Пространственно-разрешенная динамика формирования и диссипации поглощающих слоев в поперечно-нагреваемых атомизаторах для атомно-абсорбционной спектрометрии

• Автор: Волошин, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 119 с. : ил.

• ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1 ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКЕ АТОМИЗАТОРЫ С ПОПЕРЕЧНЫМ 8 НАГРЕВОМ В АТОМНО-АБСОРБЦИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ

1.1 Особенности электротермических атомизаторов с поперечным 10 нагревом

1.2 Исследования процессов атомизации

1.3 Влияние матрицы на атомную абсорбцию в атомизаторе с 15 поперечным нагревом

1.4 Задачи настоящего исследования

Глава 2. ПРОСТРАНСТВЕННО-РАЗРЕШЕННА Я ДИНАМИКА

ПОГЛОЩАЮЩИХ СЛОЕВ

2.1 Экспериментальная установка

2.2 Динамика формирования и диссипации поглощающих слоев в 32 атомизаторе без платформы
2.3 Динамика формирования и диссипации поглощающих слоев в 54 атомизаторах с интегрированной платформой
2.4 Выводы
Глава 3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННУЮ ДИНАМИКУ ПОГЛОЩАЮЩИХ СЛОЕВ
3.1 Экспериментальная часть
3.2 Влияние на структуру поглощающего слоя внутреннего потока 67 аргона и модификатора
3.3 Влияние диффузии кислорода
3.4 Влияние магнитного поля на динамику формирования и эволюцию 83 поглощающих слоев
3.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) с электротермической атомизацией вещества является эффективным методом исследования оптических характеристик атомов и высокотемпературных процессов, протекающих с их участием. С ее помощью проводятся измерения фундаментальных физических величин, таких как: силы осцилляторов, параметры ударного уширения, коэффициенты диффузии атомов, теплоты испарения веществ, упругость паров и др. Кроме этого, ААС - один из наиболее распространенных и чувствительных методов элементного анализа веществ и материалов. Известно, что величина детектируемой атомной абсорбции зависит не только от числа поглощающих атомов, но также от их распределения в объеме атомизатора. Пространственные неоднородности могут быть вызваны как физическими факторами - диффузией, конвекцией, адсорбцией, так и химическими реакциями компонентов пара между собой, со стенками атомизатора и примесью кислорода в защитном газе. Поскольку методами ААС, как и любыми другими методами оптической спектроскопии, можно исследовать только свободные атомы в газовой фазе, то ключевая роль в ее реализации принадлежит способу атомизации исследуемого вещества. В последние годы в практику ААС все шире внедряются атомизаторы с поперечным нагревом (ТНОА), отличающиеся большей изотермичностью поглощающего слоя. Это позволяет проводить измерения атомной абсорбции, менее подверженные влияниям со стороны макрокомпонентов исследуемого вещества и пространственных неоднородностей поглощающего слоя. Однако в литературе представлено лишь несколько разрозненных примеров снижения матричных влияний при использовании поперечно нагреваемых атомизаторов. На их основе невозможно установить характер и механизм матричных помех, а, следовательно, целенаправленно разрабатывать методы их устранения. Имеющиеся примеры не позволяют также объективно сопоставить возможности поперечно нагреваемых атомизаторов с другими моделями.
Систематическое исследование пространственно-временной структуры поглощающих слоев различных элементов и матриц, образующихся в поперечно нагреваемых атомизаторах, также отсутствует. Исключение составляют лишь две публикации, в которых исследован лабораторный прототип серийного атомизатора ТЕЮА. Полученные результаты свидетельствуют о наличии выраженных неоднородностей поглощающего слоя в случае испарения Ag и Аи. Естественно предположить, что при атомизации других, химически более активных, элементов неоднородности будут выражены сильнее. Кроме этого, при использовании корректора неселективного поглощения на основе продольного эффекта Зеемана в атомизаторах с поперечным нагревом возникают выраженные осцилляции абсорбционного сигнала с частотой 4-8 Гц, а при атомизации некоторых элементов - взрывные всплески атомной и молекулярной абсорбции. Причины возникновения и природа этих эффектов в поперечно-нагреваемых атомизаторах также не имеют убедительной интерпретации. Комплекс этих нерешенных вопросов затрудняет использование атомизаторов с поперечным нагревом в аналитической атомной спектроскопии в целом.
Целью настоящей работы явилось систематическое исследование и интерпретация динамики формирования и диссипации поглощающих слоев широкого круга элементов в атомизаторе с поперечным нагревом с использованием многоканального атомно-абсорбционного спектрометра Б1МАА 6000 (РегкшЕ1тег, США) и усовершенствованного метода теневой спектральной визуализации. Для ее достижения требовалось решить следующие задачи:
1. Определить критические количества типичных для ААС хлоридных и сульфатных матриц, вызывающие депрессию атомной абсорбции широкого круга элементов и провести сравнение с атомизаторами продольного нагрева по устойчивости к матричным влияниям.
2. У совершенствовать метод теневой спектральной визуализации (ТСВ) путем использования двумерного прибора с зарядовой связью в качестве
атомизаторе также наблюдался в работах [44,45]. Отставание температуры боковой стенки ТНОА от температуры нижней стенки наглядно иллюстрирует рис. 2.13а. Здесь показаны импульсы атомной абсорбции серебра, раствор которого объемом 1 мкл высушивали в одном случае на дне, а в другом - на боковой стенке трубки. Импульс, полученный испарением с боковой стенки, появляется почти на секунду позднее. Его форма определяется суперпозицией как минимум двух процессов поступления атомов в газовую фазу атомизатора. Так как дозируемая капля помещалась в точку между двумя боковыми контактами ТИСА, то испарение из этой точки сопровождалось конденсацией паров на менее нагретых местах
подсоединения контактов. По мере повышения температуры происходит испарение конденсата с образованием второго максимума абсорбции. При дозировке пробы на дно трубки импульс абсорбции обусловлен тремя процессами поступления атомов. Его передняя часть формируется испарением пробы со дна трубки, осаждением паров на боковых стенках и последующим переиспарением со стенок. Задняя часть импульса
соответствует осаждению паров в точках соединения боковых контактов и
последующему окончательному испарению и выносу паров из объема
атомизатора.
Рис. 2.14 представляет теневую спектральную визуализацию (а) и изолинии абсорбции (б) атомного облака при атомизации 200 нг 1п со стенки трубки. Хорошо видно, что пространственная структура поглощающего слоя индия сильно отличается от структуры слоя атомов серебра: атомы индия появляются одновременно как в нижней, так и в верхней части трубки (кадр 200 мс); в течение всего цикла атомизации вблизи боковых стенок абсорбция минимальна. Изолинии на рис. 2.146 показывают, что неоднородность сохраняется и на последних стадиях атомизации. Через 1400 мс после начала атомизации максимум плотности атомов смещается в верхнюю часть трубки. Вероятно, это произошло в результате полного испарения пробы с нижней стенки и конвективного перемещения паров через дозировочное отверстие и