and device for element determinations |
| US6771368B1 (en) * | 1998-09-04 | 2004-08-03 | Generation Technology Research Pty Ltd. | Laser-induced ionisation spectroscopy, particularly for coal |
| RU2652531C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-04-26 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Electrothermal atomizer for spectral analysis of samples |
-
2020
- 2020-05-26 RU RU2020117267U patent/RU199394U1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1448251A1 (en) * | 1987-01-04 | 1988-12-30 | Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной химии" | Crucible-type electrothermal atomizer for atom-absorption and emission analysis |
| DE3734001A1 (en) * | 1987-10-08 | 1989-04-20 | Ringsdorff Werke Gmbh | Apparatus for atomic absorbtion spectroscopy |
| WO1991001487A1 (en) * | 1989-07-20 | 1991-02-07 | Trabert Hermann R | Process and device for element determinations |
| US6771368B1 (en) * | 1998-09-04 | 2004-08-03 | Generation Technology Research Pty Ltd. | Laser-induced ionisation spectroscopy, particularly for coal |
| RU2652531C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-04-26 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Electrothermal atomizer for spectral analysis of samples |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2806706C1 (en) * | 2023-05-24 | 2023-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН) | Method for electrothermal atomic absorption analysis of composition of powder samples and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Snell et al. | Species specific isotope dilution calibration for determination of mercury species by gas chromatography coupled to inductively coupled plasma-or furnace atomisation plasma ionisation-mass spectrometry | |
| Broekaert | State of the art of glow discharge lamp spectrometry. Plenary lecture | |
| CN103674789B (en) | A kind of based on the real-time Source Apportionment of the mass spectrographic Atmospheric particulates of individual particle | |
| ConradáGrÚgoire et al. | Electrothermal vaporization for inductively coupled plasma mass spectrometry and atomic absorption spectrometry: symbiotic analytical techniques. Invited lecture | |
| Park et al. | Analysis of geological materials by inductively coupled plasma mass spectrometry with sample introduction by electrothermal vaporisation. Part 2. Determination of thallium | |
| Baxter et al. | Determination of mercury by atomic absorption spectrometry using a platinum-lined graphite furnace for in situ preconcentration | |
| Shi et al. | Exploration of a 3D nano-channel porous membrane material combined with laser-induced breakdown spectrometry for fast and sensitive heavy metal detection of solution samples | |
| Yang et al. | Electrospray/VUV single-photon ionization mass spectrometry for the analysis of organic compounds | |
| RU199394U1 (en) | ELECTROTHERMAL TWO-STAGE ATOMIZER FOR ANALYTICAL SPECTROMETRY | |
| Matusiewicz et al. | Simultaneous determination of hydride forming elements (As, Bi, Ge, Sb, Se) and Hg in biological and environmental reference materials by electrothermal vaporization–microwave induced plasma-optical emission spectrometry with their in situ trapping in a graphite furnace | |
| Frech | Recent developments in atomizers for electrothermal atomic absorption spectrometry | |
| L'vov et al. | Effect of platform material on sample vaporization rate in graphite furnace atomic absorption spectrometry | |
| KennetháMarcus | Nebulization and analysis characteristics of a particle beam–hollow cathode glow discharge atomic emission spectrometry system | |
| RU2806706C1 (en) | Method for electrothermal atomic absorption analysis of composition of powder samples and device for its implementation | |
| Aller | Fundamentals of Electrothermal Atomic Absorption Spectrometry: A Look Inside the Fundamental Processes in ETAAS | |
| Labazan et al. | Laser vaporized Li 2, Na 2, K 2, and LiNa molecules observed by cavity ring-down spectroscopy | |
| Frech et al. | Spatial distributions of non-atomic species in graphite furnaces | |
| RU2229701C2 (en) | Manner of spectral analysis | |
| JPH09502798A (en) | Method of atomizing electrolyte and its chemical analysis | |
| El Mais et al. | Insights into secondary organic aerosol formation from the day-and nighttime oxidation of PAHs and furans in an oxidation flow reactor | |
| Dočekal | Trapping of hydride forming elements within miniature electrothermal devices. Part 2. Investigation of collection of arsenic and selenium hydrides on a surface and in a cavity of a graphite rod | |
| Gilmutdinov et al. | A Thermo-Chemical Reactor for analytical atomic spectrometry | |
| Kitagawa et al. | Packed glassy carbon tube atomizer for direct determinations by atomic absorption spectrometry, free from background absorption | |
| Littlejohn et al. | Atomic spectrometry update—atomic emission spectrometry | |
| RU2370755C2 (en) | Elemental analysis method and device to this end |