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

Подача аэрозоля в разряд и возбуждение в источнике

Большую роль играет количество подаваемого в раз­ ряд аэрозоля. Следует, на наш взгляд, различать гру­ бые, полидисперсные аэрозоли и аэрозоли тонкие, осво­ божденные от крупных капель или фракций. Грубые аэ­ розоли генерируются угловыми распылителями, не име­ ющими камер обратной конденсации, их можно назвать прямыми угловыми распылителями. В некоторых слу­ чаях грубые аэрозоли получаются при распылении кон­ центрическими распылителями, особенно при форсиро­

вследствие этого к нестабильному горению разряда. По­ этому, особенно в последнее время, исследователи ис­ пользуют топкие аэрозоли, что позволяет добиваться бо­ лее воспроизводимых результатов.

Тонкие аэрозоли предпочтительнее вводить в раз­ ряд концентрированной струей, т. е. через сравнительно узкое отверстие диаметром 2 —3 мм, так как введение широкой спокойной струей приводит к попаданию в раз­

буждать спектры аэрозолей в камере обратной конденса­ ции распылителя.

Большинство исследователей, серьезно и тщательно изучавших механизм поступления вещества аэрозоля в разряд, приходят к выводу, что возбуждается в основном та часть аэрозоля, которая попадает на рабочие поверх­ ности электродов как в искровом, так и в дуговом раз­ ряде. В тех случаях, когда аэрозоль пролетает через разряд, не задевая рабочих концов электродов, возбуж­ дение аэрозоля почти не происходит. То, что возбужде­ ние аэрозоля идет через накопление на электродах, вполне логично, и в этом прослеживается единство меха­ низма возбуждения аэрозолей и растворов, вводимых в разряд не аэрозольными методами (скажем, в виде жидких пленок на электродах), а также возбуждения твердых веществ с электродов. Аэрозольное состояние с этой точки зрения можно рассматривать как средство, помогающее внести вещество на поверхность элек­

53

тродов непрерывным и хорошо воспроизводимым пото­ ком, что является идеалом в количественном спектраль­ ном анализе, так как это базируется в основном на фик­ сации относительного излучения атомов и ионов опреде­ ляемых элементов и элемента сравнения.

Если в этом отношении оценить методы подачи аэ­ розолей в искровой разряд, тз можно заметить, что все они обеспечивают получение тонкой динамической плен­ ки раствора на поверхности электродов, хотя некоторые авторы считают, что они вводят аэрозоль для возбужде­ ния его в объеме разрядного пространства независимо от электродов разряда. Так, получение пленки раствора обеспечивается при введении грубого аэрозоля в искро­ вой разряд сбоку на вертикальные электроды или свер­ ху между концами горизонтальных электродов дуги. То же происходит при введении тонкого аэрозоля широ­ кой струей снизу или сбоку в искровой іи дуговой разряд (в этом случае па электродах оседает мало аэрозоля и чувствительность соответственно низкая) и при введе­ нии тонкого аэрозоля в искру концентрированной стру­ ей через узкое сопло сбоку, с двух сторон, снизу под уг­ лом к оси вертикальных электродов, при подаче через капал в нижнем электроде, а также при всех случаях подачи через концентрические распылители на враща­ ющиеся и неподвижные электроды. Все эти варианты можно проследить по иллюстрациям, представленным в этой главе.

образования пленки на поверхности электродов дуги, но для проверки этого предложения необходимо провести дополнительные исследования.

5.ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОЗОЛЬНО-ИСКРОВОГО

ИАЭРОЗОЛЬНО-ДУГОВОГО МЕТОДОВ

ДЛЯ АНАЛИЗА МАТЕРИАЛОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Анализ сплавов, шлаков и других металлических материалов

Анализ железа и сталей

При спектрохиімичеоком определении включений в сталях 2 —3 мг включения сплавляют в серебряной чашке с 50—60-кратным количеством NaOH. Плав вы­

54

щелачивают 6 — 8 мл дважды перегнанной воды и под­ кисляют 3 мл концентрированной НС1. Вводят раствор кобальта в качестве внутреннего стандарта. Раствор вду­ вают через нижний полый электрод. Электроды — графитовые диаметром б мм. Верхний электрод заточен

расход раствора 0,12—0,15 мл/мин. Источник — механи­

круглая, щель 0,020 мм. Применяют двухступенчатый ослабитель 100/50%, получают по три спектра подряд, не прерывая распыления. Аналитические пары линий, нм: Si 251,61 — Со 253,21; Fe 259,94 — Cr 267,71; Mg 279,07 — Со 282,52; Mn 293,30 — Со 295,47; Ti 308,80 —

50%) ,в шлаках образец измельчают, 0,1 г образца спла­

вляют в серебряной чашке с 30-кратным количеством

NaOH.

В труднорастворимые мартеновские шлаки добавля­ ют 0 ,1—0,3 г Na20 2. Сплав выщелачивают 50—60 мл го­ рячей дистиллированной воды, к раствору добавляют 30 мл концентрированной НС1 и доводят объем раство­ ра до 100 мл. К 5 /мл полученіюго раствора добавляют 0,4 мл 5%-ного раствора внутреннего стандарта (ко­ бальта или меди) и после перемешивания помещают в распылитель. Распыление раствора ведут при давлении 0,6 атм, скорость подачи раствора в разряд составляет 0,12 мл/мин. Электроды — графитовые стержни диамет­ ром 4,5 мм. В нижнем электроде по оси высверлено от­ верстие диаметром 3,5 мм.

Параметры искрового генератора: емкость 0,0012 мкф, индуктивность 0,3 мГ, напряжение 17 кВ; время предва­ рительного обыскривания 30 с, экспозиция 60 с; меж-

55

фики строят в координатах lg R—lg С. Анализ шлака на шесть компонентов выполняют за 40 мин. Относитель­ ная ошибка определений составляет ±5% .

Спектральный анализ силикатов. [104]. В этом слу­ чае 0,45 г пробы, высушенной при 10б°С, сплавляют в никелевом тигле с 4,5 г NaOH. -После охлаждения к расплаву добавляют воду, подкисляют 15 мл соляной кислоты, вносят 2,25 г NiCl2 -bH20 и 7,5 г LiCl, фильтру­ ют, собирают фильтрат в мерную колбу емкостью 100 мл. Затем доводят объем раствора водой до отметки. Раст­ вор распыляют в искровой промежуток между двумя го­ ризонтальными графитовыми электрода-ми, заточенными на полусферу. Используют аналитические пары линий,

нм: Si 251,43—Ni 251,09; Al 308,20—Ni 308,7. Граду­ ировочные графики строят ів координатах AS—lg С. Экспозицию контролируют по излучению линии Li 670,77 нм.

Анализ титановых сплавов [143]

Навеску сплава 0,6—1 г растворяют в разбавленной серной кислоте ( 1:2 ), переносят в мерную колбу ем­ костью 50 мл и доводят объем раствора водой до метки. Раствор вдувают в искровой разряд через канал в ниж­ нем электроде. Используют распылитель РМТ-2 с двумя камерами обратной конденсации. Для определения же­ леза и кремния в обе камеры помещают по 5 мл эталон­ ного раствора, для определения остальных элементов в одну камеру помещают 3—5 мл эталонного раствора или пробы, в другую 8 мл 8 %-ного раствора Ni (N03)2. Диаметр канала в нижнѳм электроде 2,5 мм, внешний диаметр 6 мм; верхний электрод — графитовый стер­ жень длиной 10 мм и диаметром 2 мм; расстояние меж­ ду электродами 2 мм, давление распыляющего воздуха

0,7 атм.

Для анализа применяют спектрограф ИСП-28 с трех­ линзовой системой освещения щели при ширине щели

56

0,015 мм и искровой генератор ИГ-3; емкость 0,01 мкф,

индуктивность 0,05 мГ, сила тока, 1,6 А. Время предвари­ тельного обыскривания составляет 60 с, экспозиция 40 с

Для легирующих элементов и 60 с для железа и кремния. Эталоны готовят синтетически следующим способом, рас­ твор А содержит все легирующие компоненты и приме­ си и раствор Б содержит только титан. Сливая 100, 50,25 и 12,5 мл раствора А с 50 мл раствора Б, получают необ­ ходимую серию эталонов. Аналитические парьі линии нм.

А1 309,27—Ni 309,91; Mo 284,82—Ni 282,52; ре 239-56— Ti 244,79; Mn 293,30 — Ni 285,22; Cr 284,98 — Ni 282,o2; Si 250,69’— Ti 244,79. Градуировочные графики строят в координатах AS—lg С. Коэффициент вариации состав­

ляет 4%.

А н а л и з а л ю м и н и е в ы х , медных и никелевых сплавов

Метод прямого определения РЗЭ в растворах алюми­ ниевых сплавов [80]. В присутствии 0,01—5% одного редкоземельного элемента 0,5 г сплава растворяют в ми­ нимальном количестве соляной кислоты, добавляют 5^мг иттрия в растворе, раствор доводят до метки водой в кшбе емкостью ТОО мл; 5 мл раствора вводят в распы­ литель с камерой обратной конденсации, спектры фото­ графируют в искровом разряде: емкость 0,02 мкф, ин­ дуктивность 0,05 мГ, промежуток разрядника 3 мм, рас­ стояние между электродами 2,5 мм, электроды — уголь­ ные диаметром 6 мм заточены на усеченный конус с площадкой диаметром 4 мм, в нижнем электроде осевое отверстие диаметром 2,5 мм. Давление распыляющего воздуха 0,9 ат. Спектрограф ДФС-13 с дисперсией 0,4 нм/мм, ширина щели 0,015 мм. Предварительное

обыскривание 30 с, экспозиция 1 мин.

•Стандартные растворы готовят смешиванием рассчи­

AS—lg С. Ошибка 2—4%.

Определение легирующих компонентов и примесей в алюминиевых сплавах [144]. Сплав (2 г) растворяют в

57

20 мл смеси концентрированных НС1 и HN03 (4: 1). После растворения сплава и отстаивания раствора отде­

200 мл. Растворы хранят в полиэтиленовой посуде. Эта­ лоны металлические или синтетические переводят в ра­ створ таким же способом. Растворы вдувают в искровой разряд в виде аэрозолей через канал в нижнем элек­ троде.

Искровой генератор ИГ-3 со сложной схемой, сила тока 1,8 А, напряжение 220 В, емкость 0,01 мкф, ин­ дуктивность 0,01 мкГ. Верхний угольный электрод диа­

2 мм. Спектрограф ИСП-28 — с трехлинзовой системой освещения щели. Предварительное обыекривание состав­ ляет 40 с, экспозиция тоже 40 с. Градуировочные гра­ фики строят в координатах AS—lg С. Аналитические па­ ры линий, нм: Mg 279,08—; Mn 294,92—; Fe 259,94—; Cu 327,39—Al 305,72. Коэффициент вариации равен 2 —

7%.

Анализ металлургических материалов [8 6 ]

Определение церия в лигатуре магний-церий. Навес­ ку пробы 1 г растворяют в HCl (1 : 1), раствор в мерной колбе доводят дистиллированной водой до 100 мл. Эта­ лонные растворы готовят из растворов магния и церия, полученных растворением навесок металлов в соляной кислоте (1: 1). Концентрация магния в исходном раст­ воре составляет 10 г/л, церия 17,475 г/л. Растворы вво­ дят в искровой разряд через осевое отверстие в нижнем электроде, давление воздуха 0,7 атм. Режим генератора ИГ-3: напряжение 220 В, сила тока 2,5 А, емкость 0,01 мкф, индуктивность 0,05 мГ, расстояние между электро­ дами 2,5 мм, время предварительного обыскривания 30 с, экспозиция 1 мин.

Перед щелью устанавливают диафрагму Гартмана. На фотопластинку фотографируют по два спектра под­ ряд каждого эталона и анализируемого образца, причем сначала снимают два-три первых эталона, затем образцы и далее остальные эталоны. Фотометрируют аналити­ ческую пару линий Се 305,52 —Mg 278,29 нм. Градуи­

58