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

распыляемых растворов за 10—15 с, а конструкция, представленная в [250] —всего за несколько секунд, в то время как еще совсем недавно для этого требова­ лось 4,5 мин [293].

Для уменьшения количества необходимого для ана­ лиза раствора последний подают на распыляющую пла­

ность генератора выше, чем пневматических распылите­ лей. Авторы замеряли величину заряда частиц, которая оказалась равной 5 электростатическим единицам. Гене­ ратор позволяет распылять в минуту до 2,1 мл раствора при подаче 7,5 л/мин воздуха. Если сравнить рассчитан­ ную, по этим данным, концентрацию жидкости в возду­ хе, то она оказывается в 10 раз больше, чем в пневмати­ ческих распылителях, и составляет 20% (по массе) по отношению к массе воздуха.

Ультразвуковое распыление чаще применяют в соче­ тании с высокочастотным возбуждением спектров [297— 299 и др.]. Но были случаи применения его и с другими источниками, например с дуговым возбуждением [293, 300], с каскадно-стабилизированной дугой [288], в атом­ ной абсорбции [301, 302] и, конечно, в пламенной фото­ метрии [303, 304 и др.)]. Пожалуй, из пламенной фото­ метрии оно и было заимствовано для применения с дру­ гими источниками возбуждения спектров.

Следует более подробно остановиться на преимуще-

142

ствах ультразвукового распыления. Одним из преиму­ ществ ультразвукового распыления является то, что ско­ рость распыления не зависит от скорости струи газа, например, при распылении пневматическими распылите­ лями. Небольшие размеры капель ультразвукового ту­ мана позволяют перемещать его на относительно боль­ шие расстояния без особых потерь от конденсации; кро­ ме того, такой туман может быть эффективнее использо­ ван источником возбуждения, так как при малой скорости газа аэрозоль может дольше находиться в сфе­ ре действия пламени или плазмы. Этим может быть повышена чувствительность определений [249].

Сравнительные исследования пневматического и ультразвукового распыления в сочетании с ацетилено­ воздушным пламенем и с факельным разрядом показали, что специфические особые свойства ультразвукового аэрозоля являются причиной повышения чувствитель­ ности определений в этих источниках [297].

В самом деле, Кирстен, используя ультразвуковое распыление, добился увеличения чувствительности пла­ менно-фотометрического определения магния в десять раз [295]. В работе [248] при использовании высо­ кочастотного возбуждения спектра повысили чувстви­ тельность определения алюминия, магния, марганца и ряда других элементов в 8—10 раз по сравнению с чув­ ствительностью при пневматическом распылении. То же самое наблюдается при ультразвуковом распылении и в атомной абсорбции.

Чувствительность дугового источника с ультразвуко­ вым распылением анализируемого раствора не отлича­ ется от чувствительности известных методов эмиссион­ ного спектрального анализа растворов. При этом отме­ чается, что химический состав раствора за время ультразвукового распыления не претерпевает изменений [249, 293]. Не оказывают влияния на почернения линий кислоты [293].

На основании сопоставления результатов работ по повышению количества жидкости, распыляемой ультра­ звуковым генератором в единицу времени, и, следова­ тельно, увеличению концентрации самой жидкости в га­ зовой среде, с увеличением чувствительности определе­ ния элементов в воздушно-ацетиленовом пламени и высокочастотной плазме создается впечатление, что при­ чиной повышения чувствительности является именно

143

увеличение объемной концентрации анализируемой жид­ кости.

Между тем повышение чувствительности определений с увеличением объемной концентрации анализируемого раствора в аэрозоле при возбуждении в пламени и высо­ кочастотном разряде может служить указанием на то, что в этих источниках происходит преимущественное возбуждение в объеме, а не с поверхности, как это мы уже видели на примере аэрозольно-искрового метода.

Стабильность ультразвукового распыления может быть очень хорошей. Так, распыление раствора магния концентрацией 10 мкг/мл при высокочастотном возбуж­ дении и фотоэлектрической регистрации интенсивности показывает, что сигнал остается постоянным в пределах 1% в течение 30 мин [249]. В работе [298] указывается, что при переходе от пневматического распыления к ульт­ развуковому при высокочастотном возбуждении ошибка воспроизводимости увеличивается с 2 до 15%, но делает­ ся оговорка, что эта ошибка не вызвана нестабильно­ стью ультразвукового распыления и что стабильность его примерно такая же, как и при пневматическом рас­ пылении.

Количество распыляемого раствора можно регулиро­ вать изменением интенсивности ультразвукового распы­ ления [248], что было использовано, например, при изу­ чении влияния изменения количества распыляемого рас­ твора на температуру разряда при токопроводящей и непроводящей плазме [288]. Выходная мощность приме­ няемых для ультразвукового распыления генераторов достигла 126 Вт [237] и 200 Вт [293], удельная мощ­ ность— примерно 12 Вт/см2 активной поверхности [249]

ибольше [3051. Рабочая частота генераторов находится в пределах от 0,02—0,3 до 0,8—2,4 кГц [235, 237, 239, 306

идр.].

Ультразвуковое распыление применяли не только для анализа растворов. В последнее время его исполь­ зовали для спектрального анализа расплавленного спла­ ва Вуда [239]. При этом плоский конец ступенчатого рогообразного звукопровода приводили в контакт с по­ верхностью расплавленного металла, в результате чего происходило образование аэрозоля. Аэрозоль уносился потоком аргона со скоростью 2 л/мин. Размеры образо­ вавшихся частиц составляли 14—15 мкм, были частицы и большего диаметра, но они оседали в сосуде. Расход

144

металла составляет 1— 10 мг/мин. Спектры возбужда­ лись высокочастотным разрядом. Подобным методом можно анализировать масла, краски и другие жидкие материалы.

На рис. 63 показано наиболее совершенное, на наш взгляд, приспособление для ультразвукового распыле-

ч

Рис. 63. Приспособление для ультразвукового ра<с* пыл^ния с полуавтомати­ ческой сменой анализи­ руемого раствора

ния [249]. Скорость расхода распыляемого раствора со­ ставляет менее 1 мл/мин. Частота ультразвукового гене­ ратора равна 300 кГц, мощность, как уже упоминалось выше, 12 Вт/см2 активной поверхности. Охлаждающая вода находится в плексигласовом сосуде размерами при­

50 мм выше преобразователя 1. Алюминиевая подстав­ ка 2 позволяет помещать ячейку в воспроизводимое по­ ложение, что очень важно для хорошо воспроизводимого распыления. Преобразователь 1 помещают в эту под­ ставку и удерживают пружинными зажимами.

Над центром преобразователя в подставке высверле­ но отверстие по размеру ячейки, что позволяет точно и воспроизводимо располагать ячейку над преобразовате­ лем. Ячейка выполнена из полиэтилена, который ослаб­ ляет ультразвуковые волны меньше, чем другие материа­ лы. Сталь, тефлон и стекло сильно ослабляют ультра­ звуковую энергию. Воздух является одним из самых сильных ослабителей этой энергии. Конструкция преду­ сматривает возможность быстрой замены проб. На за­ мену пробы требуется всего лишь несколько секунд.

145

Трубка снабжена винтом с головкой под ключ или отвертку 5 с тем, чтобы ее можно было легко снимать. В этой головке имеется три отверстия: два для введения газа-носителя и раствора и одно отверстие для отвода аэрозоля. Газ-носитель поступает через полиэтиленовую воронку 4. Чтобы сконденсировавшаяся жидкость не попадала в ячейку и не засоряла последующих проб, над выходным отверстием аэрозоля помещают улавливатель жидкости 6, из которого периодически удаляют кон­ денсат.

Ультразвук применяют не только для распыления анализируемых растворов [246, 307], но и для спект­ рального анализа твердых веществ [308], в атомной аб­ сорбции [305, 309] и особенно в технике [310].

4.H u 1t g r e n R. — «J. Am. Chem. Soc.», 19312, v. 54, № 6, p. 2320— 12326.

с. 11,36—1140.

146

29.В кн.: 17 Всесоюзный съезд по спектроскопии. Тезисы докладов. Атомный спектральный анализ. Минск, Книжное издательство, 1971. 145 е.

30.Е 1j u г і Е., G o l d w a s s e r FL, С h i е 1і о n е М. — «Acta dent. Venez.», 1970, v. 21, № 1, p. 17—120.

147