RU2272277C2 - Method for integral-scintillation spectral analysis of substance - Google Patents
Method for integral-scintillation spectral analysis of substance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2272277C2 RU2272277C2 RU2004105875/28A RU2004105875A RU2272277C2 RU 2272277 C2 RU2272277 C2 RU 2272277C2 RU 2004105875/28 A RU2004105875/28 A RU 2004105875/28A RU 2004105875 A RU2004105875 A RU 2004105875A RU 2272277 C2 RU2272277 C2 RU 2272277C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substance
- spectral
- signals
- analysis
- analytical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к области исследования химических и физических свойств вещества и может быть использовано при медицинских, криминалистических, геологических, экологических, технологических, и др. исследованиях твердого, жидкого и газообразного вещества.The proposal relates to the field of research of the chemical and physical properties of a substance and can be used in medical, forensic, geological, environmental, technological, and other studies of solid, liquid, and gaseous substances.
Известен способ спектрального интегрально-сцинтилляционного анализа вещества, включающий подготовку вещества перед исследованием, исследование вещества, в процессе которого ведут периодическое синхронное кратковременное накопление (интегрирование) спектральных аналитических сигналов, и расчет результатов анализа с учетом фона и с сортировкой сигналов для каждого из синхронно периодически накопленных аналитических сигналов (патент РФ №2129267, Аполицкий В.Н., 1999 г.).A known method of spectral integrated scintillation analysis of a substance, including preparing the substance before the study, studying the substance, during which periodically synchronous short-term accumulation (integration) of spectral analytical signals are conducted, and calculating the analysis results taking into account the background and sorting the signals for each of the synchronously periodically accumulated signals analytical signals (RF patent No. 2129267, Apolitsky V.N., 1999).
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту к данному техническому решению является способ спектрального интегрально-сцинтилляционного анализа вещества, включающий подготовку вещества перед исследованием, исследование вещества, в процессе которого ведут периодическое синхронное кратковременное накопление (интегрирование) спектральных аналитических сигналов, и расчет результатов анализа с учетом фона и с сортировкой периодических кратковременных синхронно накопленных аналитических сигналов по их соотношению к флуктуациям шума для каждого из периодически накопленных аналитических сигналов и с сортировкой самих сигналов по фазовой принадлежности (патент РФ №2172949, Аполицкий В.Н., 2001 г. - прототип).The closest technical solution and the achieved effect to this technical solution is the method of spectral integrated scintillation analysis of a substance, which includes preparing the substance before the study, investigating the substance, during which periodic synchronous short-term accumulation (integration) of spectral analytical signals is conducted, and calculating the analysis results with taking into account the background and with sorting periodic short-term synchronously accumulated analytical signals by their ratio noise fluctuations for each of the periodically accumulated analytical signals and with the sorting of the signals themselves by phase affiliation (RF patent No. 2172949, Apolitsky VN, 2001 - prototype).
Недостатками способов элементно-фазового анализа (аналога и прототипа) является недостаточная чувствительность и точность анализа, особенно при определении низких содержаний исследуемых компонентов в исследуемых веществах.The disadvantages of the methods of elemental-phase analysis (analogue and prototype) is the lack of sensitivity and accuracy of the analysis, especially when determining low contents of the studied components in the studied substances.
Целью данного предложения является повышение чувствительности и точности интегрально-сцинтилляционного анализа вещества.The aim of this proposal is to increase the sensitivity and accuracy of the integrated scintillation analysis of a substance.
Поставленная цель достигается за счет того, что согласно способу интегрально-сцинтилляционного анализа вещества, включающего подготовку исследуемого вещества перед исследованием, пространственно-временное исследование вещества, в процессе которого ведут периодическое синхронное кратковременное накопление (интегрирование) аналитических сигналов, и расчет результатов анализа с учетом фона и с сортировкой интегральных сигналов по их соотношению к флуктуациям шума для каждого из накопленных аналитических сигналов и сортировкой самих сигналов по фазовой принадлежности, в процессе исследований вещества проводят исследования малых частей представительной навески его, масса которых позволяет обнаружить и изучить неоднородности вещества. В процессе исследований вещества ведут периодическое кратковременное синхронное накопление спектрального аналитического сигнала за время, близкое к времени кратковременного появления (сцинтилляции) аналитических сигналов от его неоднородностей. Для осуществления исследований вещество измельчают до крупности менее 2 мм, а процесс исследования ведут со скоростью, позволяющей получить оптимальные соотношения сигналов/шум и условия для выявления неоднородностей исследуемого вещества. В процессе расчета результатов анализа ведут сортировку сигналов по фазовой принадлежности с выявлением наличия, или отсутствия тех или иных фаз и с оценкой влияния состава фаз на правильность результатов анализа с применением для этой цели расчета относительного процентного соотношения содержаний химических элементов в малых частях представительной навески исследуемого вещества. В процессе расчета результатов элементного анализа выявляют отдельные неоднородности исследуемого объекта и учитывают их при расчете содержаний определяемых макро- и микрокомпонентов фазы исследуемого вещества с учетом процентного соотношения химических элементов в отдельных малых навесках исследуемого вещества.This goal is achieved due to the fact that according to the method of integral scintillation analysis of a substance, including preparing the test substance before the study, a spatio-temporal study of the substance, during which periodic synchronous short-term accumulation (integration) of analytical signals is conducted, and the calculation of the analysis results taking into account the background and with sorting the integral signals according to their ratio to noise fluctuations for each of the accumulated analytical signals and sorting themselves signals of the phase supplies, in the process of material research carried out studies of small parts of a representative sample of its mass which allows you to discover and explore the heterogeneity of agents. In the process of research, substances conduct periodic short-term synchronous accumulation of the spectral analytical signal over a time close to the time of short-term appearance (scintillation) of analytical signals from its inhomogeneities. For research, the substance is ground to a particle size of less than 2 mm, and the research process is conducted at a speed that allows you to obtain optimal signal / noise ratios and conditions for detecting inhomogeneities of the test substance. In the process of calculating the results of the analysis, the signals are sorted by phase affiliation with the identification of the presence or absence of certain phases and with an assessment of the influence of the phase composition on the correctness of the analysis results using, for this purpose, the calculation of the relative percentage of chemical elements in small parts of a representative sample of the test substance . In the process of calculating the results of elemental analysis, individual inhomogeneities of the studied object are identified and taken into account when calculating the contents of the determined macro- and microcomponents of the phase of the test substance, taking into account the percentage of chemical elements in individual small samples of the test substance.
Сущность предлагаемого способа интегрально-сцинтилляционного анализа вещества.The essence of the proposed method of integrated scintillation analysis of a substance.
В случае осуществления анализа веществ с относительно однородной, монофазной структурой возникают существенные сложности в получении правильных результатов анализа при наличии в этой структуре дефектов, других фаз, загрязнений, появляющихся в результате внешних воздействий окружающей среды. Сложности возникают и при выявлении идентичности исследуемого вещества известному веществу, содержащему те или иные характерные фазы в веществе. Анализ таких веществ не возможен без использования специального фазового анализа, позволяющего выявить, исследовать и учесть присутствие различных фаз в исследуемом веществе. Под фазой понимается однородная среда, имеющая характерный химический элементный состав, физико-химические свойства и разделительную поверхность от других фаз.In the case of the analysis of substances with a relatively homogeneous, monophasic structure, significant difficulties arise in obtaining the correct analysis results in the presence of defects, other phases, and contaminants resulting from external environmental influences in this structure. Difficulties also arise in identifying the identity of a test substance with a known substance that contains one or another characteristic phase in the substance. Analysis of such substances is not possible without the use of a special phase analysis, which allows to identify, investigate and take into account the presence of various phases in the test substance. Phase is understood as a homogeneous medium having a characteristic chemical elemental composition, physicochemical properties, and a separation surface from other phases.
Особенностью предлагаемого способа интегрально-сцинтилляционного анализа является пространственно-временные вещества с использованием особой интегрально-сцинтиляционной регистрации спектральных аналитических сигналов в процессе его исследования. На основе этого исследования проводят расчет содержаний различных компонентов (химических элементов, входящих в основной состав вещества и отдельные фазы вещества, а также самих фаз вещества) и оценку элементной и фазовой неоднородности вещества, крупности фаз. Интегрально-сцинтилляционный метод регистрации спектральных аналитических сигналов может осуществляться при использовании различных аналитических методов (эмиссионных и абсорбционных спектральных методов, лазерных, рентгеновских, масс-спектрометрических и др. методов в случае использования их для исследования вещества), при которых осуществляется как синхронная прерывистая, так и непрерывная регистрация спектральных аналитических сигналов. Особенностью этого метода является получение периодических синхронных кратковременных спектральных аналитических сигналов, накопленных или математически суммированных за короткое оптимальное время, близкое к времени существования отдельных сигналов, получаемых в процессе исследования вещества от его неоднородностей. В случае непрерывной регистрации сигнала за счет использования аналого-цифрового временного преобразования сигнала и последующего математического суммирования (интегрирования) цифрового кода за выбранный оптимальный промежуток времени получают преобразованный аналитический сигнал для расчета результатов интегрально-сцинтилляционного анализа вещества.A feature of the proposed method of integrated scintillation analysis is spatio-temporal substances using a special integrated scintillation registration of spectral analytical signals in the process of its study. On the basis of this study, the contents of various components (chemical elements that make up the main composition of the substance and the individual phases of the substance, as well as the phases of the substance themselves) are calculated and the elemental and phase inhomogeneity of the substance and the size of the phases are estimated. The integrated scintillation method for recording spectral analytical signals can be carried out using various analytical methods (emission and absorption spectral methods, laser, X-ray, mass spectrometric and other methods if they are used to study the substance), in which both synchronous intermittent and and continuous recording of spectral analytical signals. A feature of this method is the receipt of periodic synchronous short-term spectral analytical signals accumulated or mathematically summed over a short optimal time close to the time of existence of individual signals obtained in the process of studying a substance from its inhomogeneities. In the case of continuous registration of the signal through the use of analog-to-digital time conversion of the signal and subsequent mathematical summation (integration) of the digital code for the selected optimal period of time, a converted analytical signal is obtained to calculate the results of integral scintillation analysis of the substance.
Эффективность применения предлагаемого метода существенно зависит от времени периодического интегрирования (накопления) спектрального аналитического сигнала. Это время позволяет получить наилучшее соотношение сигнал/шум и оптимально выявить сигналы неоднородностей вещества. Выбор этого времени зависит от характера изучаемых неоднородностей, их размеров и формы, характера распределения их по объему вещества, скорости процесса пространственно-временного исследования. Поэтому периодическое синхронное кратковременное накопление (интегрирование) спектрального аналитического сигнала необходимо осуществлять за время, меньшее удвоенного времени появления (сцинтилляции) аналитического сигнала, который возникает в момент пространственно-временного исследования самой неоднородности, отдельной фазы вещества.The effectiveness of the proposed method depends on the time of periodic integration (accumulation) of the spectral analytical signal. This time allows you to get the best signal-to-noise ratio and optimally identify the signals of inhomogeneities of the substance. The choice of this time depends on the nature of the studied inhomogeneities, their size and shape, the nature of their distribution over the volume of the substance, the speed of the spatio-temporal study. Therefore, periodic synchronous short-term accumulation (integration) of the spectral analytical signal must be carried out for a time shorter than twice the appearance (scintillation) of the analytical signal, which occurs at the time of spatio-temporal investigation of the inhomogeneity itself, a separate phase of the substance.
Выявление неоднородностей (отдельных фаз) в веществе существенно зависит от подготовки исследуемого объекта к исследованию от создания благоприятных условий для их обнаружения. Одним из действенных способов выявления неоднородностей вещества является деление его на мелкие части (вскрытие неоднородностей), выделение частей вещества, близких к размерам самих неоднородностей, и последующее исследование вещества с последовательным введения его частей в процесс исследования.The identification of heterogeneities (individual phases) in a substance substantially depends on the preparation of the object under study for research on the creation of favorable conditions for their detection. One of the effective ways to detect inhomogeneities of a substance is to divide it into small parts (opening heterogeneities), isolate parts of a substance close to the size of the inhomogeneities themselves, and then examine the substance with the sequential introduction of its parts into the research process.
Одной из наиболее сложных задач исследования вещества является определение низких содержаний химических элементов и фаз в исследуемом веществе. Пределы обнаружения аналитических методов во многих случаях зависят от внешних загрязнений вещества. Предлагаемый способ во многих случаях позволяет выявить эти загрязнения и учесть при расчетах результатов анализа исследуемого вещества. Особый интерес применение способа спектрального интегрально-сцинтилляционного анализа представляет при проведении исследований природных и искусственных однородных веществ (волос, ногтей, кожи, полимеров, чистых веществ, мономинеральных фракций и т.п.). Обнаруживаемые пространственные неоднородности в этих веществах связаны с внешними условиями, с воздействиями на вещество окружающей среды, с процессами его образования, получения и самого вещества.One of the most difficult tasks of researching a substance is to determine the low contents of chemical elements and phases in the test substance. The detection limits of analytical methods in many cases depend on the external pollution of the substance. The proposed method in many cases allows you to identify these contaminants and take into account when calculating the results of the analysis of the test substance. Of particular interest is the use of the method of spectral integrated scintillation analysis when conducting studies of natural and artificial homogeneous substances (hair, nails, skin, polymers, pure substances, monomineral fractions, etc.). The detected spatial heterogeneities in these substances are associated with external conditions, with the effects on the environmental substance, with the processes of its formation, production and the substance itself.
Основываясь на предположении о естественней или искусственной однородности основной фазы исследуемого веществ можно относительно просто выявить неоднородности в них и в процессе расчета результатов анализа внести соответствующие поправки, учитывающие обнаруживаемые неоднородности, получить более правильные результаты анализа о составе основной фазы вещества и информацию о ее неоднородностях.Based on the assumption of natural or artificial homogeneity of the main phase of the investigated substances, it is relatively easy to identify heterogeneities in them and, in the process of calculating the results of the analysis, make appropriate corrections taking into account the detected inhomogeneities, obtain more correct analysis results on the composition of the main phase of the substance and information on its inhomogeneities.
Для выявления неоднородностей исследуемого вещества, идентификации вещества другому веществу (например, при сравнении лекарственных препаратов) и создания возможностей для учета присутствия неоднородностей в веществе при расчетах результатов анализа рационально использовать способ, в основе которого лежит оценка относительного процентного соотношения содержаний химических элементов в большом числе малых навесок исследуемого объекта. Это возможно сделать, подвергая специальному исследованию большое количество отдельных малых навесок вещества. Такой процесс исследования вещества очень дорог и сложен. Более удобным и дешевым способом является использование спектрального интегрально-сцинтилляционного метода анализа, при котором производиться интегрально-сцинтилляционная регистрация спектрального аналитического сигнала в процессе исследования вещества. В этом случае информация о химическом составе малых частей представительной навески исследуемого объекта получается по аналитическому сигналу, накопленному в момент исследования очень небольшой массы исследуемого вещества. Величина этой массы зависит от выбранного времени периодического синхронного накопления (интегрирования) аналитических сигналов.To identify inhomogeneities of the test substance, identify a substance to another substance (for example, when comparing drugs) and create opportunities to take into account the presence of inhomogeneities in the substance when calculating the results of the analysis, it is rational to use a method based on assessing the relative percentage of chemical elements in a large number of small sample of the investigated object. This can be done by subjecting a special study to a large number of individual small samples of the substance. Such a substance research process is very expensive and complicated. A more convenient and cheaper way is to use the spectral integrated scintillation analysis method, in which the integrated scintillation registration of the spectral analytical signal is performed during the study of the substance. In this case, information on the chemical composition of small parts of a representative sample of the test object is obtained by the analytical signal accumulated at the time of investigation of a very small mass of the test substance. The magnitude of this mass depends on the selected time of periodic synchronous accumulation (integration) of analytical signals.
Относительное процентное соотношение содержаний определяемых химических элементов при исследовании отдельных малых навесок исследуемого объекта в случае его однородности не должно зависеть от величины исследуемых навесок. Рассчитанные относительные процентные соотношения содержаний определяемых в процессе исследований любых групп химических элементов для однородного вещества должны оставаться неизменным в случае регистрации спектрального аналитического сигнала в различные моменты его исследования. Относительное соотношение содержаний групп характерных химических элементов более удобная и надежная характеристика вещества при его идентификации так, как она остается неизменной, независимой во многих случаях от величины используемой аналитической навески. Соотношение содержании элементов будет изменяться только в моменты исследований локальных неоднородностей вещества, различных фаз и, конечно, в случае присутствия в исследуемом веществе частиц "грязи". Наиболее удобным и надежным методом повышения точности и чувствительности спектрального интегрально-сцинтилляционного анализа является осуществление выявления неоднородностей и учет их при расчете элементного состава основной фазы вещества путем оценки процентного соотношения содержаний химических элементов в малых навесках и сравнения их. Обнаружение малых навесок, в которых соотношение содержаний химических элементов существенно отличается от соотношения содержаний этих элементов во всей аналитической навеске вещества, позволяет, применяя итерационный процесс последовательного пересчета результатов анализа с учетом все меньших неоднородностей, достигнуть существенно большей точности и чувствительности анализа относительно однородных веществ, чем при использовании прототипа.The relative percentage of the contents of the determined chemical elements in the study of individual small batches of the investigated object in the case of its homogeneity should not depend on the size of the studied batches. The calculated relative percentages of the contents of any groups of chemical elements determined during the study for a homogeneous substance should remain unchanged if a spectral analytical signal is recorded at various points in its study. The relative ratio of the contents of groups of characteristic chemical elements is a more convenient and reliable characteristic of a substance during its identification as it remains unchanged, independent in many cases of the size of the used analytical sample. The ratio of the content of elements will change only at the moments of studies of local inhomogeneities of the substance, various phases and, of course, in the case of the presence of particles of "dirt" in the substance under study. The most convenient and reliable method for increasing the accuracy and sensitivity of spectral integrated scintillation analysis is to identify inhomogeneities and take them into account when calculating the elemental composition of the main phase of a substance by evaluating the percentage of the contents of chemical elements in small samples and comparing them. The detection of small batches, in which the ratio of the contents of chemical elements differs significantly from the ratio of the contents of these elements in the whole analytical sample of a substance, allows, using an iterative process of sequential recalculation of the analysis results taking into account ever smaller heterogeneities, to achieve significantly greater accuracy and sensitivity of the analysis with respect to homogeneous substances than when using the prototype.
Примеры реализации предлагаемого способа интегрально-сцинтилляционного анализа веществаExamples of the implementation of the proposed method of integrated scintillation analysis of a substance
Пример 1. Для медицинских исследований необходимо повысить точность и чувствительность анализа волос человека. Известно, что за счет внешних взаимодействий волос с окружающей их средой, они загрязняются различными компонентами внешнего мира. Обычно при проведении анализа волос используют относительно большие аналитические навески вещества (как правило, более 100-200 мг), а результат анализа рассчитывают по интегральному общему сигналу, полученному от всей аналитической навески (например, в случае рекомендуемого для этой цели высокоточного и высокочувствительного современного масс-спектрометрического метода анализа с ICP-плазмой). При таком способе анализа получают усредненный химический элементный состав волос по всему объему исследуемой навески, искаженный за счет присутствия в навеске волос компонентов внешних загрязнений. Особо большие погрешности в результатах анализа возникают при определении в волосах низких содержаний химических элементов (менее 100 мкг/г), когда появление малых количеств "грязи" в веществе сильно искажает результат анализа.Example 1. For medical research, it is necessary to increase the accuracy and sensitivity of the analysis of human hair. It is known that due to external interactions of hair with their environment, they are polluted by various components of the external world. Typically, when conducting a hair analysis, relatively large analytical samples of the substance are used (usually more than 100-200 mg), and the analysis result is calculated by the integral total signal received from the entire analytical sample (for example, in the case of a highly accurate and highly sensitive modern mass recommended for this purpose spectrometric method of analysis with ICP plasma). With this method of analysis, an average chemical elemental composition of the hair is obtained over the entire volume of the test sample, distorted due to the presence of external contaminants in the sample of hair. Particularly large errors in the results of the analysis arise when determining the low content of chemical elements (less than 100 μg / g) in the hair, when the appearance of small amounts of "dirt" in the substance greatly distorts the analysis result.
Для проведения анализа волос нами использовался спектральный интегрально-сцинтилляционный эмиссионный спектральный метод анализа (патент РФ №2129267, Аполицкий В.Н., 1999 г.), при котором осуществляется последовательное временное введение исследуемого порошкового материала способом "просыпки-вдувания" в плазму многополюсного источника возбуждения спектров. Синхронная периодическая регистрация спектральных аналитических сигналов осуществлялась с помощью интегрально-сцинтилляционного метода регистрации с использованием ПЗС-линеек (патент РФ №2172949, Аполицкий В.Н., 2001 г.).For hair analysis, we used the spectral integrated scintillation emission spectral analysis method (RF patent No. 2129267, Apolitsky V.N., 1999), in which a sequential temporary introduction of the studied powder material by the method of "sprinkling-blowing" into the plasma of a multipole source excitation spectra. Synchronous periodic registration of spectral analytical signals was carried out using the integrated scintillation registration method using CCD-arrays (RF patent No. 2172949, Apolitsky V.N., 2001).
Перед проведением исследований волосы очищают от грязи тщательной промывкой. После чего для более удобного осуществления исследования волос их измельчают и получают порошковый материал с длиной частиц волос менее 3 мм.Before conducting research, the hair is cleaned of dirt by thorough washing. Then, for a more convenient study of the hair, they are ground and a powder material with a hair particle length of less than 3 mm is obtained.
Для проведения исследований берут аналитические навески порошка волос, обычно не превышающие 50 мг. В процессе исследования аналитическая навеска, по возможности, равномерно вводится в плазму источника возбуждения в течение 15-30 сек. Время периодического синхронного кратковременного накопления (интегрирование) аналитического спектрального сигнала при интегрально-сцинтилляционной регистрации спектрального излучения плазмы выбирают экспериментально с использованием временной развертки спектра. Для расчета содержаний химических элементов в малых навесках вещества, попадающих в плазму источника возбуждения в моменты времени кратковременного синхронного накопления аналитических спектральных сигналов, применяется способ, примененный в прототипе с использованием построения калибровочного графика по образцам сравнения близких по составу к исследуемому веществу.For research, take analytical samples of hair powder, usually not exceeding 50 mg. During the study, the analytical sample, if possible, is uniformly introduced into the plasma of the source of excitation for 15-30 seconds. The time of periodic synchronous short-term accumulation (integration) of the analytical spectral signal during integrated scintillation registration of the spectral radiation of the plasma is chosen experimentally using a time base of the spectrum. To calculate the contents of chemical elements in small samples of the substance that enter the plasma of the excitation source at the time points of short-term synchronous accumulation of analytical spectral signals, the method used in the prototype using the construction of a calibration graph based on comparison samples close in composition to the test substance.
Временная развертка (зависимость величин содержаний химических элементов в малых навесках волос, вводимых в плазму за время периодического синхронного кратковременного накопления сигнала от времени введения порошкового вещества в плазму) представлена на фиг.1.A time scan (the dependence of the values of the contents of chemical elements in small samples of hair introduced into the plasma during the period of periodic synchronous short-term accumulation of the signal from the time of introduction of the powder substance into the plasma) is shown in Fig. 1.
Из проведенных исследований (по кривым временных разверток для волос) время периодического синхронного кратковременного накопления сигнала оказалось близкой к 100 мсек.From the studies performed (along the time-sweep curves for hair), the time of periodic synchronous short-term signal accumulation turned out to be close to 100 ms.
При проведении анализа волос за счет применения интегрально-сцинтилляционного метода регистрации спектрального излучения за время введения аналитической навески в плазму получают сотни зарегистрированных спектров, которые исследуются и по которым осуществляют расчет результатов анализа волос с использованием ЭВМ.When conducting a hair analysis through the use of the integrated scintillation method for recording spectral radiation during the introduction of an analytical sample into the plasma, hundreds of recorded spectra are obtained, which are studied and used to calculate the results of hair analysis using a computer.
На временной развертке (фиг.1, на которой представлена зависимость содержания химических элементов (С, мг/г) в микронавесках волос, попадающих в различные моменты времени (t) в плазму), отражающей характер спектрального излучения плазмы источника возбуждения спектров в различные временные моменты введения в источник исследуемого порошкового материала, достаточно четко видны присутствие в исследуемом порошке характерных отличающихся друг от друга фаз.At a time scan (Fig. 1, which shows the dependence of the content of chemical elements (C, mg / g) in microwaves of hair falling at different times (t) into the plasma), which reflects the nature of the spectral radiation of the plasma from the source of excitation of the spectra at different time moments introduction into the source of the studied powder material, the presence of characteristic phases differing from each other in the studied powder is quite clearly visible.
В состав фазы волос входят такие химические элементы, как Са, Mg, Al, Si, Cu, Р, В, Fe и др., спектральные аналитические сигналы которых присутствуют постоянно в течение времени подачи порошка волос в плазму источника возбуждения, а в состав неоднородностей волос, фаз, загрязняющих волосы, входят такие элементы, как Ni, Cr, Mn, Pb, Ti и др., спектральные аналитические сигналы которых обычно кратковременно наблюдаются на временных развертках (фиг.1).The composition of the hair phase includes such chemical elements as Ca, Mg, Al, Si, Cu, P, B, Fe, etc., the spectral analytical signals of which are constantly present during the time the hair powder is fed into the plasma of the source of excitation, and the composition of the inhomogeneities hair, phases that pollute the hair, includes elements such as Ni, Cr, Mn, Pb, Ti, etc., the spectral analytical signals of which are usually briefly observed in time scans (figure 1).
Загрязнение волос происходит и фазами, в составе которых присутствуют химические элементы, входящие в состав самих волос (Са, Al, Mg, Cu и др). В этом случае на постоянно присутствующем аналитическом сигнале от фазы волос появляются резкие возрастающие сигналы (см. фиг.1, кривая Si, Al, Mg, Cu и т.п.), характеризующие попадание в плазму частиц фаз неоднородностей, "грязи", содержащих эти элементы. Обнаружить эти фазы на развертке спектра исследуемого объекта не всегда просто из-за возрастания и падения аналитического сигнала в моменты неравномерного введения вещества в плазму (идеально равномерное введение вещества - технически сложная задача).Hair contamination also occurs in phases, in the composition of which there are chemical elements that are part of the hair itself (Ca, Al, Mg, Cu, etc.). In this case, abruptly increasing signals (see Fig. 1, curve Si, Al, Mg, Cu, etc.) appear on the constantly present analytical signal from the hair phase, which characterize the ingress of inhomogeneities, "dirt" phases containing into the plasma of particles these elements. It is not always easy to detect these phases in the spectrum sweep of the studied object due to the increase and fall of the analytical signal at the moments of uneven introduction of the substance into the plasma (ideally uniform introduction of the substance is a technically difficult task).
Проведение расчета по периодическим синхронным кратковременным накоплениям спектральных аналитических сигналов относительного процентного соотношений химических элементов для каждого из этих накоплений (малых навесок) позволяет более четко обнаружить отличающиеся по составу и содержанию элементов от самой фазы волос (см. табл.1 и фиг.2, на которой отображена зависимость соотношений содержаний (С, %) химических элементов в микронавесках волос, попадающих в различные моменты времени (t) в плазму источника возбуждения).Calculation of periodic synchronous short-term accumulations of spectral analytical signals of the relative percentage ratios of chemical elements for each of these accumulations (small weights) allows you to more clearly detect differences in the composition and content of elements from the phase of the hair itself (see table 1 and figure 2, which shows the dependence of the ratios of the contents (C,%) of chemical elements in micronaves of hair falling at different times (t) into the plasma of the excitation source).
Из табл.1 и фиг.2 видно, что относительные соотношения содержаний химических элементов в малых навесках вещества не всегда остается на одном уровне. Наблюдающиеся резкие изменения в этих соотношениях говорят о присутствии в веществе неоднородностей. Это позволяет выявить аналитические микронавески, в которых проявляется присутствие "грязи", неоднородностей вещества, и при расчете химического состава основной фазы вещества осуществить исключение химических элементов из его состава, если они не принадлежат исследуемой фазе. В случае присутствия одинаковых химических элементов в неоднородностях и основной фазе вещества осуществляют внесение в результаты анализа волос корректирующие поправки с учетом отношения соотношений содержаний химических элементов в отдельных малых навесках исследуемого вещества к этому соотношению, рассчитанному для всей аналитической навески исследуемого вещества. Применяя выявление неоднородностей путем итерационного процесса последовательного исключения вначале крупных, а затем и мелких неоднородностей ("инородных" фаз) из исследуемой фазы можно существенно повысить точность и чувствительность интегрально-сцинтилляционного спектрального анализа вещества.From table 1 and figure 2 shows that the relative ratios of the contents of chemical elements in small samples of the substance does not always remain at the same level. The observed sharp changes in these ratios indicate the presence of inhomogeneities in the substance. This makes it possible to identify analytical microweaks in which the presence of “dirt” and inhomogeneities of the substance are manifested, and when calculating the chemical composition of the main phase of the substance, exclude chemical elements from its composition if they do not belong to the phase under study. In the case of the presence of identical chemical elements in the inhomogeneities and the main phase of the substance, corrections are made to the hair analysis results taking into account the ratio of the ratios of the contents of chemical elements in individual small samples of the test substance to this ratio calculated for the entire analytical sample of the test substance. Applying the identification of inhomogeneities through an iterative process of sequentially eliminating initially large and then small inhomogeneities ("foreign" phases) from the phase under study, the accuracy and sensitivity of integral scintillation spectral analysis of a substance can be significantly increased.
В таблице 2 приведены результаты анализа волос без учета присутствия в волосах неоднородностей ("грязи") и с их учетом. В случае расчетов с учетом обнаруженных неоднородностей в результатах анализа появляется возможность выдачи и характеристик неоднородностей загрязнений вещества.Table 2 shows the results of hair analysis without taking into account the presence of heterogeneities ("dirt") in the hair and taking into account them. In the case of calculations taking into account the detected inhomogeneities in the analysis results, it becomes possible to give out and characteristics of the heterogeneities of the contaminants of the substance.
Таким образом, за счет выбора оптимального времени периодического кратковременного накопления спектрального аналитического сигнала, близкого к времени появления (сцинтилляции) аналитических сигналов от неоднородностей исследуемого объекта путем изучения временных разверток спектров, оказалось возможным не только обнаружить неоднородности волос, но и осуществить учет присутствия неоднородностей в волосах при определении химического элементного состава волос с использованием такой расчетной характеристики, как относительное соотношение содержаний химических элементов в малых навесках исследуемого вещества, попадающих в плазму источника возбуждения в моменты времени периодического синхронного кратковременного накопления спектрального аналитического сигнала.Thus, by choosing the optimal time for periodic short-term accumulation of the spectral analytical signal close to the time of appearance (scintillation) of the analytical signals from the inhomogeneities of the studied object by studying the time spectral sweeps, it was possible not only to detect hair heterogeneities, but also to take into account the presence of inhomogeneities in the hair when determining the chemical elemental composition of hair using such a calculated characteristic as relative carrying the contents of chemical elements in small samples of the test substance falling into the plasma of the excitation source at times of periodic synchronous short-term accumulation of the spectral analytical signal.
Это позволило повысить точность анализа волос за счет исключения из их состава элементов, которые не входят в состав волос, и введения корректирующих поправок в результат анализа в случае присутствия одних и тех же химических элементов в волосах и их неоднородностях, "грязи", а также чувствительность определения элементов за счет учета "грязи" при расчете содержаний микроэлементов волос.This made it possible to increase the accuracy of hair analysis by eliminating from its composition elements that are not part of the hair, and introducing corrective amendments to the result of the analysis in the case of the presence of the same chemical elements in the hair and their heterogeneities, “dirt”, as well as sensitivity determination of elements by taking into account "dirt" when calculating the content of trace elements of hair.
Пример 2. В исследуемых ногтях, несмотря на тщательную специальную очистку их, могут находиться отдельные неоднородности, частицы - фазы, "грязь", которые искажают результаты анализа ногтей в случае использования известных методов определения элементного состава ногтей. Необходимо выявить неоднородную "грязь" в ногтях и получить более точные результаты анализа состава ногтей человека.Example 2. In the studied nails, despite a thorough special cleaning, there may be individual heterogeneities, particles - phases, "dirt" that distort the results of the analysis of nails in the case of using known methods for determining the elemental composition of nails. It is necessary to identify heterogeneous "dirt" in the nails and obtain more accurate results of the analysis of the composition of human nails.
Способ спектрального интегрально-сцинтилляционного анализа ногтей осуществляется аналогично способу спектрального интегрально-сцинтилляционного анализа волос, изложенного в примере 1. Отличительной особенностью анализа ногтей является более монолитная структура исследуемого вещества, поэтому исследуемое вещество перед исследованием для более четкого выявления присутствия в них дефектов, неоднородностей, частиц "грязи" и учета их при расчете результатов анализа должно быть подвергнуто измельчению до крупности частиц ногтей меньшей 2 мм. Как правило, наиболее вероятной крупностью частиц "грязи" на ногтях, волосах, коже является крупность фаз менее 1-2 мм (это наиболее подвижные частицы окружающей человека среды). Для получения наибольшей вероятности обнаружения неоднородностей, контрастностей в спектральных аналитических сигналах фаз исследуемое вещество рационально измельчать до крупности частиц, близкой к крупности неоднородностей вещества.The method of spectral integrated scintillation analysis of nails is carried out similarly to the method of spectral integrated scintillation analysis of hair described in Example 1. A distinctive feature of the analysis of nails is the more monolithic structure of the test substance, therefore, the test substance before the study to more clearly identify the presence of defects, inhomogeneities, particles in them "dirt" and taking them into account when calculating the results of the analysis should be subjected to grinding to a particle size of nails less th 2 mm. As a rule, the most probable particle size of the “dirt” on the nails, hair, and skin is the phase size of less than 1-2 mm (these are the most mobile particles of the human environment). To obtain the highest probability of detecting inhomogeneities and contrasts in the spectral analytical phase signals, it is rational to grind the test substance to a particle size close to the size of the inhomogeneities of the substance.
Оценка времени периодического синхронного кратковременного накопления аналитических спектральных сигналов в случае анализа ногтей по экспериментальным данным (временной развертке) дает примерно такое же значение времени, как для волос, 100 мс.Estimating the time of periodic synchronous short-term accumulation of analytical spectral signals in the case of analysis of nails using experimental data (time base scan) gives about the same time value as for hair, 100 ms.
В таблице 3 приведены относительные соотношения содержаний различных химических элементов в малых навесках вещества (ногтей), попавших в плазму за время отдельных периодических накоплений спектрального аналитического сигнала. Наблюдающиеся отдельные существенные отличия в соотношениях содержаний химических элементов в микронавесках вещества (см. таблицу 3) указывает на удачный выбор условий анализа. Учет обнаруженных фаз неоднородностей при расчете результатов анализа осуществляется подобно тому, как это делалось в примере 1. Пример результата анализа ногтей приводится в табл.2.Table 3 shows the relative ratios of the contents of various chemical elements in small samples of the substance (nails) that entered the plasma during individual periodic accumulations of the spectral analytical signal. The observed individual significant differences in the ratios of the contents of chemical elements in the micronasting of the substance (see table 3) indicates a good choice of analysis conditions. Accounting for the detected phases of heterogeneity in calculating the results of the analysis is carried out similarly to how it was done in example 1. An example of the result of the analysis of nails is given in Table 2.
Таким образом, за счет осуществления измельчения ногтей до крупности менее 2 мм и выбора скорости процесса исследования их (небольшой аналитической навески 10 мг и времени ее введения в плазму в течение 15 сек) удается с помощью интегрально-сцинтилляционного спектрального анализа получить за счет введения поправок на присутствие в исследуемой фазе вещества инородных фаз более точные результаты анализа ногтей, чем при использовании прототипа.Thus, due to the grinding of nails to a particle size of less than 2 mm and the choice of the speed of the research process (a small analytical sample of 10 mg and the time of its introduction into the plasma for 15 seconds), it is possible to obtain, by means of integral scintillation spectral analysis, by introducing corrections for the presence in the investigated phase of the substance of foreign phases more accurate results of the analysis of nails than when using the prototype.
Используя предлагаемый способ интегрально-сцинтилляционного спектрального анализа, при котором выбирают время периодического синхронного накопления (интегрирования), близкое к времени сцинтилляции в плазме отдельных неоднородностей вещества, осуществляют исследования малых навесок вещества с расчетом в этих навесках процентного соотношения содержания химических элементов, выявляют по этому соотношению основные, примесные и загрязняющие вещество фазы, вносят на основании выявленных соотношений уточняющие поправки в результаты анализа вещества, есть основания считать возможным проводить исследование большого круга разнообразных веществ с точностью и чувствительностью лучшей, чем это позволяет сделать прототип.Using the proposed method of integrated scintillation spectral analysis, in which the time of periodic synchronous accumulation (integration) is chosen close to the time of scintillation in the plasma of individual inhomogeneities of the substance, small samples of the substance are studied with the percentage of the chemical elements in these samples calculated, and this ratio is detected by this ratio the main, impurity and polluting phases, on the basis of the identified ratios, make adjusting corrections to the results of analysis of the substance, there is reason to believe that it is possible to conduct a study of a wide range of various substances with accuracy and sensitivity better than what the prototype allows.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105875/28A RU2272277C2 (en) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | Method for integral-scintillation spectral analysis of substance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105875/28A RU2272277C2 (en) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | Method for integral-scintillation spectral analysis of substance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004105875A RU2004105875A (en) | 2005-08-10 |
| RU2272277C2 true RU2272277C2 (en) | 2006-03-20 |
Family
ID=35844684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004105875/28A RU2272277C2 (en) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | Method for integral-scintillation spectral analysis of substance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2272277C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515131C2 (en) * | 2012-08-28 | 2014-05-10 | Валентин Николаевич Аполицкий | Method for integrated scintillation investigation of substance with fractional evaporation thereof into plasma |
| RU2657333C1 (en) * | 2017-04-14 | 2018-06-13 | Валентин Николаевич Аполицкий | Integrated scintillation method of investigation of a substance with its introduction into plasma |
-
2004
- 2004-03-01 RU RU2004105875/28A patent/RU2272277C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515131C2 (en) * | 2012-08-28 | 2014-05-10 | Валентин Николаевич Аполицкий | Method for integrated scintillation investigation of substance with fractional evaporation thereof into plasma |
| RU2657333C1 (en) * | 2017-04-14 | 2018-06-13 | Валентин Николаевич Аполицкий | Integrated scintillation method of investigation of a substance with its introduction into plasma |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004105875A (en) | 2005-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| McCarty et al. | Comparison of near infrared and mid infrared diffuse reflectance spectroscopy for field-scale measurement of soil fertility parameters | |
| Pořízka et al. | Laser-induced breakdown spectroscopy for in situ qualitative and quantitative analysis of mineral ores | |
| Ryder et al. | Identifications and quantitative measurements of narcotics in solid mixtures using near-IR Raman spectroscopy and multivariate analysis | |
| CN110261405B (en) | Insulator pollution component identification method based on microscopic hyperspectral technology | |
| Savvides et al. | The relationship between diffuse spectral reflectance of the soil and its cation exchange capacity is scale-dependent | |
| CN107037012B (en) | Echelle spectrometer dynamic correcting method for laser induced breakdown spectroscopy acquisition | |
| CN109085136B (en) | Method for measuring content of oxide components in cement raw material by near-infrared diffuse reflection spectrum | |
| CN106501208A (en) | A kind of tobacco style similitude sorting technique based near infrared light spectrum signature | |
| Comino et al. | Near-infrared spectroscopy and X-ray fluorescence data fusion for olive leaf analysis and crop nutritional status determination | |
| CN114199856B (en) | Rapid calibration method for element content ratio of laser-induced breakdown spectroscopy | |
| Mura et al. | Vibrational spectroscopy and Aquaphotomics holistic approach to determine chemical compounds related to sustainability in soil profiles | |
| CN117629967A (en) | Quick soil layer pollution detection method based on spectral analysis | |
| CN110261346A (en) | A method of quickly detecting PVC content in soil based near infrared spectrum | |
| CN110210005A (en) | A kind of spectrum wave number selection method of no reference value | |
| Elcoroaristizabal et al. | Near infrared hyperspectral imaging as a tool for quantifying atmospheric carbonaceous aerosol | |
| CN113655027A (en) | Method for rapidly detecting tannin content in plant by near infrared | |
| RU2657333C1 (en) | Integrated scintillation method of investigation of a substance with its introduction into plasma | |
| RU2272277C2 (en) | Method for integral-scintillation spectral analysis of substance | |
| CN104132928B (en) | The detection method of art green content in a kind of Folium Camelliae sinensis | |
| Zheng et al. | Calibration approaches for the measurement of aerosol multielemental concentration using spark emission spectroscopy | |
| CN113030007A (en) | Method for rapidly testing quality stability of tobacco essence based on similarity learning algorithm | |
| CN111624194B (en) | Blade element nondestructive measurement method based on laser-induced breakdown spectroscopy | |
| CN115420708B (en) | Near-infrared nondestructive detection method for capsaicin substances in dry peppers | |
| RU2647533C1 (en) | Method of identification, diagnostics and evaluation of a substance quality using the integral scintillation method of substance investigation | |
| Ivanova et al. | Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometric quantification of isotope trace elements in human carcinoma tissue-stochastic dynamics and theoretical analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150302 |