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

Температура анода повышается на 250—550°С при силе тока дуги 10 и 15А соответственно [129, 130], от этого увеличивается скорость испарения. Увеличение от­ ношения интенсивности линии к интенсивности фона объясняется более полной регистрацией испаряющегося вещества вследствие увеличения времени пребывания атомов в зоне возбуждения. В 1,5—2 раза улучшается воспроизводимость анализа, что обусловлено повыше­ нием воспроизводимости процесса испарения вещества. Однако бывают случаи, когда интенсивность линий уменьшается при наложении магнитного поля, например при содержании 0,8- НН4 г кобальта и никеля ів пробе

[132].

Введение в искровой разряд аэрозолей суспензий

В некоторых случаях, когда анализируемые пробы особенно труднорастворпмы и для перевода их в раст­ вор требуется до 3—4 ч, полезно вводить в искровой разряд суспензии. Конечно, приготовление суспензий также требует времени, но, как правило, оно не больше времени, необходимого для приготовления обычных по­ рошковых проб.

Мелкодисперсный порошок, суспендированный в во­ де, вводили в пламя горелки-распылителя, работаю­ щей на водород-кислородной смеси [133]. Диаметр ка­ пилляра, по которому суспензия поступала на распыле­ ние, для предотвращения засорения увеличивали до 0,7 мм. Такой способ введения обеспечил равномерность

при введении суспензий горных пород обнаруживаются все характерные линии щелочных, щелочноземельных и других элементов, обычно возбуждаемых в пламенах. Интенсивность спектра постоянна во времени, воспроиз­ водимость измерений существенно не отличается от вос­ производимости, получаемой при введении в пламя раст­ воров.

Интенсивность спектрального излучения пламени за­ висит от дисперсности вводимого в него порошка и стре­ мится к насыщению при уменьшении размеров зерен

40

менее 7—10 мкм. Максимальная интенсивность спек­ трального излучения при введении в пламя суспензий всегда .меньше интенсивности при введении растворов равной концентрации по щелочным элементам.

Введение образца в пламя в виде суспензии дает воз­ можность добавлять в раствор любые растворимые ве­ щества, способствующие испарению в пламени. Наибо­ лее эффективно способствует испарению щелочных элементов в пламени хлорид кальция. Он увеличивает интенсивность спектрального излучения, одновременно сглаживает влияние дисперсности и минералогического состава. Одновременное присутствие в растворе кислот приводит к снижению положительного действия хлорида кальция, щелочи увеличивают его. Анализ на щелочно­ земельные элементы в горных породах по методу су­ спензий в фотометрии пламени возможен при размере зерен менее 5 мкм, если суспензия получается с посто­ янным и легко воспроизводимым гранулометрическим составом.

ли для этого поверхностно активное вещество Л1С13, ко­ торое способствует также понижению твердости при ис­ тирании.

Подготовка суспензии к анализу состоит в следую­ щем. Порошковую пробу измельчают в эксцентриковой

измельчают в течение 7 мин. Все содержимое стаканчи­ ка переводят в мерный цилиндр, доводят объем до 5 мл Дистиллированной водой и до 10 мл глицерином. Затем

Возбуждение суспензий в дуге и искре с использова­ нием чашечного фульгуратора обеспечивает достаточ­ ную чувствительность и хорошую воспроизводимость оп­ ределений. Этот материал не имеет прямого отношения к аэрозольно-искровому и аэрозольно-дуговому анализу, но в этих методах содержатся некоторые начальные сведения по спектральному анализу суспензий, тем бо­

41

лее, что по этому вопросу имеется пока мало лите­ ратуры.

При введении аэрозолей суспензий в искровой раз­ ряд1 измельченные твердые порошкообразные пробы сме­ шивают с водой или водным раствором нитрата никеля, помещают в специальный сосуд, где поддерживают во взвешенном состоянии барботированием воздуха Г138—

вид конуса с углом раскрытия, меняющимся в зависи­ мости от размеров капилляра и сопла распылителя, но

мума при давлении 0,5 атм, затем уменьшается и в даль­ нейшем при давлении воздуха выше 0,7—0,8 атм оста­ ется постоянной. Максимум не смещается при изменении расхода раствора более чем в три раза.

Дополнительное вдувание воздуха в разряд незави­ симым соплом одновременно с аэрозолем также не сме­

1 Л и с н е н к о Д. П. Спектральный аэрозольно-искровой ана­ лиз суспензий. Автореф. канд. д.ис. Свердловск, ,1971.

42

щает максимума интенсивности спектральных линий. Не влияет на положение максимума изменение соотно­ шения твердой п жидкой фаз в суспензии, параметров искрового генератора и расстояния между электродами.

Добавки натрия уменьшают интенсивность линий всех элементов. Повышение количества твердой пробы в суспензии приводит к возрастанию интенсивности линий определяемых элементов. При этом снижается интен­ сивность линий материала электродов. Температура электродов определяет толщину пленки на них [139].

Применение аэрозольно-искрового метода анализа суспензий для исследования шлаков позволяет устра­ нить влияние химического и минералогического соста­ вов проб на результаты определений. При этом внутрен­ ний стандарт закрепляют на частицах шлака спеканием пробы с порошком внутреннего стандарта (Ѵ21О5) при ТОО—750°'С в течение 2—5 мин [29, с. 81]. В самые пос­ ледние годы суспензии стали вводить и в другие спек­ тральные источники, например, в пламя-дутовой разряд [30]. Суспензии получали распылением проб в вибраци­ онной мельнице. При этом чувствительность и воспроиз­ водимость не хуже, чем ,в случае анализа растворов тех же проб, нет заметного влияния сопутствующих катио­ нов и анионов.

Появились работы по введению суспензий в пламя горелки для атомно-абсорбционного анализа [140, 141ф

щих в растворе посторонних элементов меньше, чем при анализе растворов [140]. В качестве дисперсионной сре­ ды можно использовать'метанол [141].

Известен случай введения суспензии в плазмотрон [142]. Обращается внимание на необходимость сокра­ щения до минимума коммуникаций, подводящих суспен­ зию и ее аэрозоль, на недопустимость увеличения диа­ метра коммуникаций и другие условия, предотвращаю­ щие седиментацию твердого компонента суспензии.

Предложено устройство для измельчения дисперси­ онной фазы суспензий, состоящее из неподвижного ци­ линдра, на оси которого расположен полый вал с диспер-

43

тирующими дисками и вращающимся цилиндрическим фильтром1. В цилиндр непрерывно поступает дисперги­ руемая суспензия. Взвешенные в ней мелкие частицы проходят через вращающийся фильтр и вместе с жид­ костью непрерывно выходят через полый вал наружу.

Из рассмотренного выше материала можно' сделать вывод, что аэрозольный анализ суспензий значительно расширяет возможности аэрозольно-искрового, аэро­ зольно-дугового и других методов анализа растворов, позволяя во многих случаях сэкономить время на ана­ лиз, необходимое для перевода пробы в раствор. Этот вид анализа начал развиваться >в самые последние го­ ды и обещает быть очень перспективным. К настоящему времени сделаны первые шаги и по проведенным рабо­ там еще рано делать какие-либо серьезные обобщения.

Фотоэлектрическая регистрация спектров

Несмотря на большое обилие в литературе работ по применению аэрозольно-искровых и аэрозольно-дуго­ вых методов анализа к самым разнообразным объек­ там, необходимо отметить, что фотоэлектрические ме­ тоды регистрации спектров применяют крайне редко и то в большей части скорее для выяснения каких-либо за­ кономерностей, чем для аналитических целей. В то же время для анализа металлов и сплавов применяют пре­ имущественно фотоэлектрические установки. На многих передовых предприятиях на фотоэлектрических уста­ новках анализируют до 98—100% всей продукции.

Отставание в применении фотоэлектрических мето­ дов для анализа аэрозолей и растворов можно объяс­ нить, очевидно, тем, что слишком разнообразен круг не­ стандартных объектов, которые анализируют, переводя пробу в аэрозоль, и это разнообразие не позволяет соз­ дать стандартную фотоэлектрическую установку с оп­ ределенным набором линий, так как пришлось бы при­ влечь большое число линий, а этого пока сделать нельзя. Перестраивать же часто набор линий даже в самых лучших современных квантометрах пока еще довольно сложно.

Можно отметить несколько работ, в которых исполь­ зована фотоэлектрическая регистрация сигнала. Фото­ электрическая регистрация спектров аэрозолей была

1 Пат. (ЧССР), № 133644, 1969. .

44

предпринята для изучения стабильности искрового источ­ ника излучения [46]. Приемником излучения служил фотоумножитель ФЭУ-18, питаемый от стабилизирован­ ного выпрямителя ВС-9, для записи сигналов применяли самописец ЭПП-09. Была установлена высокая воспро­ изводимость абсолютных величин сигнала, даже при ма­ лых экспозициях (10—15 с). В другой работе интенсив­ ность линий измеряли фотоэлектрометром, дающим воз­ можность выполнять интегральные измерения интенсив­ ности света [7'5]. Такая установка позволяет быстро и точно сравнивать различные методы анализа растворов; установлено, что аэрозольно-искровой метод с вращаю­ щимся искровым промежутком превосходит по воспро­ изводимости все другие методы. По этим работам раз­ работан и изготовлен небольшой квантометр, собран­ ный на основе зеркального монохроматора ѴЕВ.

Для исследования процессов, происходящих в ис­ кровом разряде при анализе растворов, вводимых в

разряд в виде аэрозолей, очень полезной оказалась фо­ тоэлектрическая приставка ФЭП-1 к спектрографу ИСП-51 [48]. Используя эту установку, исследовали эффект гашения спектра медных электродов и стабили­ зацию искрового разряда.

элемент, импульсы тока усиливали и передавали на за­ писывающий аппарат. Запись силы тока на движущейся ленте может быть в единицах концентрации опреде­ ляемого вещества. Перемещая щель в области спектра, установку настраивают на контроль любого элемента.

В работе [104] применен фотоэлектрический конт­ роль экспозиции при анализе силикатов в виде раство­ ров. Продолжительность экспозиции определялась сум­ марной интенсивностью излучения линии Li 670,7 нм. Свет от дуги постоянного тока направляли на щель спектрографа и на цезиевый фотоэлемент с интерфе­ ренционным фильтром. После накопления заряда опре­ деленной величины происходило автоматическое выклю­ чение дуги и прекращение регистрации излучения. От­ сутствие колебаний в общих интенсивностях спектров

45