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

В работе [214] указывается, что в молекулярных та­ зах с малой теплопроводностью (азоте, кислороде, угле­

почти в состоянии термического равновесия. В молеку­ лярных газах с большой теплопроводностью (водороде, светильном газе) получение высоких температур разря­ да сильно затруднено. Поэтому поддерживать разряд в светилыном газе очень затруднительно, а в водороде не­ возможно совсем. Автор пред­

конусного электрода, аэрозоль можно вводить как обду­ ванием всего электрода, так и через отверстие, высвер­ ленное по оси электрода [175, с. 687]. В этом случае при очень большой скорости газа, несущего аэрозоль, воз­ буждения вещества аэрозоля почти не наблюдается. При более умеренных скоростях возбуждение хорошее.

Интересная модификация факельного высокочастот­ наго разряда описана в работе [220]. Горелка состояла Из кварцевой трубки с кольцевым наружным охлажда­ емым водой электродом. Электрод подключали к вы­ сокочастотному генератору через согласующее звено. Аргон продували снизу со скоростью 1—3 л/мин. РазРяд зажигают внесением в трубку до уровня электродно-

го кольца угольного стержня. При вынимании стержн* разряд вытягивается вдоль трубы ів виде яркого плаз менного шнура. Разряд, по всей вероятности, замыкает ся емкостными токами на землю, аналогично рассмот ренным выше случаям.

При введении в трубку аэрозоля щелочного или щелочно-земельного элемента с определенной концен трацией светящийся канал исчезает и трубка заполняет­ ся диффузионным свечением вводимого элемента, похо­ жим на пламя газовой горелки. Для получения стабиль­ ных результатов рекомендуется щелочной элемент вво­ дить в трубку независимым распылителем, чтобы пре­ дотвратить переход шнурового разряда в диффузионный при смене анализируемых проб. При таком разряде по­ лучена хорошая чувствительность по ряду элементов.

Следует также отметить, что в диффузионной форме разряда почти полностью отсутствует оплошной фон на коротковолновом участке видимой области спектра.

Разряд с выдуванием или вытягиванием факела из зоны разряда

Горелки коаксиального типа

В последнее время часто в качестве высокочастотного источника используют горелку, в которой плазма полу­ чается в результате выдувания или отсасывания из зоны разряда между электродами, соединенными с мощным источником высокочастотных колебаний. В работе [221] для этого использован магнетронный генератор, работа­ ющий на частоте 2400 МГц мощностью 2 кВт. Плотность тока на концах коаксиалъно расположенных молибдено­ вых электродов составляла около 1 ікВт/см. Плазма раз­ ряда по внешнему виду очень похожа на пламя.

В области высокочастотного поля газ частично воз­ буждается, ионизируется и диссоциирует под действие*1 свободных электронов, которые получают энергию микроволнового поля. Плазма, образованная таким 'Об­ разом, соударяясь с электронами, выжимается из горел­ ки проходящим тазом, при этом возбужденные атомы 11 молекулы образуют светящиеся зоны пламени. Для за­ горания разряда должны возникнуть первичные свобод­ ные электроны. Это происходит ів результате образова­ ния высокочастотной дуга или применения трансформз-

98

тора Тесла. Иногда, правда, очень редко происходит самозагорание разряда. После зажигания разряда при определенной скорости газа образуется спокойно и са­ мостоятельно горящая плазма, стабильность пламени зависит от распределения поля между внутренними и внешними проводниками. Интересно, что нагревание электродов приводит к загасанию горелки, а образова­ ние слоя окислов делает разряд нестабильным.

Другие исследователи полагают [209], что накален­ ный электрод является одним из необходимых условий протекания высокочастотного факельного разряда.

Как видно из рис. 47, факел разряда состоит из ядра. 2, мантии 1 и яркого тлеющего пятна 3 на внутреннем

лампе по трехточечной системе, другой генератор рабо­ тает в двухтактном режиме.

Осуществлен высокочастотный разряд в коаксиаль­ ной горелке с использованием 2-кВт магнетронного гене­ ратора на частоте 2450 МГц в воздухе, азоте, кислороде, гелии и водороде. Температура разряда в последних Двух газах составляла 3000°К. В гелии разряд имел го­ лубой цвет. В работе [225] применили коаксиальные горелки, несколько отличающиеся друг от друга по кон­

струкции в сочетании с триодным генератором с само­ возбуждением (частота 27,12 МГц) и магнетронным ге­ нератором 2400 МГц. Водный раствор пробы подается в разряд вместе с потоком воздуха, азота и аргона вдоль его оси в виде аэрозоля, полученного распылением. Та­ кие же горелки, ламповый генератор и распылитель использованы в работе [226]. В этом случае, для воз­ никновения плазменного пламени необходимо, чтобы рабочий газ подавался со значительной скоростью и чтобы ионизированная плазма выводилась из области сильного поля. Тогда факельный разряд стоит в виде свободно горящей однополюсной пламенной дуги над концом коаксиального волновода. Одновременно из вы­ сокочастотного генератора в эту хорошо проводящую плазму постоянно поступает энергия. Цепь тока между внутренним и заземленным внешним электродом замк­ нута через емкостное сопротивление пламени, величина которого зависит от геометрии горелки и частоты высо­ кочастотного генератора. Иногда высокочастотная дуга пробивает между внутренним и внешним проводниками, что можно устранить увеличением скорости потока рабо­ чего газа. При малых мощностях генератора для этого уже достаточно термического движения воздуха.

Установлено [227], что при мощности генератора 200 Вт и частоте 520 МГц скорость рабочего газа арго­ на должна быть 6,5 л/мин. Разряд горел на конце алю­ миниевого электрода диаметром 9 мм. Внешний волно­ вод из проводящего материала имел диаметр 20 мм. Можно воспользоваться алюминиевым коническим стер­ жнем [228]. Медный волновод изнутри серебрят. Факе­ лообразное свечение короны над острием алюминиевого охлаждаемого водой стержня было наиболее ярким на расстоянии 12,5 мм от конца. С увеличением силы тока, проходящего через магнетронный генератор, интенсив­ ность свечения плавно возрастает. При мощности гене­ ратора 1,5 кВт и частоте колебаний 2450 МГц оптималь­ ная скорость азота, использованного в качестве рабочего газа, составляла 6 л/мин.

Интересная конструкция высокочастотной горелки использована в работах [229, 230]. Принципиально фа" кел горелки напоминает факельный разряд, горящий между обкладками конденсатора в виде пластины и ос­ трия [213]. Высокочастотное напряжение подают на находящийся в плексигласовом стакане нижний элек­

100

трод. Стакан сверху прикрыт противоэлектродной плас­ тинкой с отверстием диаметром 4 мм. Разряд зажигают на нижнем электроде, касаясь его .проволокой с изоли­ рованной ручкой, или импульсом от автомобильной бо­ бины, который при помощи специальной схемы подают на противоэлектродную пластинку. Рабочий газ — воз­ дух. Расстояние между верхним электродом, представ­ ляющим собой графитовую пластинку толщиной 10 мм с отверстием для прохождения нагретых газов, и лротивоэлектроднон пластинкой равно 8 см. Коэффициент вариации при определении чувствительности в таком плазмотроне составил 5—8%.

Горелки с вытягиванием плазмы из зоны разряда

Вытягивая плазму из зоны высокочастотного разряда через отверстие верхнего электрода, добились гидроди­ намического сжатия плазменной струи и тем самым значительноповысили яркость свечения и ста­ бильность рязряда [231]. Стабильность такого рязряда значи­ тельно выше стабиль­ ности дугового и иск­ рового разрядов. Ниж­ ний электрод погружен в фульгуратор типа со­ общающихся сосудов

(рис. 48). В парах раз­ ряда появляются сраз^ спектры всех элемен­ тов независимо от по­ ложения в ряде лету­ чести, исключаются сложные неконтроли­ руемые процессы.

Безэлектродные разряды с индуктивной или емкостной связью

По свидетельству Г. И. Бабата [232], безэлектродньій разряд экспериментально исследовали Никола Тес­ ла и Томсон еще в 1891 г. Г. И. Бабат делит безэлек­

Ю1

тродные разряды на Е-разряды, в которых элементарные токи не замкнуты, а продолжаются в виде токов смеще­ ния, и Н-разряды, в которых элементарные токи прово­ димости образуют замкнутые кривые. Можно осущест­ влять переход от Е-разряда к Н-разряду. Автор наблю­

красной меди диаметром 15 мм, расположенными на расстоянии 80 мм друг от друга, Г. И. Бабат прослежи­

вает переход от одноѳлектродного высокочастотного фа­ кельного разряда, который одним своим концом прик­ реплен к какому-либо участку металлического провод­ ника, ж безэлектродному разряду.

Конвекционные токи разряда (электронный и ион­ ный) замыкаются токами смещения через емкость иони­ зированного газового пространства. Факел является, та­ ким образом, промежуточным типом разряда между обычной электродной дугой и дугообразным безэлектродным разрядом. При отсутствии стабилизирующего дутья в спокойном воздухе факел может устойчиво гореть только в неоднородном поле, в котором градиент напря­ жения надает по мере удаления от выступа, с которого начинается фіажел. Рассматривая факельный разряд, можно заключить, что если один из электродов этого разряда заменен током смещения, то такую же замену возможно осуществить и со вторым электродом и, таким образом, достигнуть перехода к безэлектродному раз­ ряду.

Безэлектродный разряд при атмосферном давлении был осуществлен Ридом [233]. Он использовал индук­

по осуществлению этого разряда чрезвычайно просты. Разряд горел в кварцевой трубке диаметром 26 мм. Связь осуществлялась через пять витков медной воДО' охлаждаемой трубки диаметром 5 мм (рис. 49). В дру­ гом случае автор изучал спектры индуктивно связанной плазмы. Подобное устройство с использованием высоко­

102