(5) АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР(5) NUCLEAR ABSORBTION ANALYZER
Изобретение относитс к спектральному анализу и может быть исполь зовано дл контрол состава вещества в различных отрасл х народного хоз йства: металлургии, горнодобывающей промышленности, химии, геологии и др. Известен атомно-абсорбционный спектрометр, состо щий из линейчатого источника резонансного излучени атомизатора, монохроматора, детектора , усилител , стрелочного прибора, самописца и цифропечатающего устройства 1 J. Спектрометр не обладает достаточной точностью, так как в схеме не предусмотрена компенсаци дрейфа измер емого сигнала. Наиболее близким к предлагаемому вл етс атомно-абсорбционный анализатор , содержащий спектральную лампу атомизатор, монохроматор и последовательно соединенные фотоэлектрическии умножитель, измерительное устройство и регистратор zj. Недостатком устройства вл етс сравнительно низка точность атомноабсорбцйонных измерений, поскольку в функциональиЪй схеме анализатора не предусмотрена непрерывна коррекци дрейфа измер емого сигнала. Цель изобретени - повышение точности атомно-абсорбционных измерений за счет коррекции дрейфа измер емого сигнала. Поставленна цель достигаетс тем, что атомно-абсорбционный анализатор, содержащий спектральную лампу, атомизатор ,, монохроматор и последовательно соединенные фотоэлектронный умножитель, измерительное устройство, регистратор, дополнительно содержит устройство сдвига уровн , устройство нормировани , четыре ключа, измеритель скорости дрейфа, устройство линейной коррекции и управл емый блок питани спектральной лампы, при-. 39 чем выход измерительного устройства соединен с входом устройства сдвига уровн и через первый ключ с входом устройства нормировани , выход которого подключен к первому входу управл емого блока питани , выход устройства сдвига уровн соединен через второй ключ с регистратором, а через третий ключ с входом измерител скорости дрейфа, выход которого через четвертый ключ соединен с входом уст ройства линейной коррекции, выход которого подключен к второму входу управл емого блока питани спектральной лампы. На фиг. 1 представлена функциональна блок-схема атомно-абсорбционного анализатора; на фиг. 2 эпюры напр жений. Анализатор состоит из спектральной лампы 1, атомизатора 2, монохро матора 3 фотоэлектронного умножите л , выход которого подключен к вх ду измерительного устройства 5- Выход устройства 5 соединен с входом устройства 6 сдвига уровн и через ключ 7 со входом устройства 8 нормировани . Выход устройства 8 соединен с первым входом 9 управл емог блока 10 питани . Выход устройства 6 сдвига уровн через второй ключ 11 подключен к регистратору 12, а через третий ключ 13 к входу измери тел 1 скорости дрейфа. Выход измерител Ц через четвертый ключ 15 соединен с входом устройства 1б линейной коррекции. Выход устройства 1б подключен к второму входу 17 управл емого блока 10 питани , выход которого соединен с спектральной лампой 1. Стабильность сигнала, вырабатываемого устройством 3 (этот сигнал пропорционален интенсивности излучени резонансной линии спектральной лампы 1), определ етс стабильностью работы спектральной лампы 1, атомизатора 2, монохроматора фотоэлектронного умножител , изме рительного устройства 5- Основной вклад в погрешность при атомно-абсорбционных измерени х вносит долговременный дрейф излучени спектральной лампы 1. Явл сь мультиплик тивной помехой, долговременный дрей излучени существенно вли ет на точ ность измерени , что подтверждаетс приведенными ниже математическими выражени ми. В общем виде напр жение на выходе змерительного устройства 5 (проорциональное интенсивности излуени ) можно выразить U(t) Uo -f(t) (эпюра 18) де DO - начальное напр жение; f(t) - функци времени. Известно, что с заданной точностью олговременный дрейф системы апрокимируетс кусочно-линейной функций , где дл i-oro измерени можно аписать щи) де t $t Ц ч-At начальное напр жение при i-ом измерении; тангенс угла наклона апроксимирующей пр мой при i-OM измерении. апр жение на выходе измерительного стройства 5 при введении в атомизаор анализируемого раствора выражатс Uj- (t) XUi-(t) o«:( K,t) где коэффициент ослаблени измер емого сигнала, завис щий от концентрации анализируемого элемента. Абсолютна погрешность i-oro измерени определ етс , как разность db(5c otUo - (о(Щ -ocKt) oL(Uo - и,) -dK.t Относительна погрешность измерений определ етс как отношение . Г (focfc d(Jo-( - отн otUotfUo ОА Uo Uo гдеоСи - напр жение на выходе устройства 5 при измерении анализируемого раствора при условии полного отсутстви дрейфа, т-е. l)(t) UQ. Если перед i-тым измерением уравнивают и Уд, т,е. провод т нормирование , то получаем выражени . .Из двух последних выражений видно, что погрешность i-oro измерени при прочих равных услови х зависит от К (тангенса угла наклона пароксимирующей пр мой, т.е. скорости дрейфа ), а также от t (времени) i-oro измерени . Из этого следует, что увеличение времени измерени , часто необходимое дл статистической обработки сигнала - интегрирование. и т.п. приводит к увеличению погреш ности, поэтому целесообразно проводить непрерывную коррекцию дрейфа в течение времени измерени . Устройство работает следующим об разом. В момент времени t- в атомизатоо подаетс раствор, не содержащий ана лизируемый элемент(например, воду), ключи 7, 11, 13, 15 разомкнуты. Сиг нал, снимаемый с фотоэлектронного умножител k, поступает на вход измерительного устройства 5- В устройстве 5 осуществл етс преобразование этого сигнала - усиление, син хронное детектирование, фильтраци и т.п. На выходе устройства 5 выраб тываетс напр жение посто нного тока , пропорциональное световому пото ку, регистрируемому фотоэлектронным умножителем 4. Эпюра 18 показывает изменение выходного напр жени устройства 5 под действием дрейфа инте сивности спектральной лампы . С вы хода устройства 5 сигнал поступает на вход устройства 6, которое осуществл ет инверсию входного напр жени и, кроме того, сдвигает уровень сигнала на величину начального напр жени UQ. Дл нагл дности на эпюре Д5 показано выхопное напр жение устоойства 5 при измерении сигнала поглощени без коррекции дрейфа . При этом на выходе устройства сдвига уровн действует напр жение, изображенное на эпюре 20. В момент времени t замыкаетс ключ 7. при этом на вход устройства 8 нормировани поступает действующее значение выходного напр жени устройства 5 В устройстве 8 это напр жение сравниваетс с опорным напр жением UQ и вырабатываетс сигнал разбаланса, который поступает на первый вход 9 управл емого блока 1Q питани . Под действием сигнала разбаланса блок 10 измен ет ток спектральной лампы (как следствие интенсивности свечени ) в сторону,направленную в конечном итоге на сведение сигнала разбаланса к нулю. Таким образом, путем изменени интенсивности свечени спект ральной лампы осуществл етс уравнивание и и Up, т.е. нормирование измер емого сигнала за врем . и (эпюра 21, где показано напр жение на выходе устройства 5 при атомно-абсорбционных измерени х с коррекцией дрейфа). В момент времеНИ t ключ 7 размыкаетс , а ключ 13 замыкаетс на период . При этом сигнал с выхода устройства 6 поступает на вход измерител Н скорости дрейфа. Измеритель вырабатывает напр жение, пропорциональное тангенсу угла наклона апроксимирующей пр мой за врем t.-t,, т.е. величину , пропорциональную скорости дрейфа измер емого сигнала (эпюра 22). В момент времени t, в атомизатор вводитс анализируемый раствор, ключ 13 размыкаетс , а ключи 11 и 15 замыкаютс на период этом напр жение с выхода измерител 1 поступает на вход устройства 16 линейной кЪррекции. Устройство 16 вырабатывает линейно-измен ющеес напр жение , скорость нарастани которого равна скорости дрейфа, кроме того устройство 16 осуществл ет сдвиг линейно-измен ющегос напр жени на величину ухода измер емого сигнала за врем измерени скорости дрейфа tj-ta. Полученный таким образом суммарный сигнал инвертируетс (эпюра 23) и с выхода устройства 16 подаетс на второй вход 17 управл емого блока 10 питани . Под действием этого напр жени (путем изменени тока спектральной лампы) непрерывно в течение времени измерени сигнала поглощени осуществл етс коррекци дрейфа измер емой величины. При этом на входе регистратора 12 действует напр жение, показанное на эпюре . Дл нагл дности можно сравнить эпюры 20 и 2k, где представлены результаты измерений сигналов поглощени соответственно без коррекции и с коррекцией дрейфа измер емого . сигнала. Все операции - включение ключей, подача растворов в атомизатор и т.п.осуществл ютс по командам с программного устр.ойства (не указано) . Полученные результаты измерений МОГУТ быть использованы как в исследовательских цел х, так и при массовом экспресс-анализе технологических продуктов предпри тий металлургии , химической промышленности и др. Использование анализатора дает возможность оперативно получать информацию о составе и качестве технологических продуктов, что в свою очередь позвол ет оптимизировать технологический процесс.The invention relates to spectral analysis and can be used to control the composition of a substance in various sectors of the national economy: metallurgy, mining, chemistry, geology, etc. The atomic absorption spectrometer is known, consisting of a line source of resonant radiation of an atomizer, a monochromator, detector, amplifier, switch instrument, recorder and digital printer 1 J. The spectrometer does not have sufficient accuracy, since the circuit does not provide for compensation of direct signal. The closest to the present invention is an atomic absorption analyzer containing an atomizer, a monochromator and a photoelectric multiplier, a measuring device and a zj recorder in series with a spectral lamp. The drawback of the device is the comparatively low accuracy of atomic absorption measurements, since in the analyzer's functional scheme there is no continuous correction of the measured signal drift. The purpose of the invention is to improve the accuracy of atomic absorption measurements by correcting the drift of the measured signal. This goal is achieved by the fact that an atomic absorption analyzer containing a spectral lamp, an atomizer, a monochromator and a series-connected photomultiplier tube, a measuring device, a recorder, additionally contains a level shifter, a normalization device, four keys, a drift velocity meter, a linear correction device and controlled power supply unit of the spectral lamp with 39 that the output of the measuring device is connected to the input of the level shifter and through the first key to the input of the normalization device, the output of which is connected to the first input of the controlled power supply unit, the output of the level shifter is connected via the second key to the recorder, and through the third key to the input of the velocity meter the drift, the output of which is connected via the fourth switch to the input of the linear correction device, the output of which is connected to the second input of the controlled power supply unit of the spectral lamp. FIG. 1 shows a functional block diagram of an atomic absorption analyzer; in fig. 2 stress plots. The analyzer consists of a spectral lamp 1, an atomizer 2, a monochromator 3 of a photoelectron multiply l, the output of which is connected to the input of the measuring device 5. The output of the device 5 is connected to the input of the level shifting device 6 and through the key 7 to the input of the normalizing device 8. The output of the device 8 is connected to the first input 9 of the controlled power supply unit 10. The output of the device 6 level shift through the second key 11 is connected to the recorder 12, and through the third key 13 to the input of the measurement body 1 drift velocity. The output of the meter C through the fourth key 15 is connected to the input of the device 1b linear correction. The output of the device 1b is connected to the second input 17 of the controlled power supply unit 10, the output of which is connected to the spectral lamp 1. The stability of the signal produced by the device 3 (this signal is proportional to the intensity of radiation of the resonant line of the spectral lamp 1) is determined by the stability of the spectral lamp 1, the atomizer 2, a photomultiplier monochromator, a measuring device 5- The main contribution to the error in atomic absorption measurements is made by the long-term drift of the emission of spectral lights 1. It is a multiplicative interference, long-term radiation drift significantly affects the accuracy of the measurement, which is confirmed by the following mathematical expressions. In general, the voltage at the output of the measuring device 5 (proportional to the intensity of radiation) can be expressed as U (t) Uo -f (t) (plot 18) de DO is the initial voltage; f (t) is a function of time. It is known that, with a given accuracy, the long-term drift of the system aprokamirutsya piecewise linear functions, where for i-oro measurement, you can write the initial voltage at the i-th dimension; tangent of the angle of inclination of the approximating line in the i-OM measurement. The april at the output of measuring device 5, when an analyte solution is introduced into the atomizer, is expressed as Uj- (t) XUi (t) o ": (K, t) where the attenuation coefficient of the measured signal depends on the concentration of the element being analyzed. The absolute error of the i-oro measurement is defined as the difference db (5c otUo - (o (W -ocKt) oL (Uo - and,) -dK.t) The relative measurement error is defined as the ratio. Г (focfc d (Jo- ( - relative otUotfUo ОА Uo Uo whereСоСи - voltage at the output of device 5 when measuring the analyzed solution under the condition of complete absence of drift, i.e. l) (t) UQ. If before the i-th measurement they equalize and U, t, e. t normalization, we get the expressions. From the last two expressions, it can be seen that the i-oro measurement error, ceteris paribus, depends on K (tangent angle pa oksimiruyuschim direct, i.e. drift velocity), as well as from t (time) i-oro measurement. From this it follows that an increase in the measurement time often required for statistical signal processing — integration, etc., leads to an increase in errors, it is therefore advisable to carry out continuous correction of the drift during the measurement time. The device works as follows. At time t-, a solution that does not contain the element being analyzed (for example, water) is fed to the atomisation, the keys 7, 11, 13, 15 are open . The signal taken from the photomultiplier k is fed to the input of the measuring device 5. The device 5 converts this signal — amplification, synchronous detection, filtering, and so on. At the output of the device 5, a DC voltage is generated, which is proportional to the light flux recorded by the photomultiplier 4. Plot 18 shows the change in the output voltage of the device 5 under the influence of the spectral lamp's intensity drift. From the output of the device 5, the signal enters the input of the device 6, which inverts the input voltage and, in addition, shifts the signal level by the value of the initial voltage UQ. For clarity, plot D5 shows the extruded voltage of device 5 when measuring the absorption signal without drift correction. At the same time, the output of the level shifter acts on the voltage shown in plot 20. At time t, the switch 7 closes. At the same time, the effective value of the output voltage of the device 5 V of the device 8 arrives at the input of the normalization device 8 and this voltage is compared to the reference voltage UQ and the unbalance signal is generated, which is fed to the first input 9 of the controlled power supply unit 1Q. Under the action of the imbalance signal, block 10 changes the current of the spectral lamp (as a consequence of the intensity of luminescence) towards ultimately aimed at reducing the imbalance signal to zero. Thus, by changing the luminescence intensity of the spectral lamp, equalization and and Up are performed, i.e. normalization of the measured signal over time. and (plot 21, where the voltage at the output of the device 5 is shown in atomic absorption measurements with drift correction). At the moment of time t key 7 is opened, and key 13 is closed for a period. The signal from the output of the device 6 is fed to the input of the meter H speed drift. The meter produces a voltage proportional to the tangent of the angle of inclination of the approximation straight in time t.-t, i.e. a value proportional to the drift velocity of the measured signal (plot 22). At time t, the analyzed solution is introduced into the atomizer, the key 13 is disconnected, and the keys 11 and 15 are closed for this period, the voltage from the output of the meter 1 is fed to the input of the linear compensation device 16. The device 16 generates a linearly varying voltage, the slew rate of which is equal to the drift velocity, and the device 16 shifts the linearly varying voltage by the amount of drift of the measured signal during the drift velocity measurement tj-ta. The total signal thus obtained is inverted (plot 23) and from the output of the device 16 is fed to the second input 17 of the controlled power supply unit 10. Under the action of this voltage (by changing the current of the spectral lamp) continuously during the measurement time of the absorption signal, the drift of the measured value is corrected. In this case, the input voltage of the recorder 12 is the voltage shown on the plot. For consistency, you can compare the plots 20 and 2k, where the results of measurements of the absorption signals are presented, respectively, without correction and with the correction of the measured drift. signal. All operations — turning on keys, supplying solutions to the atomizer, etc., are carried out on commands from a software device (not specified). The obtained measurement results CAN be used both for research purposes and for mass rapid analysis of technological products of enterprises of metallurgy, chemical industry, etc. Using the analyzer allows you to quickly receive information on the composition and quality of technological products, which in turn allows optimize the process.