УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СОСТАВА ВЕЩЕСТВА
APPARATUS FOR SPECTRAL ANALYSIS OF COMPOSITION OF SUBSTANCE

Изобретение относится к устройствам для анализа состава веществ и может быть использовано при анализе состава твердых и сыпучих образцов.
Известно устройство для спектрального анализа элементного состава вещества на основе индуктивно-связанной плазмы [1], содержащее плазменную горелку, индуктор, ВЧ-генератор, выход которого соединен с указанным индуктором, и анализатор спектров.
Недостатком указанного устройства является высокая мощность (не менее 1 кВт) и сложность применяемого ВЧ-генератора, высокий расход рабочего газа (не менее 10 л/мин) и (как следствие) высокая стоимость прибора и элементного анализа.
Известно также устройство для эмиссионного спектрального анализа элементного состава вещества [2], содержащее штуцер для подачи рабочего газа, электроды, ВЧ-генератор, выход которого соединен с указанными электродами, и анализатор спектров, в котором указанный электрод выполнен в виде электропроводящего заостренного стержня, а дополнительный электрод - в виде многовитковой металлической спирали.
Недостатком указанного устройства-прототипа является сложность узла, содержащего штуцер для подачи рабочего газа и заостренный электрод, наличие пробойных явлений в этом узле и узле дополнительного электрода, что приводит к нестабильности разряда и снижению предела обнаружения элементов примеси в веществе. В данном устройстве невозможно также проводить анализ твердых и сыпучих образцов напрямую, приходится их предварительно растворять.
Технической задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков: упрощение конструкции, повышение надежности и чувствительности.
Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве для эмиссионного спектрального анализа, содержащем штуцер для подачи рабочего газа, плазменную горелку, плазмообразующий электрод, дополнительный электрод, ВЧ-генератор, выход которого соединен с указанными электродами и анализатор спектров излучения, указанный электрод выполнен в виде горизонтально расположенного металлического цилиндра, во внутреннюю полость которого введен керамический штуцер для подачи рабочего газа, а дополнительный электрод выполнен в виде вертикального цилиндра из композитного материала с полостью для ввода вещества и штуцером для вывода рабочего газа и излучения, при этом указанная горелка выполнена в виде цилидрической керамической трубки, соединяющей оба электрода.
На фиг.1 представлено схематическое изображение предлагаемого устройства, где
1 - вводной штуцер,
2 - первый электрод,
3 - керамическая трубка,
4 - второй электрод,
5 - выводной штуцер,
6 - образец для анализа,
7 - крышка,
8 - оптическое окно или диафрагма.
Предложенное устройство, изображенное на фиг.1, 2, реализовано следующим образом.
Рабочий газ (аргон) через вводной штуцер 1 из плавленого кварца и первый элетрод 2 из латуни поступает через кварцевую трубку 3 ко второму электроду 4 из нержавеющей стали и выводится через штуцер 5. Исследуемый образец 6 предварительно размещается через крышку 7 в полости электрода 4. При подаче ВЧ-напряжения с частотой 13,33 МГц и мощностью до 300 Вт между электродами зажигается разряд, второй электрод интенсивно разогревается, образец плавится и испаряется. Атомы вещества образца попадают в горячую разрядную плазму, где за счет столкновений с элетронами и атомами аргона периодически переводятся в возбужденное (ионизованное) состояние с последующей релаксацией в основное состояние. Испускаемое при этом оптическое (ионное) излучение выходит через окно (отверстие) выводного штуцера 8, собирается линзой и анализируется спектрометром.
По длинам волн (отношению заряда к массе) указанного излучения определяется элементный состав образца, а по интенсивности линий - количество данного элемента. На фиг.3 приведен спектр излучения образца из сплава свинец (Pb) - аллюминий (Al). Горизонтальная ось - длина волны оптического излучения в нанометрах, вертикальная ось - амплитуда сигнала с детектора. Температура образца 650°С, расход аргона 0,5 л/мин.
Источники информации
1. Томпсон М., Уолш Д.Н. Руководство по спектральному анализу с индуктивно-связанной плазмой. Л.: Недра, 1988 г., с.16.
2. Патент РФ № 2252412, Бюл. № 14 от 20.05.2005 г.