Файл: Гусарский, В. В. Эмиссионная спектроскопия аэрозолей в металлургии.pdf

плотности аэрозоля меньше влияют на интенсивность линии, чем на интенсивность фона. Повышение интен­ сивности линий вследствие большого количества попа­ дающей в разряд пробы частично компенсируется сни­ жением температуры. Дальнейшего улучшения воспро­ изводимости достигают изменением и учетом изменения фона рядом с линией. Добавка калия улучшает соотно­ шение между интенсивностью линии и фона примерно

в пять раз.

Интересная конструкция дугового плазмотрона с Контролируемой атмосферой для возбуждения спектров

ной графитовой диафрагмой 3. Верхнее сопло распыли­ теля с прямым вводом исследуемого раствора в дуговой разряд плазмотрона 6 размещено внутри анодного гра­ фитового кольца 5. Для избежания попадания воздуха внутрь кварцевой трубки в плоскости промежуточной ди­ афрагмы 4 по периферии просверлено 24 отверстия диа­ метром 0,8 мм через которые в трубку вдувается кисло­

род или аргон.

Плазмотрон другой конструкции [180] позволяет экономить инертный газ, общий расход газа составляет меньше 2,5 л/мин. Почти во всех рассмотренных плаз­ мотронах введение аэрозоля в камеру приводит к окис­ лению и частичному разрушению электродов, так что периодически необходимо менять электроды.

Имеются указания, что при переменном токе промы­ шленной частоты снижается износ электродов в плаз­

77

менных горелках1. При работе на переменном токе плазмообразующиіі газ превращается в плазму только в течение отдельных полупериодов. Это можно осущест­ влять подачей в плазмообразующую камеру дежурной плазмы при регулировании состава и скорости потока плазмообразующего газа, в результате чего горелка бу­

Рис. 42. Плазмотрон с нсрасходуемыми электродами:

дет работать как выпрямитель. В технике существуют пла­ змотроны с нерасходуемыми электродами [181]. Анод сос­ тоит из медного кольца, катод — из торированного воль­ фрама, рабочий газ — аргон. Износ электродов незначи­ тельный; за 40 ч работы при 600 А испаряется меньше 0,1 г вольфрама. Необходимо, чтобы на электроды не попа­ дал аэрозоль. Для уменьшения попадания аэрозоля на электроды Ямамато вводил его через канал в аноде [182]. Однако ему не удалось полностью исключить эффект эрозии электродов.

Более эффективным в этом отношении оказался спо­ соб [167], при котором раствор в виде тонкой струйки вводится в плазменную струю извне по выходе послед­ ней из устья плазмотрона (рис. 42). Оптимальное отвер­ стие для выхода струи жидкости составляет 0,05 мм. Меньшие отверстия быстро засоряются.

Струя раствора снижает длину факела с 40 до 20 мм. Струю вводят в факел на расстоянии 1,5 мм от сопла.

1 Пат. (США), № 3536895, 1970.

78

Распыление струи происходит в самом потоке плазмы [183]. Плазмотрон имеет медный кольцевой анод и ка­ тод из торированного вольфрама, охлаждаемые водой. Столб дуги стабилизируется диафрагмой, что позволяет получить достаточно мощный поток плазмы при силе тока дуги 60—70 А и расходе аргона 3—5 л/мин.

В нижней части потока плазмы излучается интен­ сивный фон, ослабевающий с удалением от сопла. Ин­ тенсивные спектральные линии-элементов раствора наб­ людаются на протяжении около 50 мм потока плазмы. В спектре присутствуют также линии аргона. Линии меДи, испаряющейся с анода, наблюдаются только в пер­ вые часы работы нового плазмотрона. Линии вольфра­

ма отсутствуют.

Оптимизировав профиль сопла плазмотрона, удалось повысить эффективность нагрева рабочего газа; стабиль­ ность дуги повышена секционированием сопла плазмо­ трона и сжатием дугового столба [116, с.158]. Струйное устройство для получения струи раствора выполнено из органического стекла, давление в сосуде равно 2 атм, расход раствора равен 1 мл/мин. Возбуждение элемен­ тов раствора начинается па расстоянии 5—7 мм от точ­ ки ввода струи. Равномерное заполнение потока плазмы парами раствора наблюдается на удалении 13—15 мм от среза сопла. Нестабильность поступления струи раст­

ний элементов, находящихся в анализируемом растворе. Этиловый спирт, глицерин, сульфат никеля и натрия, ук­ сусная и фосфорная кислоты повышают интенсивность линий при добавке их до 1 0 %.

Соляная и серная кислоты снижают интенсивность, влияние валового состава пробы проявляется через из­ менение физических свойств раствора. Оно может быть существенно снижено применением внутреннего стандар­ та.

Аэрозоль ввести таким способом в плазменную струю очень трудно, так как он сдувает ее. Однако при подхо­ дящем устройстве для вдувания в плазмотроне с нерас­ ходуемыми электродами [116, с. 164; 184] можно осу­ ществить возбуждение и аэрозолей.

Для устранения влияния минералогического состава

79

при анализе порошков горных пород руд и минералов рассматриваемым методом полезно сплавлять их с кар­ бонатом лития и борной кислотой [116, с. 169]. Сплав­ ление приводит к предварительному разрушению кристаллической решетки образца и совпадению графи­ ков, построенных по искусственным эталонам и естест­ венным образцам с известным химическим составом.

Устранить эрозию катода, вызванную воздействием кислорода воздуха, можно вводом дополнительного

рукции изготовлен в виде медного конуса. Катод пред­ ставляет собой кольцо из торированного вольфрама толтиной 0,8 мм, которое соизмеримо с диаметром катодно­ го пятна. Нейтральное кольцо (2, рис. 43, б), распола­

гается под вольфрамовым катодом.

Конструкции плазмотронов, предназначенных для спектрального анализа порошков, принципиально ничем не отличаются от плазмотронов для анализа растворов. Порошки помещают в кратер угольного анода и затем возбуждают их в плазменной струе. Арюн можно подавать как сбоку, так и через нижний держатель. Однако проба из кратера выдувается частично без ис­

парения.

Для устранения этого явления использовали электрод, имеющий форму перевернутого стаканчика с небольшим отверстием в дне, из которого испарялась проба [152J. Сильный газовый поток выносит точку опоры дуги (катод­ ное пятно) па внешнюю по отношению к камере сторону

80

электрода, которая дает интенсивный сплошной фон. Пят­ но поэтому необходимо экранировать. Рассматриваемый Плазмотрон имел сбоку кварцевое окошко, позволявшее фотографирование спектра дуги, горящей внутри плазмотрона. Сравнивая спектры струи и дуги, 'горевшей внутри, заметили, что разность почернений линия — фон

•в струе больше, чем в дуге.

(В плазмотроне несколько иной конструкции [161] сопло выполнено в виде неохлаждаемого нейтрального кольца. Стержневой катод, заточенный под углом 30° перпендикулярно.оси, устанавливается строго против Центра нейтрального кольца на расстоянии 8 мм от него.

В случае порошков так же, как .и 'В случае растворов [167], чтобы исключить возможность эрозии электродов вследствие попадания на них капель расплавленных по­ рошков, предложено (вводить порошки тонкой струйкой на выходе из плазмотрона [185, с. 62; 187]. Конструк­ ция позволяет автоматизировать процесс анализа.

Плазмотроны питаются постоянным током. Зажига­ ние дуги осуществляют или прикосновением электро­ дов [154] или активизаторамп, например, используют искровой генератор ИГ-2 [149, 157] или дуговой генера­ тор ДГ-2. Можно применять также высокочастотный им­ пульс [155, 156]. Для получения постоянного тока часто применяют стандартные выпрямители, например ВАРС- 275-100 [152]. Увеличение силы тока (мало влияет на диаметр плазменной струи, определяемый в основном Диаметром выходного сопла, но значительно увеличивает длину плазменной струп [188]. При низких силах тока возникают перебои в работе плазмотрона, три больших силах тока наступает сильный перегрев [154], по иногдт

4—40 л/мин [158, 161]. Интересно, что в гелии возбужда­ ется линия фтора, тогда как в азоте и аргоне она не возбуждается, что, по всей вероятности, связано с его высо­ ким потенциалом возбуждения. Соотношение сигнал -- фон также намного выше при применении гелия по сравнению с применением азота и аргона [116, с. 183: 189]. Газ вводится, как правило, тангенциально для

улучшения его стабилизирующего действия на плазмен­ ную струю.

81