Анализ геологических проб методом эмиссионной спектроско- ПИИ с использованием установки иссп-1 Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Journal of Siberian Federal University. Chemistry 2 (2009 2) 173-176

УДК 543.4

Анализ геологических проб методом эмиссионной спектроскопии с использованием установки ИССП-1

Н.Г. Внуковааб, В.А. Лопатин6, Г.Н. Чуриловаб

а Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 Россия бИнститут физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Академгородок, 50/38, Красноярск, 660036 Россия 1

Received 20.05.2009, received in revised form 27.05.2009, accepted 04.06.2009

В работе представлены результаты атомно-эмиссионного анализа геологических проб, полученные при использовании установки ИССП-1. Выполнен количественный анализ донных осадков и проб, содержащих капсулированное золото.

Ключевые слова: эмиссионная спектроскопия, геологические пробы, количественный анализ.

Введение

Определение точных значений элементного состава вещества имеет первостепенную важность для решения вопросов экологии, геологии и др., а также для правильного ведения любого технологического процесса. Именно поэтому особое значение этот вопрос приобретает для индустриальных и богатых природными ресурсами регионов. С появлением новых технологий остро встал вопрос о повышении скорости и чувствительности методов анализа.

В эмиссионной спектроскопии широко применяются установки на основе разрядов разного вида [1]. Используются дуговые разряды постоянного тока и тока промышленной частоты, искровые разряды, высокочастотные разряды с индуктивно связанной плазмой и с емкостным разрядом. Наряду с

достоинствами (высокая чувствительность, возможность анализа практически любого химического элемента) у всех этих источников имеются и недостатки. Например, один из наиболее популярных разрядов на основе индуктивно-связанной плазмы требует длительной пробоподготовки и дорогостоящего оборудования [2]. Графитовая дуга характеризуется высоким уровнем фона, отсутствием возможности получения хорошей воспроизводимости результатов, а наличие в спектре молекулярных полос циана не позволяет использовать видимую, наиболее насыщенную линиями область. Источники света на основе дуговых плазматронов на аргоне, как на постоянном токе, так и на токе промышленной частоты, имеют высокую эрозию, что приводит к большому числу мешающих линий, которые соответствуют материалу электродов.

* Corresponding author E-mail address: [email protected]

1 © Siberian Federal University. All rights reserved

Описание установки

В данной работе мы описываем установку ИССП-1 для атомно-эмиссионного элементного анализа вещества в жидком, твердом и газообразном состояниях. Установка состоит из генератора переменного тока с частотой 44 кГц, устройства для подачи пробы, спектрографа PGS -2 и сканера UMAX PowerLook 3000 [3].

Источник света разработан на основе разряда в потоке аргона между двумя водоохлаж-даемыми электродами (рис. 1). Центральный электрод выполнен в виде водоохлаждаемого стержня и имеет разборную конструкцию, а второй - в виде водоохлаждаемого кольца. Применение уникального способа генерации плазмы позволило зажечь разряд в аргоновой струе диаметром 1,5 мм. Ток дуги составляет 10-13 А, что, в свою очередь, обеспечивает эффективную атомизацию и дает возможность анализировать вещества в любом агрегатном состоянии с высокой чувствительностью и воспроизводимостью [4].

Работа плазмотрона на переменном токе, а также наличие в схеме питания генератора и усилителей переменного тока обеспечива-

ют малую эрозию внешнего электрода, поскольку каждые полпериода разряд проходит все стадии своего формирования - стример-ного, тлеющего и т.д. Интенсивно разрушается электрод только в дуговой фазе разряда. В результате использование переменного тока позволяет уменьшить эрозию электродов, что приводит к обеспечению высокой точности анализа.

Центральный электрод совмещен с устройством подачи пробы. Осевое отверстие центрального электрода позволяет равномерно вводить анализируемое вещество вдоль оси разряда, что приводит к увеличению про-боприсутствия, повышению точности анализа и воспроизводимости результатов. Данный электрод разборный и состоит из тела электрода и вставки. Вставки выполняются из различных металлов (Си, Ag, Аи и др) и могут быть легко заменены, что позволяет избежать погрешностей количественного анализа, вносимых самим электродом. Устройство подачи пробы включает в себя диск, на поверхность которого в спиралевидное углубление насыпается подаваемое вещество, помещенное в герметичную камеру. В камере создается по-

12

Рис. 1. Принципиальная схема источника света: 1 - генератор, 2 - усилитель, 3 - цепь отрицательной обратной связи по току, 4 - конденсатор, 5 - трансформатор, 6 - электрод- индуктор, 7 - фазовращатель, 8 - усилитель, 9 - цепь отрицательной обратной связи по току, 10 - конденсатор, 11 - катушка, 12 -центральный электрод с осевым отверстием

4

вышенное давление, благодаря чему проба равномерно поступает с вращающегося диска в разрядный промежуток.

Для регистрации и обработки спектра используется методика, предложенная нами ранее [5]. Данная методика сочетает в себе достоинства фотографической регистрации и компьютерной обработки.

Установка ИССП-1 обладает следующими характеристиками: чувствительность достигает 10-6- 10-7 % ; коэффициент вариации не превышает 1,6 %; количество анализируемого вещества от 1 до 300 мг;

время анализа 1-4 мин;

расход аргона 1,5 - 3 л/мин;

эрозия плазмотрона не превышает 1,2-Ю-12 кг/Кл.

Количественный атомно-эмиссионный анализ

Нами был выполнен количественный анализ образцов государственных стандартов (СДО-5, СДО-8, СГД-1) и образцов донных осадков. Были исследованы следующие элементы: Со, №, Сг, V, Ъг, №, Ве, Sc, Ga, РЬ, Си, Мп, Ъп, Ва, Gd, Fe, Pt, Sn, В^ Li, Cd, Ge, Р, As и Ge.

2739 2742 2745

длина волны,A

Рис. 2. График зависимости почернения от длины волны в диапазоне длин волн 273,9-274,5 нм: 1 - СДО-5, 2 - СДО-8, 3 - СГД-1, 4 - образец 1, 5 - образец 2

На рис. 2 представлен график зависимости почернения от длины волны в диапазоне длин волн 2739-2745 Á. Наиболее чувствительные аналитические линии лития окружены мешающими линиями Fe, W, Ti, поэтому для анализа была выбрана менее чувствительная линия лития LiI 274.131 нм, мешающие линии: Fell 2739,55 и FeI 2742,25 Á. По результатам количественного атомно-эмиссионного анализа содержание лития соответствует: СДО-5 - 0,015 %; СДО-8 -0,0016 %.

На рис. 3. представлен график зависимости почернения от длины волны в диапазоне длин волн 3130- 3133 Á. Наиболее чувствительная линия кадмия 2288,02 Á перекрывается чувствительной линией AsI 2288,12 Á, поэтому для анализа выбрана менее чувствительная линия на длине волны 3133,17 Á. По результатам количественного атомно-эмиссионного анализа содержание кадмия соответствует: СДО-5 - 0,0018%; СДО-8 -0,00008%.

Также были исследованы геологические пробы, содержащие нанодисперсное золото, капсулированное в кремниевую оболочку, и остаточные концентрации золота в сорбен-

длина волны,А

Рис. 3. График зависимости почернения от длины волны в диапазоне длин волн 313,0- 313,3 нм: 1 -СДО-5, 2 - СДО-8, 3 - СГД-1, 4 - образец 1, 5 -образец 2

тах. Золото было зарегистрировано в количествах 10-3-10 "4 %.

Благодарим Всероссийский научно -исследовательский институт геологии и

минеральных ресурсов мирового океана за предоставленные образцы государственных стандартов (СДО-5, СДО-8, СГД-1) и образцы донных осадков.

Список литературы

1. Зайдель А.Н. Основы спектрального анализа. - М.: Недра, 1965. - 345 с.

2. Чудинов Э.Г. Атомно-эмиссионный анализ с индукционной плазмой. Итоги науки и техники. - М.: ВИНИТИ, 1990. - 251 с.

3. Чурилов Г.Н., Лопатин В.А., Новиков П.В., Внукова Н.Г. Методика и устройство для исследования динамики разрядов переменного тока. Стратификация разряда в потоке аргона при атмосферном давлении // Приборы и техника эксперимента. - 2001. - №4. - С. 105-109.

4. Чурилов Г.Н. Источник света для спектрального анализа // Патент RU 2326353 С1, 10.06.2008. МПК G01J3/10.

5. Сыченко Д.П., Внукова Н.Г., Лопатин В.А., Глущенко Г.А., Марачевский А.В., Чурилов Г.Н. Установка для атомно-эмиссионного спектрального анализа и методика обработки спектров // Приборы и техника эксперимента. - 2004. - № 3. - С. 1-4.

Analysis of Geological Samples by Method of Emission Spectroscopy using Setup ISSP-1

Natalia G. Vnukovaab , Vladislav A. Lopatinb and Grigory N. Churilova,b

a Siberian Federal University, 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041 Russia b Kirensky Institute of Physics SB RAS, 50/38 Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036 Russia

The emission analysis results of geological samples which were received using setup HCCn-1 were presented. Quantitative analysis of seafloor deposits and samples contained encapsulated aurum was carried out.

Keywords: emission spectroscopy, geological samples, quantitative analysis.