книги из ГПНТБ / Гусарский, В. В. Эмиссионная спектроскопия аэрозолей в металлургии

ность определения в высокочастотном факельном раз­ ряде с чувствительностью в пламени очевидно потому, что при внешнем их сходстве высокочастотный разряд выгодно отличается от пламени. Введение в разряд лег­

РЬ она повышается на порядок [211]. Она сильно зави­ сит от рода приемника и рабочего газа. Сравнительно низкая чувствительность определения щелочных эле­ ментов объясняется тем, что эти элементы в горячем плазменном пламени сильно ионизируются и имеют ма­ ло атомов, которые могут возбуждаться и излучать. Этому соответствует и то, что чувствительность элемен­ тов с высокой энергией возбуждения и ионизации в плазменном пламени значительно лучше. Имеется так­ же возможность устранить образование химических кислородных соединений некоторых элементов, напри­ мер алюминия, так как в рабочем газе (N2, Аг) нет кис­ лорода.

Применение аргона в качестве рабочего газа особен­

буждения 5,4 и 5,5 эВ соответственно) чувствительность в два раза больше, чем при возбуждении в азоте [226].

Можно анализировать Р, Be, Zn, Sb, Ni, Mo, Au, Al и W

и другие элементы, которые в пламени не возбуж­ даются совсем или чувствительность которых ничтожно мала.

Ультразвуковое распыление повышает чувствитель­ ность в 10 раз, так как увеличивается количество раст­ вора в единице объема (0,1—1,0 мл/мин) и повышается степень его распыления [228, 248 и др.].

Отмечается [228], что при распылении азотом в стек­ лянном распылителе интенсивность линий зависит от скорости потока газа и имеет максимум при 6,1 л/мин. Кислотность растворов мало влияет на интенсивность линий, но при концентрации 3—6н. наблюдается тенден­ ция к снижению интенсивности. В атмосфере аргона в факеле с твердыми образцами лучшее соотношение ин­ тенсивностей линии и фона, чем в дуге постоянного то­

120

ка [268], и чувствительность по многим компонентам достигает чувствительности определения в дуге посто­ янного тока [269], а для некоторых элементов, таких как Au, Ві, Те, Zn, Ga и Ag, по предварительным дан­ ным, может быть получена чувствительность более вы­ сокая, чем в дуге переменного тока на воздухе [238]. Чувствительность определения элементов можно повы­ сить введением в анализируемый раствор органических растворителей, причем эффективность растворителей выше эффективности газообразных углеводородов, вво­ димых в аргоновую смесь [29, с. 67].

Практически полученная различными авторами чув­ ствительность в высокочастотном разряде составляет в большинстве десятые, сотые и тысячные доли процента всех определяемых элементов. Иногда чувствительность

данные по чувствительности охватывают основную мас­ су элементов таблицы Менделеева. Пока остаются не­ охваченными элементы правого верхнего угла таблицы,

[228] и выше [225, 227]. Для увеличения стабильности можно в раствор добавить 10% этилового спирта [211]. Иногда даже негомологичные линии дают прямолиней­ ные графики [258]; можно вести анализ по абсолютным почернениям [236]. Недавно достигнута воспроизводи­ мость 0,6% [251].

В заключение следует сказать, что метод с использо­ ванием высокочастотного возбуждения в целях анализа находится в стадии быстрого развития. Изучаются спо­ собы возбуждения разряда, механизма разряда, чув­ ствительность определения элементов и ряд других воп­ росов применения высокочастотных генераторов [270 и др.]. Разработаны первые методики определения эле­ ментов в конкретных объектах.

Вследствие хорошей воспроизводимости и чувстви­ тельности метод должен найти в дальнейшем достойное

121

І26

применение в аналитической практике. Широкому рас­ пространению метода, по-видимому, будет сильно пре­ пятствовать значительная дороговизна и дефицитность радиочастотных генераторов, необходимых для возбуж­ дения разряда.

6. МЕТОДИКА

Анализ чистых металлов. Алюминий и железо [247]

Пробу металла переводят в.окись; 600 мг окиси по­ мещают в вибрационный бункер, конструкция которого позволяет регулировать скорость подачи порошка в разряд. Порошок из бункера подают в высокочастотный

факела плазмы, вырезая промежуточной диафрагмой нижнюю часть факела.

Аналитические линии элементов [271], нм, и опреде­ ляемые концентрации (%) следующие: Fe 272,09 (2-10~3),

и подают в факельный высокочастотный разряд, горя­ щий между острием нижнего алюминиевого электрода и верхним пластинчатым электродом, являющимися

тока постоянной компоненты 250 мА.

127

Перед началом фотографирования спектров установ­ ка работает при нормальных условиях в течение 3 мин для установления постоянного термического режима.

При помощи осветительной системы с двойной про­ екцией на щель спектрографа Фюсса выделяют излуче­

ровочные графики строят в координатах IgG—lg [С (г-

вым распылителем с рабочей частотой 800 кГц и удель­ ной мощностью 3 Вт/см2 транспортирующий газ — азот. Скорость подачи 2 л/мин.

Аэрозоль подают в высокочастотную индукционную горелку с четырьмя витками медной водоохлаждаемой трубки, заканчивающейся стержнем, проходящим по центру молибденовой трубки. Мощность генератора ^ равна 500 Вт.

Монохроматор — сканирующий спектрометр, решет­ ка 1200 штр./мм. Ширина щели 0,025 мм. Монохрома­ тор настраивают на волну Zn 481,05 нм. Время проведе­ ния анализа 15 мин. Интервал определяемых концент­ раций 10—400 мкг/мл. Ошибка не превышает 1%.

Г л а в а IV.

КАСКАДНО-СТАБИЛИЗИРОВАННАЯ ДУГА

1.

КАСКАДНО-СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ДУГИ

Одним из источников света, предлагаемых в послед­ нее время для эмиссионного спектрального анализа ра­ створов, является стабилизированая дуга, которая впервые применена для изучения параметров плазмы а изменения свойств материалов при очень высоких тем-

128

пературах. Дуга имела точную цилиндрическую сим­ метрию, так как между электродами помещали скреп­ ленные между собой изолированные друг от друга во­ доохлаждаемые шайбы с отверстиями в центре.

Блок шайб состоял из двух медных пластин диамет­ ром 80 и толщиной 4,5 мм с центральными отверстиями диаметром 3 мм, расположенными на расстоянии 20 мм одна от другой. Цилиндрическое пространство, распо­ ложенное между обоими центральными отверстиями, ограничивали подобные медные ■водоохлаждаемые шай­ бы с такими же центральными отверстиями, но мень­ шего внешнего диаметра. Шайбы были изолированы од­ на от другой. Таким образом все шайбы образовали ци­ линдр диаметром 3 и высотой 30 мм. Охлаждающая во­ да проходила через все шайбы последовательно. Дугу зажигали при помощи тонкой медной проволоки и наблюдали через отверстия во внешнем охлаждающем круге.

В трубке, образованной отверстиями в шайбах, дуга

100 А без всяких колебаний даже в тех случаях, когда внешняя ее часть находится в очень возмущенных усло­ виях [272, 273].

Через отверстия в стабилизирующих шайбах в труб­ ку вдувают аргон. Излучение дуги можно наблюдать и регистрировать приборами также через радиальное от­ верстие в стабилизирующих шайбах [273, 274].

В каскадно-стабилизированную дугу вместе с арго­ ном или вместо него можно вводить аэрозоль [275]. На рис. 57 приведена схема каскадно-стабилизированной дуги [276]. Аэрозоль вводится в отверстие 1 и попадает в дугу через боковые каналы 2 в шайбах. Свет в спек­ трограф попадает через отверстие 3 в изоляции между двумя шайбами.

Считают [275], что, поскольку аэрозоль движется по направлению к обоим электродам, и дуга горит в чистой аэрозольной атмосфере, материал электрода не может достигнуть места, откуда наблюдают излучение, и дать при этом излучение своего спектра. Чистота горящей атмосферы обеспечивается магнитогидродинамическим 'Эффектом [277].

В некоторых конструкциях каскадно-стабилизиро­ ванной дуги сила тока может быть доведена до 220 А [275], но чаще используют ток силой 6—50 А [276]. Стабилизация дуги, основанная на таком же принципе, а также ввод аэрозоля и забор аналитического света, использованы в ряде других работ. Так, в работе [278]

было использовано 13 стабилизирующих шайб общей толщиной набора около 120 мм. Толщина каждой шай­ бы составляла 8 мм, диаметр отверстий в шайбах 7 мм. Расстояние между шйабами 1,5 мм; шайбы изолирова­ ны одна от другой тефлоновыми кольцами. Оба элек­ трода изготовлены из графита в виде полых цилиндров, внешний и внутренний диаметры анода и катода равны соответственно 20 и 5 мм и 12 и 7 мм.

Для зажигания разряда применяют медный стер­ жень диаметром 5 и длиной 100 мм. Между каждыми двумя шайбами предусмотрено окошко для выхода све­ та, что позволяет изучать параметры разряда вдоль всего канала дуги. В месте основого ввода аэрозоля канал дуги сужается до 2 мм для увеличения скорости движения аэрозоля (рис. 58). В канал дуги можно вво­ дить дополнительно инертный газ. Конструкция позво­ лила изучить распределение температуры вдоль столба Дуги.

В конструкции [175, с. 741] для сокращения рас­ стояния между электродами шайбы выполнены так, что каналы с охлаждающей водой вынесены на периферию, поэтому середина шайб — довольно тонкая.

Шайбы молено охлаждать также воздухом. Для это-

130

го к ним прикрепляют широкие (до 140 мм в диаметре) жестяные круги [279]. При работе такой конструкции Дуги на сварочном аргоне медный анод с осевым отвер-

Рис. 59. Стабилизированная дуга с разделительными ка­ мерами; 1 —катод; 2, 3 — стабилизи­

рующие шайбы; 4 — анод; 5 — распылитель

катода; при плотном аэрозоле катод обгорает со ско­ ростью 0,75мм/ч. Расход аргона составляет от 0,2 до

2,5 л/ч.