HUT66407A - Rapid assay for gold and instrumentation useful therefor - Google Patents

Description

A találmány analitikai módszerekre vonatkozik. A találmány olyan módszereket és berendezéseket foglal magában, amelyek arany vagy más elemek koncentrációinak, különösen kis aranykoncentrációknak, kőzet- és talajmintákban való kimutatására használhatók. A találmány kiterjed twábbá gyors analitikai módszerekre és hordozható, a helyszínen használható berendezéseknek az alkalmazáséra is.

A manapság felfedezett aranylerakódások legtöbbje olyan aranyszemcséket tartalmaz, amelyek normál mikroszkóppal láthatatlanok. Ezeknek az aranyrészecskéknek a mérete gyakran kisebb egy mikronnál. Mivel az arany nem észlelhető bármilyen, könnyen hozzáférhető, hordozható eszközökkel, a vizsgálat jelenleg csaknem teljesen olyan megbízható analitikai módszerektől függ, amelyek csak nagy analitikai laboratóriumokban végezhetők el. Ilyen berendezések szükség szerint /felszerelésük természetének köszönhetően/ nagy, helyhezkötött berendezések. A feltáró csapatoknak ezért címkével ellátott geológiai mintákat kell szállítaniok ezekhez a helyhezkötött berendezésekhez elemzés céljára és utána egy hetet vagy hosszabb időt kell várniok addig, ameddig megkapják az elemzés eredményeit. Ez a feltáró módszer értékes ásványtartalom számára munkaigényes, lassú, nem kielégítő és költséges. Valamely aranyelemző módszer /és az ehhez szükséges berendezés/ akkor kedvező, ha az elemzés a feltárás helyén vagy annak közelében vitelezhető ki, és amellyel nagyon kis aranymennyiségek gyors és megbízható kimutatása végezhető el a kőzetmintákban, továbbá nagy mértékben javítja az aranykitermelést a terepen.

A jelenlegi aranyár mellett azok a kőzetek, amelyek 1 ppm

- 3 aranyat tartalmaznak, gazdaságos sági szempontból mürevalók /kitermelésre alkalmasak/. A feltárási művelet folyamán a nem gazdaságos mennyiségű arany azonban útmutatásul szolgálhat a geológusnak gazdaságos mennyiségű lerakódás jelenlétére. így például 5 ppb /pars per billión/ aranyértékek utalásul szolgálhatnak arra, hogy nagyobb mennyiségek találhatók a közelben. így tehát olyan analitikai módszer, amely érzékeny ppb mennyiségekre, használható erre a célra.

A szokásos laboratóriumokban alkalmazott aranyelemző módszerek legtöbbjénél a tüzpróbás kimutatási módszer használatos. A tüzpróbás laboratóriumok nagy, intenziv berendezések, amelyek nagy mennyiségű port és vizet használnak és gyakran káros ólomfüstöket bocsátanak ki. Más hátránya a tüzpróbás analitikai módszernek az, hogy áttételes szennyeződés alakulhat ki a minták között.

Jelenleg az egyedüli, gazdaságos, járható modem analitikai módszer arany elemzésére a neutron-aktiválás. Az előfeltétel a siker eléréséhez olyan nukleáris kutató reaktor alkalmazása, amely aktiválja a neutront, ilyen azonban kevésbé hozzáférhető, mint valamely tüzpróbás kimutató eszköz. A neutron-aktiváláshoz elengedhetetlenül nyolc napos '‘hűtési” időszakasz is szükséges rövid életű radioizotópok számára, hogy elbomoljanak az arany számlálása előtt. így, mivel ez csak ott alkalmazható, ahol egy nukleáris reaktor rendelkezésre áll, lehetetlen, hogy a neutron-aktiválás megfeleljen a gyors analitikai módszer követelményeinek a terepen.

A találmány kidolgozásával olyan kimutatási módszert szol- 4 gáltatunk, amely alkalmas az aranykoncentrációk mérésére széles tartományban /például néhány ppb-től körülbelül 30 ezer ppb-ig terjedő vagy érméi szélesebb tartományban/.

A találmány szerinti kimutatási módszer abban áll,hogy szolubilizáljuk a minta aranytartalir.át, amennyiben szükséges, utána pedig együtt gerjesztünk valamely arannyal alkotott fényérzékeny komplexet, például egy Rhodamine B-arany-komplexet. Az aranykoncentrációt a mintában ezután az aranykomplex elemzésével határozzuk meg valailyen optikai eszköz felhasználásával.

A találmány kiterjed továbbá valamely hordozható fluorométer berendezésre is, amely lehetővé teszi kőzet- és talajminták, valamint más minták gyors elemzését a bennük léve aranykoncentrációk meghatározására. A berendezés előnye, hogy könnyen szállítható azokra a helyekre, ahol a kőzet- vagy talajminták találhatók. A berendezés könnyen működtethető és a mintákban lévő aranykoriéentrációt pontosan kimutatja viszonylag rövid idő alatt, például körülbelül három órán belül. A kerendezés alkalmas továbbá az aranykoncentrációk mérésére széles tartományban, így néhány ppb-től körülbelül 30 ezer ppb-ig terjedő tartományban.

A találmány módszert szolgáltat az aranykonc ént.ráció meghatározására terepen lévő mintákban, így kőzet- és talajmintákban.

A találmány tárgya tehát aranyat tartalmazó oldatok aranytartalmának a meghatározására alkalmas módszer, amely a következő lépésekből áll:

/a/ az aranytartalmú oldatot érintkeztetjük /1/ valamely oxidáló szerrel és /ii/ legalább egy koronaétel?-polimerrel, az érintkeztetést savas közegben olyan körülmények között végezzük, amely lényegében képes átalakítani az oldatban lévő valamennyi • ·« · · · · · * · · « · * · és

- 5 aranyiont az aranyionok legnagyobb oxidációs állapotába, annyi ideig, amely lehetővé teszi, hogy lényegében az oldatban lévő Összes aranyiont befogja a koronaéter-polimer;

/b/ elkülönítjük az arany-koronaéter-komplexet az oldat visszamaradt komponenseitől;

/c/ kinyerjük az aranyi onokat. az arany-koronaéter-komplexből;

/d/ érintkeztetjük a fémtartalmú oldatot, amelyet a /c/ lépésben készítettünk, kötőanyaggal, amelynek során a kötőanyag képes hozzátapadni az aranyhoz annak legnagyobb oxidációs állapotában, és amelyben a kötőanyag megfelelő könnyű elemzéshez; ennek során az érintkeztetést savas közegben olyan körülmények között vitelezzük ki, amelyek lehetővé teszik, hogy lényegében az oldatban lévő összes arany tapadjon a kötőanyaghoz, és utána elkülönítjük a nem tapadt kötőanyagot az oldattól; majd /e/ megmérjük a kötőanyagmennyiséget az oldatban.

A találmány egy más változata szerinti módszer az aranykoncentrációnak valamely mátrixban való meghatározására szolgál. A módszer a következő lépéseket foglalja magában:

/a/ a mátrixot érintkeztetjük valamely vizes cianidtartalmú oldattal oxidálószer jelenlétében, alkalikus körülmények között;

/b/ az /a/ lépésben kapott oldatot érintkeztetjük /i/ hidrogénkloriddal oxidálószer jelenlétében, és /11/ legalább egy koronaéter-polimerrel, amelynek során az érintkeztetést olyan körülmények között végezzük, amely alkalmas arra, hogy lényegében az oldatban lévő összes aranyiont átalakítsa annalk lég• ·

- 6 nagyobb oxidációs állapotába, és annyi ideig, amely elegendő ahhoz, hogy az oldatban lévő összes aranyiont koronaéterré alakítsa;

/c/ elkülönítjük az arany-koronáétér-komplexet az oldat visszamaradó alkotóitól;

/d/ kinyerjük az aranyionokat az arany-koronáé tér- komplexből;

/e/ a /&/ lépésben leírt módon készített aranytartalmú oldatot érintkezésbe hozzuk kötőanyaggal, amelynek során a kötőanyag képes kötődni a legnagyobb oxidációs állapotában lévő aranyhoz, és amelyben a kötőanyag alkalmas könnyű elemzésre, mimellett az érintkeztetést savas közegben olyan körülmények között végezzük, amelyek lehetővé teszik, hogy lényegében az oldatban lévő összes arany tapadjon a kötőanyaghoz és utána elkülönítjük a nem tapadt kötőanyagot az oldatból; majd ezután /f/ megmérjük az oldatban lévő kötőanyag mennyiségét.

A találmány tárgya továbbá egy berendezés a találmány szerinti módszer kivitelezéséhez. A berendezés magában foglal /a/ valamely eszközt a sugárzó energia gerjesztésére egy első keskeny hullámhosszúságú sávban;

/b/ valamely csatlakozó eszközt a sugárzó energia továbbítására egy vizsgálat alatt lévő elkészített mintához;

/c/ valamely mérőeszközt, amely sugarasan kapcsolódik a mintához minden transzmissziv fény jelzésére, amely áthalad a mintán és az első keskeny hullámhossz-tartományába esik, vagy bármely /fluoreszkált/ fény kimutatására, amely abból a mintából kerül ki, amely egy második keskeny hullámhosszúságú sávba esik_o

- 7 A berendezés működésekor a transzmissziv vagy fluoreszkált fény a hullámhossz első vagy második keskeny hullámhosszsávjában valamely elem, például arany jelenlétét mutatja ki a mintában. Az észlelt transzmissziv vagy fluoreszkált fény erőssége vagy mennyisége a mintában lévő különleges elem koncentrációjának a mértékét adja. Igény vagy kívánság szerint átalakulási diagramot vagy táblázatot készítünk például úgy, hogy olyan mintákat mérünk, amelyek a különleges elem ismert koncentrációit tartalmazzák, és amelyek következtetni engednek a mért fluoreszkált fény közvetlen átalakulására, mint a mintában lévő elem koncentrációjára. Ennélfogva csupán mérésnél a transzmissziv és/vagy fluoreszkált fény erőssége és mennyisége az első/vagy második keskeny hullámsávban a mintában lévő különleges elem koncentrációjának kényelmes és gyors mérését teszi lehetővé.

Előnyösen, a berendezés egy előnyös változatában száloptikakötegeket használunk ahhoz, hogy sugárzó energiát szállítsunk a mintához és a mintától a vizsgálat idején, így elkerüljük a belső szürőhatás problémáját, amely rendszerint megjelenik a korábbi sugárerőssé gmérő eszközöknél,a fluoromét ereknél. A belső szürőhatás, ha jelen van, bizonytalan eredményeket okoz a detektorból kimenő jelben.

A találmány egy más változata jellemezhető analizáló rendszerként a minták aranykoncéntráciáinak a meghatározására a terepen. Egy ilyen rendszer tartalmaz:

/a/ kapcsolóeszközt a terepen lévő minta egy részének valamely kötőanyaghoz, így Rhodamine B-hez, való kapcsolására, így a kötőanyag és az arany sugárzó komplexét alakítja ki;

/b/ valamely besugárzó eszközt a kötőanyag besugárzására, amelyhez a minta kötődik, sugárzó energiával, amely az első keskeny hullámhosszúságú sávba esik, ez a besugárzó eszköz száloptikaeszközt foglal magában közvetlen sugárzás és a mintakomplexből kibocsátott sugarak összegyűjtésére; valamint /c/ valamely jelzőeszközt, amely a száloptokaeszközhöz kapcsolódik annak a sugárzásnak a kimutatására, amely egy második hullámhosszúságú sávból származik.

Az analizáló rendszer működése során a fém-kötőanyag-komplex csak akkor bocsát radioaktív energiát a második keskeny hullámhossúságú sávba, megfelelően a sugárzó energiával történő besugárzásnak az első keskeny hullámhosszúságú sávban, amikor a kötőanyahhoz kapcsolt terepminta tartalmazza a vizsgállat alatt lévő különleges fémet. Továbbá, mivel az ilymódon kibocsátott sugárzás nagysága és erőssége arányos a kötőanyaghoz kapcsolódó fém rnenynyiségével, a kibocsátott sugárzás nagysága lehetővé teszi a fém koncentrációjának egyszerű és gyors mérését a terepen vett mintában. A rendszer további előnye az, hogy adott esetben magában foglal feldolgozó eszközt, amely automatikusan átalakítja a jelzett sugárzást a specifikus sávban az aranykoncentráció méréséhez a terepmintában.

A találmány további jellemzője az, hogy olyan hordozható berendezést szolgáltat, amely magában foglal minden szükséges eszközt és más alkotókat a találmány szerinti módszer kivitelezéséhez.

A találmány előnye ezenkívül az, hogy sugárzáserősségmérővel ,/fluorométerrel/ van felszerelve az arany jelenlétének a kimutatására valamely mintakomplexben. A mintakomplex magában fog-

lal egy alkalmas kötött atomcsoportot, amelyhez a talaj- vagy kőzetminta egy része kapcsolódik, amely valószínűleg aranyat tartalmaz. Egy ilyen berendezés előnyös jellemzője az, hogy a

A es leolvasás széles dinamikus tartományban lehetővé válik. A készülék jó arányt biztosít a fluoreszcencia/transzmissziv leolvasások és az aranykonc éntrációk között. A berendezés egyéb előnyei között említjük, hogy általában + 15 % pontossággal működik.

A találmány más előnye, hogy olyan fluorométer/transzmiszsziv berendezést szolgáltat, amelynek a segítségével köküszöbölhető a belső szürőhatás.

A találmány további előnye, hogy olyan fluorométer/transzmissziv bereddezést biztosít, amely viszonylag érzéketlen a f orrás sugárzás erősségének a változásaira.

Végül előnye még a találmánynak az is, hogy eljárási módszert kombinál olyan új fluorométer/transzmissziv berendezéssel, amely a vegyianyagok, a kezelési körülmények, az eszközök, az áramkörök és a sugárvédelmi formák különleges választékát foglalja magában, amelyek valójában megszüntetik az idegen jeleket és a háttérsugárzást, ezáltal lehetővé válik a zaj visszaszorítása és a nagyon gyenge jelek leolvasása.

A találmány előző és egyéb szempontjai, jellemzői és előnyei jobban megismerhetők azok következő leírásából, a mellékelt rajzokból és a mellékletből.

Az 1. ábra egy kapcsolási rajz, amely egy találmány szerinti fluorométer /sugárzáserősségmérő/ berendezés első változatának az alapműködését mutatja be.

• · * ·

- 10 A 2. ábra a találmány szerinti sugárzáserőssé gmérő berendezés részletesebb kapcsolási rajzát szemlélteti, amelyet az 1. ábra általánosabban mutatott be.

A 3. ábra a 2. ábra szerinti berendezésben alkalmazott két szűrő áteresztőképességét szemlélteti.

A 4. ábra egy jellegzetes kalibrációs diagram, amely a második ábra szerinti berendezéssel együtt vagy az mellett kerül használatba annak érdekében, hogy átalakítsa a fluoreszkált fény erősségét az aranykoncentráció méréshez.

Az 5· ábra egy felülnézeti kapcsolási rajz, amely egy kombinált fluorométer/transzmissziv berendezés alapműködését mutatja be a találmány előnyös változatának megfelelően.

A 6. ábra az 5. ábrán szemléltetett találmány szerinti kombinált fluorométer/transzmissziv berendezés részletesebb működését bemutató kapcsolási vázlat.

A 7A. és 7B. ábrák folyamatdiagramok, amelyek azokat a lépéseket ábrázolják, amelyeket a 6. ábra szerinti előnyös változatnál alkalmazunk a mintában lévő aranykoncentráció mérésére.

Hasonló, illetve azonos alkotókat /komponenseket/ vagy elemeket azonos hivatkozási számokkal jelölünk a különböző diagramokon.

A következő leírásban jelenleg a legjobb módszert mutatjuk be a találmány kivitelezésére. A leírás nem korlátozó jellegű, csupán a találmány általános elveinek az ismertetésére szolgál. A találmány oltalmi körét az igénypontokban adjuk meg.

A találmány olyan módszerre és berendezésre vonatkozik, amelynek a segítségével a módszer gyorsan kivitelezhető vala

- 11 mely specifikus elem, például az arany, koncentrációjának a meghatározására valamely anyagban /például területi mintákban/. A módszert és berendezést a fentiekben összefoglalva leírtuk. A találmány szerinti módszert előnyösen mind szakaszosan, mint folyamatosan kivitelezhetjük. Ahol az elemzendő /analizálandó/ anyag szemcsés formában van jelen, mint az arany, a kőzetben vagy hasonlókban, akkor kívánatos először finom porrá tömi a szemcsés anyagot annak érdekében, hogy fokozzuk a reagensek éritkezését a. szemcsés anyag alkotóival. Az ércport azután pörköljük oxidáló légkörben 500 C° és 800 C° közötti hőmérséklettartományban egy óra hosszat az illékony elemek eltávolítása érdekében azért, hogy a lehető legkisebbre csökkentsük azok valószínű jelenlétét.

Annak biztosítására, hogy lényegében a szemcsés anyagban lévő összes arany oldatba menjen, a finomra őrölt részecskéket vizes cianidtartalmú oldatban szuszpendáljuk valamely oxidáló szer, például kalcium-peroxid, nátrium-peroxid, kálium-permanganát, bróm, klór és hidrogén-peroxid jelenlétében.

Cianidvegyületeket, például nátrium-cianidot, kálium-cianidot és hasonlókat használunk ebben a lépésben, amelyek közül a kálium-cianid előnyös. Az alkalmazott cianid mennyisége széles tartományban változhat, így a végső cianidkoncéntráció a fémtartalmú vizes oldatban szokásosan körülbelül 0,001 mól - 0,5 mól tartományban van. Általában a végső cianidkoncentrációk körülbelül 0,1 mól körül vannak. Árnak érdekében, hogy megelőzzük a a cianidveszteséget, amelyet a hidrolízis vagy a CO^-vel való reakció okoz, és semlegesítsük a savas komponenseket az ércben, » · « · 4 valamely bázist, például kálium-hidroxidot, adunk a cianidoldathoz.

Az adott esetben összetört fémtartalmú mátrix érintkeztetését cianiddal és oxidáló szerrel olyan körülmények között- végezzük, amelyek lehetővé teszik a mátrixban lévő összes fém szolubilizálását.

Mihelyt az arany átmosódik a cianidoldatba, akkor azt oxi.dá ló szerrel /például H^O^-vel/ és hidrogénkloriddal kezeljük. Az oxidáló· szer az aranyat +1 értékű állapotból +J értékű állapotba oxidálja. A hidrogénkiorid feladata kettős: először elroncsolja a cianidot, másodszor kloridkötést létesít az Au⁺ ionokhoz. E lépés után az arany AuCl^ formában létezik, amely megfelelő a következő beavatkozó kinyerési lépésre a koronaéter-polimer felhasználásával..Az AuCl^-komplexm ölekül ókat leválaszthatjuk a koronáét er-polimer üregeibe 0,1 - 6 mólos HCl-ben. Abban az esetben, ha 0,6 mólos HC1-konc ént rációt választunk például, akkor az AuCl^-et adszorbeálja a polimer, míg a legtöbb fémfajtát ott hagyja.

A találmány kulcseleme az a felismerés, hogy minden kereskedelmi forrásból beszerezhető koronaét er-polimert elő kell kezelni annak érdekében, hogy az aranykomplex tömör formában való kinyerését érjük el különösen akkor, ha a minta aranykoncéntrációja körülbelül 1000 ppb alatt van. A változást az aranykinyerés százalékában az aranykomplex-dimenziót ól eltérő adszorciós oldalak okozzák, amelyek felfogják az Au-komolex molekulákat, de nem szabadítják fel azokat egy későbbi szakaszban. Az előkezelés szükségessé teszi a koronaéter-polimer kitöltését bizonyos fémfajtákkal /például Ga, As, Fe, Au fémekkel/, amelyek ·

· 4 4 4·4 • · · · • · · · • 444 ·· ·

- 13 megtöltik az adszorpciós oldalakat és ezt követően kivonjuk a fémek legtöbbjét az üregekből visszahagyva a rossz oldalakat, amelyek meg vannak töltve. A kezelés körülbelül 40 %-os javulást okoz a kinyerő aranykomplexkoncentráxic állagában 100 ppb körüli tartományban.

Minden olyan koronaétex'-polimer, amely képes komplexet alkotni a kimutatandó fémmel, megfelelő a találmány szerinti gyakorlat alkalmazására. A koronaéter-polimerek például magukban foglalnak poli/dibenzo-18-korona-6/-ot _^poli/DB18C67 és hasonlókat. Az alkalmazott koronáéter-polimer mennyisége körülbelül 20 - 100 mg/ml fémtartalmú oldat tartományban van.

A kormáéter-polimer által kötött fémanyagot ezután elkülönítjük az oldat visszamaradt komponenseitől. Az elkülönítést könnyen elvégezhetjük olymódon, hogy kivonjuk a folyadékot a szemcsés anyagból szabványos módszerekkel, így dekantálással szűréssel, elszívással és hasonló módszerekkel. Előnyös, ha biztosítjuk lényegében az összes ilyen fajta anyag eltávolítását és utána mossuk a szemcsés anyagot 0,6 mólos HC1-oldattal.

Előnyös az, ha a koronaét er-polimer elkülönítését oszlopformában végezzük, Ez azért kedvező, mert az elkülönítéshez szükséges idő jelentős mértékben lecsökken, ha az oszlopformát használjuk más elkülönítő módszerekhez, például billenős megoldáshoz, viszonyítva. így például a koronaéter elkülönítése 21/2 órát vesz igénybe billenős megoldás esetén, míg csupán 30 perc szükséges az elkülönítéshez, ha az oszlopformát használjuk.

Mihelyt az arany-koronaéter-komplexet elkülönítettük a fémtartalmú oldat visszamaradt alkotóitól, az aranyionokat kinyer- jük a komplexből. Ezt például úgy végezzük, hogy az ionokat extrahálással eltávolítjuk a komplexből valamely poláros, oxigéntartalmú szerves oldószerrel, így alkohollal, ketonnal és hasonlókkal. Az aceton az előnyös keton.

Abban az esetben, ha az aranyionokat külön kinyerjük a koronaéterből, a szerves kivonóanyagot kihajtjuk a mintából gyenge melegítéssel valamely oxidálcszer /például H^O^/ jelenlétében annak érdekében, hogy megelőzzük az Au-redukciót, és az anyagot érintkeztetjük a kötőanyaggal. Az itt alkalmazott kötőanyag megjelölés olyan kémiai anyagfajtára vonatkozik, amely képes kötődni az AuCl^-hez, és amely könnyen analizálható. A használható kötőanyagok például a kromoforok, a fém-komplexáló szerek, amelyek képesek fluoreszkálásra, amikor megfelelő hullámhosszúságú beeső fénnyel és hasonlókkal történik a gerjesztés.

Kötőanyagokként Rhodamine B /például N-/9-/2-karboxi-f enil/- 6-/di etil-amin/- JH-xant en- 3-i Iid.én7-N- etil- et án-ammónium-klorid, amely tetraetil-rodamin néven is ismert/, Brillant Green, PQPP /például 2-fenil-benzo/9,_57kinolizino/4,5,6,7-fed/?eantridinilium-kation/ és hasonlók jönnek számításba. A Rhodamine B jelenleg a legelőnyösebb kötőanyag, mivel nagyon alacsony színtű háttérfluoreszkálást ad, amikor az aranykoncentrációkat meghatározzuk.

Fontos kötést kapunk AuCl^ és a színezék között, ha néhány másodpercig előkeverjük az elegyet szobahőmérsékleten. Ilyen kezelést követően kívánatos, hogy lényegében az összes le nem kötött kötőanyagot elkülönítsük a mintából, így csökkentsük az alapzajt a találmány szerinti analitikai módszernél. Az ilyen • · ν·

- 15 eltávolítást például úgy végezzük, hogy a kötőanyag-fémkomplexet szerves oldószerek /például C^Hg, éter, előnyösen diprcpil-éter/ felhasználásával vonjuk ki a vizes közegből, amelyben a komplex keletkezett.

A le nem kötött kötőanyag eltávolítását gondosan kell végeznünk azért, hogy ne maradjon jelentős mennyiségű le nem kötött kötőanyag az analizálandó mintában.

Amint a minta készítését befejeztük, kívánatos, hogy a lehető legkisebbre csökkentsük a minta bomlásának a lehetőségét. Az így készített minta megfelel a benne lévő aranytartalom analizálására. A fémanalizálást a találmány szerint úgy vitélezzük ki, hogy meghatározzuk azt a kötőanyagmennyiséget, amelyet a minta magában foglal. Ahol a kötőanyag képes kibocsátani fluoreszkáló sugárzást gerjesztés alatt, az elemzést úgy végezhetjük, hogy a kötőanyagot specifikus hullámhossznál gerjesztjük, utána mérjük a kisugárzás erősségét olyan specifikus hullámhossznál, amely eltér a gerjesztésre használt hullámhossztól. Különböző eszközökkel végezhetjük az analizálást, amelyeket az alábbiakban ismertetünk.

Abban az esetben, ha a kötőanyag színhordó /kromofór/, akkor az elemzést spektroszkópikus sugármennyiséget, amelyet eszközzel végezzük, például mérjük a a minta elnyel akkor, amikor ismert erősségű sugár halad át a mintán.

A találmány szerinti berendezés első változata megkönnyíti a fent leírt kimutatási mód alkalmazását azzal, hogy hordozható fluorométerrel rendelkezel, amely lehetővé teszi a kimutatás gyors végrehajtását a terepen a talaj- vagy kőzetminták helyén vagy azok közelében az arany jelenlétének a megállapítása végett.

- 16 A kapcsolási rajz bemutatja egy IC fluoróméter /sugárzás erősségmérő műszer/ alap komponenseit az 1. ábra segítségével Ezek az

által gerjesztett rzó a 18 száloptikakötegbe irányitP.

A 20 detektor egybevágóan van elhelyezve a 16 kettős színű

tott sugárzó energiát kapja. A 15 detektor úgy van beállítva, hogy a forrás által gerjesztett energiát kapja azért, hogy mutassa a

ségében mutatkozó változásokat, amelyek az idők során jelentkeznek. Az ilyen változások, ha nem javítjuk ki azokat, hibát visznek be a készülék által végzett mérésekbe.

Egy 12 mintakomplexet készítünk, amelyet az előzőekben ismertettünk a módszer leírásánál, amely megfelelő kötőanyagot, így Rhodamine B-t foglal magában, amelyhez a kívánt elem, így az arany /ha jelen van/ kötődött. Abban az esetben, ha a 12 mintakomplex aranyat tartalmaz, akkor az arany-Rhodamine B-komplex fluoreszkál 560 - 5-80 nm /nanométer/ spektrális /színképi/ tartományban, ha azt 540 -550 nm spektrális tartományban sugárzó energia /fény/ gerjeszti. Abban az esetben, ha a 12 aranytartalmú komplex egy arany-PQPP-komplex, akkor a túlfűtöttség körülbelül 300 nm tartományban fluoreszkáláshoz vezet körülbelül 460 nm spektrális tartományban. Előnyösen, a kibocsátott sugárzás egyhangúan növekszik a komplexben lévő aranykoncentráció függvényé ben.

Egy adott 12 mintakomplexben lévő arany konc ént ráció mégha * *

- 17 tározása érdekében a 10 fluoromét er-berendezés a következő módon működik: A 14 energiaforrás gerjeszt egy első hulláhoszszúsá ú sugárzást, ahol a íj az arany-Rhodamine B-komplexre 540 - 550 nm tartományba esik /körülbelül 3θθ nm az arany-PQPPre/. A sugárzást a 18 száloptikakötegbe irányítjuk a 16 kettős színű tükör felhasználásával és a 15 detektorhoz is irányul sugárzás. A mintakomplex reagálva a Aj sugárzásra, fluoreszkál egy A? hullámhosszúságú sugrzást, ahol /^az arany-Rhodamine B-komplex számára/ 5βθ - 5θ0 nm tartományba esik /körülbelül 460 nm arany-PQPP-komplex számára/. A sugárzás a 12 mint a komplextől a 18 szál optikaköt egen át, a 16 kettős színű tükör útján a 20 detektorhoz irányul. A 20 detektor úgy van kialakítva, hogy kimutassa/detektálja/ a Á2 sugárzás mennyiségét. Ez a detektálás a 12 mintakomplexben lévő aranykonc ént ráció közvetlen mérését teszi lehetővé.

A 14 forrás kimenő erőssége változik bizonyos mértékben a vonatkoztatási-/referencia/ és minta-csoport ok mérése során. Annak érdekében, hogy a lehető legkisebbre csökkentsük a hibát, amely a fórrá serőssé gvált ozásnak a következménye, a 15 detektor lehetővé teszi, hogy a forrás erős séget ellenőrizzük, így megfelelő javításokat végezhetünk az aranykonc ént ráció meghatározása folyamán, ahogy alább leírjuk.

Száloptikakötegek széles körben beszerezhetők és különböző anyagokból készíthetők. Ilyen anyagok a szilicium-dioxid, az üveg, a polimetil-metakrilát, a polikarbonát, a polisztirol és hasonlók. Kereskedelemben beszerezhető száloptikaköt egek használhatók úgy, ahogy vannak anélkül, hogy szükség lenne bármilyen

- 18 speciális kezelésre és/vagy előkészítésre használat előtt. Az egyedüli módosítás, amit végzünk az, hogy eltávolítjuk a bevonatot a kötegről vagy a köteg egy részéről, amely közvetlenül ki van téve a mintának.

Az elsődleges megfontolások valamely különleges száloptikaköteg megválasztásánál a próbaanyag stabilitására irányulnak, amikor az az anilizálandó fémet tartalmazó oldószerrendszernek van kitéve, és amikor a próbaanyag és a mintakomponensek hajlamosak a kölcsönhatásra, mimellett beleavatkoznak az analizálásba. Ahol nem stabilis jelet észlelünk, ajánlatos és megfontolandó más száloptikaköteg alkalmazása, eltérő oldószerrendszer használata az elemzéshez és/vagy célszerű más kötőanyaggal dolgozni a probléma kiküszöbölése érdekében.

A 2. ábra egy találmány szerinti fluorométer berendezés egy változatának részletesebb kapcsolási rajzát szemlélteti./.Megjegyezzük, hogy a 2. ábra és az 1. ábra szerinti rajzokon használt azonos számok azonos részeket jelölnek/. A 2. ábrán látható, hogy a berendezés ugyanazokat az alapalkotókat foglalja magában, mint az 1. ábrán, például egy 14 sugárzó energiaforrást, egy 16 kettős színű tükröt, egy 18 száloptikaköt eget, egy 20 detektort és egy 15 második detektort. Ahogy az 1. ábra esetében, a 18 száloptikaköteg szgárzást irányit a 12 vizsgálandó mintakomplexhez és a mintakomplexből. Ahogy a 2. ábrán látható a 14 sugárzó energiaforrás egy 22 villamos tápegységet foglal magában egy 2.4 széles sávú fényforráshoz kapcsolva. A fényt a 24 széles sávú fényforrás irányítja egy 27 megfelelő optikai rendszer útján egy 30 szűrőhöz.

A 27 optikai rendszer valamilyen alkalmas eszközt foglal magában «

i

- 19 keskeny egy keskeny hullákosszúságú sávot, valamint egyedi hullámhosszat a 30 szűrő sávszélességétől függően.

Ahogy a 2. ábrán látható, a 27 optikai rendszer magában foglal egy 26 szál optikakapcsol ót, amelynek egyik vége optikailag a 24 fényforráshoz és a másik vége a 28 lencse fókuszpontjánál csatlakozik. A. 24 fényforrásból jövő sugárzó energia így egy 2.6 száloptikakapcsoló útján a lencséhez irányul, ahol a 30 szűrőhöz jut. A 30 szűrőn való áthaladás után csupán egy keskeny sugárra ő energia marad, például a hullámhosszúságú energia. A hullámhosszúságú sugárzó energia visszaverődik a 16 kettős színű tükörről egy 32 másik lencséhez úgy, hogy a 18 száloptikakötegbe irányul vagy fókuszolcdik.

Szintén a 2. ábrára hivatkozva elmondjuk, hogy a 12 komplexmintából fluoreszkált fényt a 18 szálcptikaköteg sugározza és a 32 lencsén keresztül visszajut a 16 kettős színű tükörhöz. Ez a fluoreszkált fény áthalad a 16 kettős színű tükrön a 20 detektorhoz. A. 20 detektor magában foglal egy keskeny sávú szűrőt, amely úgy van kialakítva, hogy csak a hullámhosszú sugárzást továbbítja. /Magától értetődik, hogy a keskeny hullámsávot, valamint egyetlen hullámhosszat foglal magában/. így a _z\ hullámhossztól különböző sugárzást vagy fényt jelentős mértékben elgyöngíti a 34 szűrő. Ennélfogva, ha a 12 komplexmintából» amely a kívánt elemet, így az aranyat, tartalmazza, a fluoreszkál sugárzás a A hullámsávba esik és így a sugár átmeny a 34 szűrőn.

- 20 A 34 keskeny szalagszűrőn való áthaladás után a sugárzás egy 36 második lencsén átmegy vagy fókuszol egy 38 fotodetektorhoz. A 38 fotodetektor hagyományos módon működik és jelzi a rá beeső sugárzás mennyiségét. így bármely Λ 2 hullámhosszúságú sugárzást, amely áthalad a 34 szűrőn, jelez a 38 fotodetektor. Ilyen jel észlelése után a 38 fotodetektor elektromos jelet gerjeszt. E jel amplitúdója arányos az észlelt sugárzás erősségével. A fotodetektor által gerjesztett elektromos jelet felerősíti egy 40 erősítő. A 40 erősítő kimenő jele ezután megfigyelhető annak meghatározása érdekében, hogy milyen mennyiségű hullámhosszúságú sugárzást vagy fényt - ha egyáltalán volt észlelt a 38 fotodetektor. Nagy mennyiségű kimenő jel nagy erősségű sugárzást jelez, amely viszont a különleges elem nagy koncentrációját jelzi a komple mintában /a minta egyforma meny» nyiségét feltételezve/. Hasonló módon kis mennyiségű kimenő jel kis erősségű Á£ sugárzást jelez, amely viszont a különleges elem kis koncentrációját jelzi a mintakomplex egyforma mennyiségében. A későbbiekben bővebb magyarázatot adunk arra vonatkozóan például a 4. ábránál, hogy a 40 erősítőből kimenő jel kalibrálható a mintakomplexben lévő elem koncentrációjának közvetlen mérésére /például ppb-ben megadva/.

Ahogy a 2. ábrán látható, a 40 erősítőből kimenő jelet egy 42 digitális voltmérővel /DVM/ mérjük. Kívánság szerint továbbá ez a feszültség feljegyezhető és/vagy tárolható egy 44 adattárorolóban vagy ennek megfelelő eszközben. Ezenkívül bizonyos alkalmazások számára kívánatos lehet egy 46 megfelelő processzort /adatfeldolgozót/, így valamilyen hordozható személyi számítógépet /PC/ b · • ·

- 21 kapcsolni a 40 erősítő kimenő feszültségéhez. Ilyen kapcsolás végezhető közvetlenül a 40 erősítő kimenő jeléből, ha a 46 processzor egy belső analóg-digitális /A/D/ átalakító eszközt foglal magában /a. 40 erősítőből az analóg kimenő jel átalakítására olyan digitális jellé, amely használható a PC-vel/; vagy más változatban, ha a 42 DVM tartalmaz egy digitális /számjegyes/ kimenő kaput, ahogy számos kereskedelemben beszerezhető DVM is, a kapcsolás létrehozható ilymódon a 42 DVM-től a 46 processzorhoz.

A 46 processzor, ha alkalmazásra kerül, különböző földolgozó feladatokat végez az erősítő kimenő jelével társulva. A processzor például magában foglalhat egy igazságtáblázatot” vagy egyenértékű segédeszközt /például egy egyenletet/, amely tárolva van abban és lehetővé teszi, hogy a 40 erősítő mért kimenő feszültségének az átalakítása közvetlenül a kívánt elem konc ántáci óérté kévé lehető legyen. A processzor továbbá különböző feldolgozási lépéseket foglal magában azért, hogy analizálja a kimenő feszültségi adatokat, amelyek a 40 erősítőből származtak, specifikus időtartam alatt annak érdekében, hogy tovább javítsunk ilyen adatokat, például a zaj kiszűrésével azokból hagyományos digitális szűrőtechnikák alkalmazása útján.

Ismét a 2. ábrára hivatkozunk és láthatjuk, hogy a 15 detektor azért van elhelyezve, hogy észlelje a 14 forrás által gerjesztett hullámhosszúságú belső sugárzást. Ilyen sugárzás egy 29 megfelelő lencsén keresztül egy 39 f ötödet ektorhoz irányul. A 39 fotodetektor hagyományos módon működik és mutatja az arra beeső sugárra ennyi séget. így bármely - a 14 forrásból származó - _z\ hullámhosszúságú sugárzás folytatja útját a 30 szűrőn keresztül, amelyeket a 39 fotodetektor mutat. További szűrők, a 29 lencsével szemben elhelyezve,valamennyi sugárzás kiszűrésére, a a·^ hullámhosszúságú kivételével, kívánt esetben szintén használhatók. A sugárzás észlelése esetén a 39 fotodetektor egy elektromos jelet gerjeszt. Ennek a jelnek az amplitúdója arányos a jelzett sugár erősségével. A fotodetektor által gerjesztett elektromos jelet felerősíti egy 41 erősítő. A 41 erősítő kimenő jelét figyelemmel kísérjük annak meghatározására, hogy milyen nagyságú sugárzást vagy fényt jelez a 39 fotodetektor. Nagy kimenő jel nagy erősségű A-^ sugárzást jelez. Hasonlóan, kis kimenő jel kis erősségű Αη sugárzást mutat.

A 41 erősítőből jövő kimenő jelet egy 43 digitális voltmérővel /DVM/ mérjük. Továbbá - kívánt esetben - ezt a kimenő jelet feljegyezhetjük és/vagy tárolhatjuk egy A'ö adattárolóban vagy hasonló eszközben. Ezen túlmenően a legtöbb alkalmazás számára elegendő a 41 erősítő kimenetét közvetlenül a 46 processzorhoz, így valamely hordozható számítógéphez' /PC/ kapcsolni. Az kimenő jelet utána referencia jelként használhatjuk, amely olyan változásokat mutat, amelyek előfordulnak a A sugárzás erősségében.

Működés közben a 15 detektor jelzi a A^ forrás erősségét ilymódon. Abban az esetben, ha egy kezdeti mintát mérünk., akkor a mért erősség egy referencia jelet képvisel ilymódon, amelyet Sp_ef-ként jelölünk. Egymást követő mérésekre a A^ fluoreszkált jel erősségét egy másik jel, az S_P képviseli. Az S_p jelet előnyösen olyan változásokra korrigálhatjuk, amelyek előfordulhatnak a A-l forrás erősségében, a következő összefüggés alapján.: ^SCorr “(Sp-W/S 1 t «

- 23 ahol S~ az jel korrigálását és S_z\_n a 14 forrás áramerősségét képviseli, amelyet a 15 detektot jelez.Előnyösen, az S_peí· jelnek a 46 processzorban vagy azzal egyenértékű eszközben való tát olásánál a leírt korrigálást elvégezhetjük minden egyes mérésre a processzorral.

A 20 detektor egy további változata magában foglalhat számos szürő-fotodetektor-erősítő együttest, amelyek mindegyike úgy van kialakítva, hogy érzékeljen különleges hullámhosszúságú sugárzást. Az ilyen együttes mindegyikéből származó kimenő jelek ezután megfigyelhetők például a 46 processzorral, így a mintakomplex egész tartalmát kimutatjuk, beleszámítva olyan Jelzést is, amely sok elem mennyiségének a jelenlétére utal.

A 14 sugárzó energiaforrás egy más változataként hagyományos lézer, például He-Ne lézer, használható, amely 543,5 nm kimenő hullámhosszat alakít ki. Az ilyen He-Ne lézer keskeny kimenete bármilyen megfelelő eszköz útján közvetlenül hozzákapcsolható a 18 szál optikaköt eghez, ennek kis részével közvetlenül csatlakozva a 15 detektorhoz, jellegzetesen használva legalább a 16 kettős színű tükröt és a 32 lencsét, emellett lehetővé teszi, hogy a lézer messze helyezkedjék el a fluoreszkált sugárzó energiától, amely a 12 komplexmintából származik.

A 3. ábra grafikusan mutatja a transzmissziós tulajdonságokat a két - 3θ és 34 - szűrőn, amelyeket a 2. ábrán bemutatott berendezésben alkalmaztunk. Ezeket a transzmissziós tulajdonságokat az aranynak arany-Rhodamin B-komplexként való kimutatására választottuk ki. Megjegyezzük, hogy hasonló tulajdonságokat választhatunk más aranykomplexek kimutatására. A 70 jelű első csúcs vagy sáv

545 nm-nél összpontosul. Ez a 70 jelű csúcs vagy sáv képviseli még a 30 szűrő kívánt áteresztő tulajdonságait kapcsolódva a 24 széles sávú energiaforráshoz. A 72 jelű második csúcs vagy sáv 580 nm-nél összpontosul. Ez a 72 jelű csúcs vagy sáv képviseli a 34 szűrő kívánt transzmissziós tulajdonságait, amely szűrő a 38 fotodetektor előtt van elhelyezve. Abban az esetben, ha He-Ne lézert használunk a 24 széles sávú energiaforrás helyett, akkor a He-Ne lézer hullámhossza 543,5 nm, amely hozzávetőlegesen a 70 jelű kívánt csúcsban vagy sávban összpontosul.

Abban az esetben, ha más komplexeket határozunk meg, akkor a 70 sáv és a 72 sáv helyét ennek megfelelően kell megválasztanunk, így például, ha egy adott komplexet 590 nm hullámhosszú sugárzással fluoreszkáltunk, akkor annak megfelelően, hogy 520 nm hullámhosszú sugárral történjék a besugárzás, a 70 jelű első sávnak 520 nm-nél kell összpontosulnia és a 72 jelű második sávnak 590 nm-nél kell összpontosulnia.

A 4. ábra egy jellegzetes kalibrációs grafikont mutat be a

2. ábra szerinti berendezéssel együtt vagy annál történő használat esetén a fluoreszkált fény erősségének a mérésére, amelyet az aranykonc ént ráció meghatározására használunk. Megjegyezzük, hogy egyenértékű kalibrációs módszerek, így valamely ”igazságtáblázat” vagy egyenlet szintén használható azért, hogy a mért erősséget átszámítsuk arany konc ént rációra. Egy 4. ábra szérinti görbét vagy valamely egyenértékű táblázatot vagy egyenletet úgy készítünk, hogy megmérjük a fluoreszkáló jel amplitúdóját ismert aranykoncentrációkat tartalmazó egyenlő térfogatú mintásorozatra. Ahogy a 4. ábra mutatja, a teljes kalibrációs görbének csak egy része az, amelyet kaphatunk. Általában jó kalibrációs adatot kapunk a találmány szerinti fluorométer használata esetén széles dinamikus tartományban, például 10 ppb-től 3000 ppb-ig terjedő tartományban. Ezen túlmenően másodperc nagyságú reakcióidővel a fluorométerkészülék alkalmas 1 ppb nagyságrendű koncentrációkülönbségek mérésére. A kombinált kémiai és optikai módszer pontossága az eredeti minták mérésénél + 15 %·

Előnyösen a 18 száloptikaköteg használata esetén elkerülhető az a probléma, amely belső szürőhatás néven ismert a technika állása szerinti spektrofotométereknél. Ez a probléma abból ered, hogy a kibocsátott fluoreszkáló fény mennyisége csúcsszintet ér el kis fémkoncentrációknál és utána csökken a fémkonc ént ráció növekedésével. Ez a belső szürőhatás” ilymódon kettős értékű teljesítményben és bizonytalan mérési adatokban mutatkozik meg a fémkonc ént ráció széles tartományában /Yuan et al., Calculation fór Fluorescence Modulation by Absorbing Species and Its Application to Measurements Using Optical Fibers, Analytical Chemistry, Vol. 59, No. 19, 2391-94 /October 1, 198?/.

Hivatkozva a 2. ábrára megjegyezzük, hogy a 24 fényforrás biztosítható egy Xenon Arc /ILC N0.I3I/ fehéren izzó lámpával, így a Gilway Technical Lamp No. L7394 eszközzel vagy egy Helium-Neon lézerrel /No. LSGR-0L50M, a Practicle Measuring Systems, /PMS/. Ahogy az alábbiakban ismertetjük, a He-Ne előnyös, de más források is használhatók. A 24 fényforrást a 28 lencse gyújtópontjába állítjuk. A lencse egy aszférikus lencse /No. 06- 3097/, amely beszerezhető a Spindler & Hoyer cégtől. Más változatban a fény továbbítható a 28 lencse gyújtópontjához a 26 száloptikaköteg

- 26 segítségével. Az alkalmazásra kerülő 26 száloptikaköt eg 1000 mikron. átmérőjű szálakat tartalmaz és beszerezhető például az Ensign-Bickford cégtől.

A párhuzamosát ott /fókuszba állított/ sugárnyalábot a 28 fényforrásból a J0 szűrőn vezetjük át, amely az Omega Optical Inc. cégtől szerezhető be /part No. 546BP10/. A 16 kettős színű tükör szintén az Optical Inc. cég terméke és Part. No. 440 DES P. számon van forgalomban. A 32 lencse fókuszálja a fényt a 18 száloptkaköteg végébe. Ez a 32 lencse egy aszférikus lencse /No.06- 3097/ és a Spindler & Hoyer cégtől szerezhető be. A 18 száloptikaköteg előnyösen 1000 mikron átmérőjű szálakat foglal magában és beszerezhető például az Ensign-Bickford cégtől. A 34 szűrő, amelyen keresztül a fluoreszkált fény vezet, beszerezhető az Omega Optical Inc. cégtől /Part No. 577BP10/. A 36 lencse megegyezik a 32 lencsével. A 38 fotodetektor bármilyen fotodetektor, így fotodiodadetektor, lehet és számos tipus van forgalomban, például egy szilicium-fotodioda /No. S2386/ és a Hamanatsu cég terméke.

A fotodiodadetektőrből jövő elektromos jelet a 40 erősítő felerősíti. A kis zajszintü, kismérvű üzemingadozással működő erősítő előnyös erre a célra. Egy Burr-Brown No. 0PA128LM erősítő jól alkalmazható erre a célra. A 40 erősítőből kijövő erősített jelet beírjuk és tároljuk a 44 adattárolóban, amely beszerezhető az Omega Engieneering Inc. cégtől /Part No. OM-550/. A 42 DVM-et bármelyik megfelelő készítőtől beszerezhetjük.

A 15 detektornak a komponensei megfelelnek a 20 detektor komponenseinek.

A 2. ábrával kapcsolatban előzőekben leírt különleges kompo♦ · « · *··· • ·« · · · · nensek különösen lehetővé teszik a különösen kis fluoreszkált fényértékek leolvasását visszaszorított zajszintnél. Az előnyös erősítő /Burr-Brown No. OPA 128LM/ rendkívül kis előfeszített áramú, nagyon nagy jel/zaj viszonyú és szokásos alaprezgésmód elnyomással rendelkező erősítő, így lehetővé teszi rendkívül gyenge jelek felvételét a 38 f ötödet ektorból, és ezek a gyenge jelek kis mintaértékeknek felelnek meg. A 40 erősítő ilyen gyenge jeleket viszonylag nagy kimenő feszültséggé alakít.

A fluorométer berendezés felépítésében fontos a zaj visszaszorításához kapcsolódóan az, hogy olyan optikai komponenseket válasszunk, amelyek nagy mennyiségű fényenergiát szolgáltatnak és még működni tudnak nagyon keskeny sávban külső jelek nélkül /amely külső jelek zajnak tekinthetők/. A 30 és 34 előnyös szűrőket, a 38 fötödetektőrt, a 28 és 36 lencséket, valamint a He-Ne lézert /ha használjuk/, amelyeket az előzőekben megadtunk, az elmondottak figyelembevételével választjuk meg. Például egy He-Ne lézer használatánál a 14 sugárzó energiaf orrásként a. 2. ábránál /a 24 széles sávú fényforrás helyett/ olyan keskeny sávú energia gerjesztésére 543,5 nm-nél, amely körülbelül 1,5 milliwatt kimenő teljesítménnyel rendelkezik, a 3θ fűtődetektor képes megfelelni nagyon kis energiaszinteknek, amelyek a vizsgált mintákból származnak és rendkívül kis mennyiségű fontos fémet tartalmaznak. Ilyen megfontolásokból a He-Ne lézer használata a 14 sugárzásforrásként előnyösebb egy szélesebb sávú forráshoz képest, így a 2. ábrán bemutatotthoz viszonyítva.

A nagyon gyenge jelek miatt és a kismértékű kísérőzajra való tekintettel a találmány szerinti fluorométer berendezésnél alkal- mázunk továbbá megfelelő árnyékolót az alkotók csomagolásában. Ilyen árnyékoló szükséges a sugárzó és az elektromos interferencia, például a háttérsugárzás elkerülésére és különösen szükséges a 38 fotodetektor és a 40 erősítő csomagolóanyagában. Ilyen árnyékoló egy 39 speciális köpenyt foglal magában, amellyel a 38 fotodetektor, a 40 erősítő és a kapcsolatos alkotók /például valamely energiaforrás ezeknek az alkotóknak a számára/ vannak betakarva. A 39 köpeny minden olyan alkalmas fémből, így rézből vagy alumíniumból, készülhet, amely megakadályozza, hogy kis mennyiségű sugárzás menjen át rajta és jó elektromos vezető.

Ezenkívül a zaj és a rendkívüli jelek további csökkentése érdekében a 18 száloptikaköteg méretét úgy választjuk meg, hogy a lehető legnagyobb mértékben átadja a jeleket a lehető legkisebb zaj mellett. Az előnyös változatban ez a követelmény akkor teljesül, ha olyan száloptikaköt egeket használunk, amelyek körülbelül 1000 mikron átmérőjű szálakat tartalmaznak.

A 10 berendezésnek előnyösen minden alkotója elég kicsi és könnyű, ezért könnyen szállítható például utánfutón, teherautón, furgonban, pótkocsin és hasonlókon, emellett az egész berendezés áthelyezhető és könnyen továbbítható a terepre, ahol a talaj- vagy kőzetmontákat kell vizsgálni.

A találmány szerinti berendezés egy másodok változata megkönnyíti az előzőekben ismertetett kimutatási módszert azzal, hogy kombinált hordozható fluoróméter/transzmisszív berendezést foglal magában, amely az első változathoz hasonlóan lehetővé teszi a vizsgáló módszer gyors kivitelezését a terepen vagy a talaj- vagy kőzetminták közelében az arany jelenlétének a kimutató

- 29 sara. A második változat tovább javítja az első változatot azzal, hogy egy fluorométer/transzmissziv berendezést bocsát rendelkezésre, amely széles tartományban /például néhány ppb-től körülbelül JOOO ppb-ig kimutatja az aranykoncentrációt száloptikaköteg használata nélkül. A száloptikaköteg elhagyását az teszi szükségessé, hogy meg kell szüntetnünk olyan problémákat, amelyek társulnak a száloptikakötegaek a mint a komplexbe való helyezésével. Abban az esetben, ha egy fluorométer berendezést és egy transzmissziós berendezést kombinálunk, akkor a kívánt elemek koncentrációit szélesebb tartományban mérhetjük.

A 11 kombinált f luor ómé ter/transzmis szív berendezés kapcsolási vázlatát, amely a találmány második változatának felel meg, az 5. ábra szemlélteti.

.Ahogy az 5· ábrán látható, a 11 berendezés egy 14 sugárzó energiaforrást, egy 15 forrásdetektort, egy 20 fluoreszcenciadetektort és egy 21 transzmissziós detektort tartalmaz, amely utóbbi a 12 mintához képest viszonylagosan van elhelyezve azért, hogy sugárzó energiát kapjunk a 14 forrásból a 12 mintánál. A 15 forrásdetektor viszonylagosan helyezkedik el egy 17 megfelelő kettős színű tükörhöz képest olymódon, hogy kis adagot kapjon a 14 forrás által kibocsátott sugárzásból. A transzmissziós detektor viszonylagosan van elhelyezve a 14 forráshoz viszonyítva úgy, hogy sugárzó energiát kapjon, amelyet a 12 minta bocsát ki.

Megjegyezzük, hogy optikailag sürü oldatokkal, például nagy ppb aranytartalmú oldatokkal, rendelkező mintáknál a fluoreszcencia jel lineáris tartománya korlátozott. Annak érdekében, hogy'· növeljük ezt a tartományt, egy 19 keskeny nyílással ellátott 13 fénypajzsot helyezünk el a küvetta oldalán úgy, hogy az szemben legyen a 20 fluoreszcencia detektorral. Ez azt eredményezi, hogy csökken a beeső fény pályahossza és ez lehetővé teszi azt, hogy a fluoreszkálás erőssége arányos legyen a gerjesztő fénnyel kiszélesített tartományban.

Ahogy az első változatnál, létesítünk itt is egy 12 mintakomplexet, amely olyan kötőanyagot tartalmaz, amelyhez arany kötődik /ha jelen van/ az előzőekben leírt találmány szerinti módon. Abban az esetben, ha a 12 komplex aranyat tartalmaz, akkor az aranykomplex fluoreszkál 577 nm körüli spektrális /színképi/ tartományban és ezáltal átad sugárzó energiát 543,4 nm-nél, ezzel reagál egy olyan sugárzó energiaforrásra, amely 543,5 nm-nél sugárzást bocsát ki. Kis aranykoncentrációknál /például 2000 ppb alatt/ a fluoreszkált sugárenergia erőssége egyenletesen növekszik a komplexben lévő aranykoncentráció függvényében, míg nagyobb a ranykonc ént rációknál /például 2000 ppb felett/ az átadott sugárzó energia erőssége egyenletesen csökken a komplexben lévő aranykoncentráció függvényében.

Annak érdekében, hogy meghatározzuk az aranykoncentrációt a 12 mintakomplexben, a 11 kombinált fluorométer/transzmissziv berendezés a következő módon működik: A 14 sugárzó energiaforrás gerjeszt egy A^ első hullámhosszúságú sugárzást, ahol az arany-Rhodamine B-komplex számára körülbelül 543,5 nm. Ez a sugárzás a 12 mintához irányul. A mintakomplex reagál a sugárzásra és fluoreszkál egy második hullámhosszúságú sugárzást, ahol az arany-Rhodamine B-komplex számára körülbelül 577 nm. A sugárzást a 20 detektor mutatja. A 20 detektor úgy van kialakítva, hogy mutassa ki a hullámhosszúságú sugárzás nagyságát. Ezen** 4 · ·««« 4· * *« · · · · «

- 31 kívül a mintakomplex átadja a sugárzást. A_z átadott sugárzást λ^’-vel jelöljük az 5» ábrán azért, hogy megkülönböztessük a gerjesztő A^ sugárzástól és jelezzük, hogy az átadott X^’ sugárzás gyengébb erősségű, mint a gerjesztő sugárzás. A _ζ\_η gerjesztő sugárzásnak és a A^’ átadott sugárzásnak azonban azonos a hullámhossza. A X^’ sugárzást a 21 detektor mutatja ki, a A-l sugárzást pedik a 15 detektor jelzi. A 21 detektor úgy van kialakítva, hogy mutassa a /\^’ hullámhosszúságú sugárzás mennyiségét. A X2 és A-j. kombinált sugárzás kimutatása az aranykcncentráció közvetlen mérését teszi lehetővé a 12 mintakomplexben. A gerjesztő sugárzásnak a 15 detektor által történő kimutatása lehetővé teszi, hogy megfelelő változást végezzünk a 20 és 21 detektorokkal végzett méréseknél azért, hogy kiigazítsuk a változásokat a forrás erősségében.

A következőkben a 6. ábrára hivatkozunk, amely a 11 kombinált fluoróméter/transzmisszív berendezés második változatának részletesebb kapcsolási vázlatás szemlélteti. Megyjegyezzük, hogy a 6. ábránál az azonos részeket ugyanazokkal a hivatkozási számokkal jelöljük, mint az 5«, a 2. és az 1. ábráknál. Ahogy a 6.ábrán látható, a berendezés magában foglalja az 5. ábrán bemutatott alapkomponenseket, például a 14 sugárzó energiaforrást, a 15 kalibrációs detektort, a 20 fluoreszcencia detektort és a 21 transzmiszsziós detektort. Ahogy látható továbbá a 6. ábrán, a 14 sugárzó energiaforrás magában foglal egy 22 energiaszolgáltatót, amely egy 25 keskeny sávú lézer fényforráshoz kapcsolódik. A 25 lézer által gerjesztett beeső fényt egy 29 elektrozár vagy mágnestekercs által szabályozott elektrocsapda irányítja. A 29 elektrocsapdát egy 23 mágnestekercs szabályozza akár zárva, akár nyitva van. A mágnestekercs működését, amelyet egy programozott személyi számítógép /PC/ vagy annak megfelelő processzor vág más szabályozó eszköz irányit, részletesebben megmagyarázzuk a TA. és 7B. ábrák, ismertetésénél. Abbén az esetben, ha az elektrozár nyitva van, a lézer által gerjesztett fény tovább halad a 31 semleges sűrű szűrőn /ND/ és a 33 nyíláson át a 12 mintakomplexhez. A 31 semleges szűrő megfelelő szintre csökkenti a 25 lézer által gerjesztett fény erősségét és a 33 nyílást arra használja, hogy a fényköteget a 12 mintához irányítsa.

Hivatkozunk a 6. ábrára, ismét és megemlítjük, hogy a 12 mintakomplexből származó fluoreszkált fény vagy sugárzás, amelyet a. beeső fénynek megfelelően gerjesztettünk, a 20 fluoreszcencia detektorhoz megy. A 20 detektor magában foglal egy 13 pajzsot, amely keskeny nyílással van ellátva, ahogy az 5. ábrával kapcsolatban leírtuk. A 20 detektor magában foglal továbbá egy 35 első fluoreszcencia szalagot, amely úgy van kialakítva, hogy csak /\? hullámhosszúságú sugárzás menjen át. Az előnyös kiviteli formában a Λ 2 577 nm. A A hullámhossztól eltérő sugárzást vagy fényt gyöngíti a 35 szűrő· Ennélfogva, ha a minta a kívánt elemet, például az aranyat, tartalmazza, akkor a 12 mintakomplexből fluoreszkált sugárzás beesik a hullámhosszúságú sávba és így az ilyen sugárzás áthalad a 35 szűrőn.

Miután a sugárzás áthaladt a 35 első szalagszűrőn, tovább halad egy 37 második fluoreszcencia szalagszűrőn. A 37 második fluoreszcencia szalagszűrő úgy van kialakítva, hogy csak a/? hullámhosszúságú sugárzás menjen át. Ennélfogva a második fluoresz• f· t

cencia szál	Lagszürc hasonló módon működik, mint az első fluo-
reszcencia	szalagszürő, így tovább gyöngíti a /\o hullámhossz-
tói eltérő	hullámhosszúságú fényt, amely átmegy a 35 első fluo-
reszcencia	szalagszűrőn.

siiutan a sugárzás amaiadt a második fluoreszcencia szalagszűrőn, a 3θ fötödetektcrhoz .irányul. A 38 forodet. ektor hagyományos módon működik és jelzi a ráeső sugárzás mennyiségét, így bármilyen hullámhosszúságú sugárzást, amely átmegy a 35 első fluoreszcencia szalagszűrőn és a 37 második fluoreszcencia szalagszűrőn, kimutat a 38 fotodetektor. Ennek eredményeként a fotodetektor olyan elektromos jelet gerjeszt, amelyben a jel amplitúdója arányos az észlelt sugárzás erősségével. A 38 fotodetektor által gerjesztett jelet felerősíti a 40 erősítő. A 40 erősítő kimenő jelét ezután ellenőrizhetjük annak meghatározása érdekében, hogy mennyi sugárzást /ha van/ vagy milyen Á₉ hullámhosszúságú fényt észlelt a 38 fotodetektor. Nagy kimenőjel nagy erősségű Ág sugárzást képvisel, amely viszont a különleges elem nagy koncentrációját jelenti a komplexmintában /a. minta egységes tömegét feltételezve/. Hasonlóan kis kimenő jel kis erősségű sugárzásra vall, amely viszont a különleges elem kis koncentrációját jelenti az egységes tömegű mintakomplexben. Előnyösen, a kimenő jel úgy kalibrálható, ahogy később részletesen megmagyarázzuk, hogy a mintakomplexben lévő elem koncentrációját közvetlenül mérhessük /például ppb-ben jelölve/.

Ahogy a 6. ábra mutatja, a 40 erősítőből származó kimenő jelet egy 42 digitásis voltmérővel /DVM/ mérhetjük. Kívánt esetben a kimenő jelet feljegyezhetjük vagy tárolhatjuk egy 44 adat- 34 tárolóban vagy' valamely egyenértékű eszközben.

Ismét a 6. ábrára hivatkoztunk és megjegyezzük, hogy bármely fény, amely átmegy a 12 mintán, mint átadott fény, a mintából a 21 transzmissziós detektorhoz megy. A 21 transzmissziós detektor egs 43 nyílással rendelkezik, hogy párhuzamosítsa az átadott fényt és egy kívánt detektáló helyhez irányítsa

A nyílás segít továbbá a lehető legkisebbre csökkenteni a külső forrásokból a detektorba jutott sugárzás mennyiségét. Amint a fény belép a 43 nyíláson, egy 45 transzmissziós szalagszűrőn halad át. A 45 szűrő úgy van kialakítva, hogy csak a /\j’ hullámhosszúságú sugárz-ás haladjon át rajt. Az előnyös változatban a 45 szűrő körülbelül 546 nm-nél közénre áll be és írv könnven tovább't Λτ frekvenciás átadott su— '—> J J i gárzást /543,5 nm/. ilymódon

hullámhosszt ól éltérő sugárzást vagy fényt jelentősen elkeskenyíti a 45 szűrő. Ennélfogva a 12 komplexmintából fluoreszkált sugárzás, amely A 9 hullámhosszúságú, nagy mértékben elkeskenyedik és így minimális hatást gyakorol a 21 transzmissziós detektor által végzett transzmissziós mérésekre. A. 12 minta által átadott sugárzás, amelynek a hullámhossza átmegy a 45 szűrőn. Mihelyt a fény átment a 45 szűrőn, árhalad egy 47 ND szűrőn és ez az ND szűrő lecsökkenti az átadott fény erősségét egy ellenőrzött mennyiségre.

iz ND szűrőn történt áthaladás után a sugárzás a. 43 foto detektor felé irányul. A fotodetektor hagyományos módon működik és mutatja a ráeső sugárzás mennyiségét. így bármilyen Α_Ί’ hullámhosszúságú sugárzást gerjeszt, az át meny a 45 transzmissziós szűrőn és a 47 ND szűrőn és a 48 fotodetektor kimutatja. A sugárzás kimutatása esetén a 43 fotodetektor egy elektromos jelet gerjeszt, ahol a jel amplitúdója arányos a jelzett sugárzás erősségével. A •· »· «··· ·· ·* « ·* <1 · < ·

annak meghat ározása végett, hogy a 48 detektor által kimutatott sugárzás vagy fény, ha van, milyen erősségű. Egy csökkenő jel azt jelzi, hogy a komplexmintában lévő különleges elem koncentrációja nagy mértékű /a minta egységes tömegét feltételezve/. Hasonló módon, nagyobb kimenő jel a különleges elem kis koncentrációját jelzi a mintakomplex egységes tömegében. Előnyösen , a kimenő jelet úgy kalibrálhatjuk, hogy a mintakomplexben lévő elem koncentrációját közvetlenül mérni tudjuk /például ppb-ben megadva/.

Ahogy a 6.

ben a kimenő jelet feljegyezhetjük vagy tárolhatjuk egy 44 adatA második változatban egy 46 személyi számítógépet vagy egyenerősítő kimenetéhez. ilyen kapcsolás lehet számítógép közbenső analóg/digitális /A/D/ közvetlen, ha a 46 menő jel átalakítására olyan

DVM-ek rendelkeznek digitális kimenő kapuval, ahogy számos kedelmi forgalomban lévő DVM, és a kapcsolás a 42 és 52 DV ki indulva a 46 processzorhoz történik ábrán bemutatott kiviteli alakkal kapcsolatos további ré s zletek megtalálhatók a bejelentő 07/769,531. számú, 1991· el ·· «*·· «» ·· « · ·*·· » · ·« • · ··

alálmún juk a. komplexmin á

J.

diagramot, amilyent

4. ábrán bemutattunk /vagy matematikailag

taláírni	íny értelmében, az első kalibrációs görbét a 20 fluoresz-
cencia	detektor kimenetének az alapján és egy második kalibrációs
görbét	a 21 transzmissziós detektor kímenete alapján készítettünk
Az itt	alkalmazott «kalibrációs görbe mindenolyan eszközre vonat·

kozhat, így akár matematikai egyenletre, akár egy azzal egyenértékű megoldásra, amely egy változót, például a detektorkimenetet, egy másik változóhoz, például az aranykoncentrácichoz viszonyít. A kalibrációs görbe ismert komplexminta-konc éntrációkon alapszik és matematikailag az /1/ egyenlettel fejezhető ki:

C = /l/tÁh/ x hi -------------7 /1/

K - /S - s_o/ ebben a képletben C az aranykoncentráció , S a fluoreszcencia detektor kimenete, ₍c< egy belső abszorpciós állandó az arany számára, 1-^ a küvetta tényleges hossza, míg K és S_Q állandók. Az állandókat tapasztalati úton állapítjuk meg ismert aranykoncentrációjú minták felhasználásával. Ilyen állandók jellegzetes értékei a következők: oQ. = 0,00035, K = 0,755 és S_Q = 0,0045 /volt/. Sajnálatosan az /1/ egyenlet alkalmassága az aranykoncentráció ·· ·· ···· ·* • · · · · « » • ·· 9 99 • 6 k fr ·* ···· 99 999 pontos kiszámítására kis koncentrációtartományra, például ppb és 3000 ppb közötti tartományra korlátozódik.

Abban az esetben, ha a koncentrációtartomány nagyobb ennél a tartománynál, akkor egy második kalibrációs görbét használunk. A második kalibrációs görbe ismert komplexminta-konc ént rációkból is leszármaztatható és matematikailag a /2/ képlettel fejezhető ki:

C = fl/oi 1₂) x(ln T_o/T.) /2/ ahol C az aranykonc ént ráció, T a továbbító detektorkimenet és l/o<12> valamint T_Q állandók. Az állandók ismét tapasztalati úton határozhatók meg olyan komplexminták felhasználásával, amelyek ismert aranykoncént rációkat tartalmaznak. Ilyen állandók viszonylagos értékei a következők: = 0,0000751 és T_Q = 1,75 /volt/. A /2/ egyenlet alkalmas arra, hogy közelítő pontossággal meghatározzuk a második kalibrációs görbét nagyobb konc ént ráci ó~ tartományra, például 1000 ppb és 25000 ppb közötti tartományra.

Ennélfogva működés közben a 40 erősítő kimenő jelének és az 50 erősítő kimenő jelének a gerjesztése után a 46 a processzor kiszámít egy első koncentrációt az /1/ fluoreszcencia képlet alapján és egy második koncentrációt a /2/ transzmissziós képlet alapján. A fluoreszcencia képletre vonatkozóan a biztonsági tartomány miatt az /1/ képletet megközelítőleg 3000 ppb számára vagy kevesebbre, a /2/ képletet 2000 ppb-től megközelítőleg 30000 ppb-ig terjedő tartományban használjuk. A 2000 ppb és 3000 ppb átfedési tartományban bármelyik egyenlet használható. Ilymódon ez a második változat jelentős javulást jelent a dinamikus tartományban az első változathoz viszonyítva.

Előnyösen forrásdetektor használata xenetove teszi, zát okra korrigáljuk, amelyek előfordulnak a hogy a 39 és 49 detektorok által mutatott jeleket olyan válto14 beeső sugár érásés a beeső sugár a 15 detektorhoz irányítja. A sugárerősség kezdeti müszerállását jel képviseli, a sugárerősség folyamatos müszerállását pedig az S,\j jelöli, míg a fluoreszkált sugárzás folyamatos müszerállását az Sp jellel jelöljük, az átvitt vagy továbbított sugárzás folyamatos müszerállását pedig Sp jel képviseli. Mind az S_v fluoreszkált, mind az Sj, továbbított jelek ezután a következő összefüggések felhasználása útján korrigálhatok:

Op /0 orr1—1ön · Sp Q-y/!o s

Sp /·.' orr/ ~ /Srp · /C/\j·

A 46 processzor által felvett lépések részletesebb leírását a pontos aranykoncentráció mérésére a 7A. és 7B. ábrák segítségével mutatjuk be.

Megjegyezzük, hogy a 35, 37 és a. 45 s.zürők transzmissziós tulajdonságait, amelyeket a 6. ábra szerinti berendezésnél hasz választjuk az aranynak RhodamineB-komplexként módon történő kimutatására mint amilyen szűrőket a 2. ábra szerinti berendezéssel kapcsolatban említettünk.

ilyenek a 3c és 34 szűrők. A 45 szűrő egy első csúcsot vagy sávot foglal magában, amely megközelítőleg 546 nrn-nél központosul. A 35 és 37 szűrők zg — re használjuk a fluorómétei’/transzmisszív berendezés második sét a 7Α· és 7Β, ábrák mutatják és ”blokk”~ként írjuk le. Ez az mutatja be, hogy a technika állása szerinti lépések könnyen elvégezhetők a 7A. és 73. ábrákon feltüntetett lépések segítségével /ha kézi vezérlésű/ vagy megfelelő programot vagy kódot készítünk a 46 processzor használatához /ha automatikus/.

A 74. ábrán a 110 blokk a. 12 mintakomplex készítését képviseli, amelyet a. találmány szerinti módszerrel kapcsolatban leírtunk, amelynek során az elkészített anyagot alkalmas kötőanyaggal a mintában lévő aranyhoz, ha van benn, kötöttük. A kí vánt elem-kötőanyag-komplex, például az arany Rhodamine B-komplex, elkészítése után az oldatot átlátszó küvettába vagy egy átlátszó tartályba helyezzük, amelyen keresztül a minta besugároz hat ó.

A kezdő referenciaminta müszerállásának a leolvasása után megmérjük a 14 sugárzó forrás erősségét azért, hogy a fent leírt; ^SRef ^^elet kapjuk.

Miután energiát vittünk rá a 11 berendezésre, a 46 proceszszor ellenőriz egy 60 kapcsolót /6. ábra/. A 60 kapcsoló felvesz egy nyitott vagy zárt helyzetet, amely felelős egy ajtó nyitásé- 40 ért vagy zárásáért, amely egy vizsgáié kamrába vezet, és amely a 12 mintát tartalmazó küvettát foglalja magában, miközben a 12

zatban, más kézivezérlésü vagy automatikus eszközt alkalmazhatunk annak jelzésére, hogy a küvetta be van-e téve a vizsgáló kamrába és/vagy a vizsgáló kamra ajtaja be van-e zárva, például optcelektronikus szenzorokat, terhelő cellákat használhat úrik vagy ha jelzés érkezik és a kereső operátor megerősíti, hogy a küvetta a helyén van és a. vizsgálókamra ajtaja be van zárva ugyancsak.

mihelyt lehetséges, az energiának a 11 berendezésbe történő vitele után /például megfelelő felmelegedési idő elteltével/, a 60 kapcsoló vagy a másik jelzőeszköz jelzi, hogy a vizsgálckarn ra üres-e vagy nyitva van-e a vizsgálókamra ajtaja. A nyitva” vagy üres jelzésnek megfelelően a 46 processzor egy megfelelő kontrollprogram ellenőrzése által, jelzi az operátornak, hogy he lyezze a kívánt elem-kötőanyag-komplex ismert koncentrációját tartalmazó küvettát a vizsgálókamrába. Ilyen jelzés érkezik, ha üzenetet adunk egy CTR kimutató terminálra vagy más jelzőeszközt használunk, mégpedig például fényt vagy hallható figyelmez tető jelet adunk. A 7A. ábra 120 blokkja azt a jelzést adja az operátornak, hogy helyezze a küvettát a vizsgálókamrába és zárja a vizsgálókamra ajtaját.

Amint látható, hogy a küvetta bent van a vizsgálókamrában, amelyet a 130 blokk ábrázol, a 46 processzor - reagálva a kontrollprogramra - működésbe hozza a 23 szelenoidot, amely kinyitja a 29 elektrczárat /6. ábra/, emellett sugárzó energiát irányit a mintát tartalmazó küvettába, ahogy alább ismertetjük. Annyi várakozás után

erősségét csökkentjük annak érdekében, hogy az S λ_Ί jelet kapjuk /154 blokk/, a 20 fluoreszcencia detektor kimenő jelét leolvassuk, hogy az fluoreszcencia jelet kapjuk /160 blokk/, a 21 transzmissziós detektor kimenő jelét leolvassuk, hogy az S-p transzmissziós jelet kapjuk /170 blokk/ és ilyen jeleket /amelyeket kimenő feszültségekként olvastunk, le/ ezután szükség szerint javítjuk /172 blokk/. Ahogy fent említettük,

2. kimenő fe-

Hs átalakító eszközzel, amely a PC-hez van. kapcsolva, vagy a 42 és 52 DVM-ek digitális kimenő kapuival.

Miután rögzítettük a kimenő feszültségeket, amelyeket az ismert kívánt elem-konc ént rác iának megfelelve gerjesztettünk, zárjuk a 29 elektrozárat. Abban az esetben, ha elegendő ismert mintát mértünk, a 46 processzor felhasználja a feszültségeket arra, említett állandók, például a 1/^1-^, K, S_Q és T számára. Ezt a rázolja a 190 blokk.

számítást áb172 és 180 blokkoknál jelzett lépéseket 12-szer megismételjük, eközben nagy pontosságú közelítő állandókat kapunk, ahogy a 190 blokknál jeleztük. Ilymódon a 11 berendezés arra van kalibrálva, hogy mérje az ismeretlen kívánt elem koncentrációit.

Ezután., ahogy a 200 blokk mutatja, a processzor vagy a 46

- 42 PC jelt ad az operátoriak arra, hogy tegye az ismeretlen konviza e;álól ra ajtaja be van zárva zárát, emeli ett idő telt el uaaxja, a 46 aroces

ZOI tárolja bál jövő ‘-'rp ektőrből feszülts ül·

OJ

CS ilyen leolv •'.-αγ \r'‘ u - ·- _o j a processzor kiigazít olyan leolvasásokat bármely orrássugárzás erősségóbén, iasx kívánt f ént em 1 í t ett /1 / /2/ egyenlete:

r Λ ’iódsz erekkel í' •cj processzor sz mit egy első konoentrác

Cl sznnss os sszehasonl tje eJ.só es * ·· • l.’ egy

Ί’Ιν

,·.·.!

:ό O'-y ' Ο J kén let re adott biztonsági tartományi^-»· f;··· rotj öj '•'-ⁱ ’oban esetben, ha t, amely adoan az esetoen, na vannak, akkor a második koncentrációt, amely a transzmissziós detektor kimenő jelén alapszik, használjuk vagy választjuk a

A megfelelő koncentráció kiválasztását

Ilymódon a pontosabb k onc ént rác i ót használjuk az arany /vagy más fém/ koncentrációjának a jelzésére

Ezután a megfelelő egyenletet használjuk a koncentráció kiszámítására /270 blokk/. Ezt a koncentrációt ezután kimutatja a 46 processzor /280 blokk/ és/vagy megfelelően feljegyzi /regisztrálja/ a 46 processzor.

Végül a 46 processzor jelt ad az operátornak annak jelzésére, hogy további ismeretlen kívánt elemkonc ént rác ión int ókat kell-e vizsgálni /280 blokk/. Abban az esetben, ha az operátor azt jelzi, hogy további mintákat kell vizsgálni, akkor a 200, 210, 220, 230, 232, 240, 250, 252, 2Ő0, 270 és 275 blokkok által kép viselt lépéseket megismételjük vagy ismét elvégezzük. Ilyen ismétléseket addig végzünk, ameddig az operátor azt mutatja, hogy nincs már vizsgálandó minta. Ilymódon többszörös ismeretlen mintát lehet megvizsgálni a kívánt elem koncentrációinak a megálla- 44 -

pítása érdekében,	és a legpontosabb kimutató eszközt, például
a fluoreszcenciá s	kimutatást vagy a transzmissziós kimutatást
használhatjuk egy	46 programozható szabályozott processzorként.
Előnyösen, a	11 előnyös kiviteli alak valamennyi alkotója

elég kicsi és könnyű, így könnyen szállítható például utánfutón, teherautón, furgonban, pótkocsin, hátizsákban és hasonló módon, emellett az egész berendezés áthelyezhető és könnyen továbbítható a terepre, ahol a talaj- vagy kőzetmintákat kell vizsgálni. A második változat előnyösen feleslegessé teszi a száloptokaköteg szükségességét, emellett megszünteti azokat a problémákat, amelyek a száloptikaköteg használatával járnak, például a törést, miközben széles, mindent átfogó biztonsági tartományt szolgáltat a 20 fluoreszcencia detektor, mind a 21 transzmissziós detektor alkalmazása esetén. Ennélfogva tánál az előnyök megsokszorozódnak a második változat használa és az első változat hátrányai nagy mértékben csökkennek

A találmány egy változata kis és könnyű eszközt szolgáltat, amely lehetővé teszi a hátizsákban történő szállítást. Ilyen kis módon könnyen szállítható arra a területre, ahol a minta elemzését végezni kell. Előnyösen., a hátizsákos egységet akkumulátor működteti, emellett lehetővé válik az elemzés elvégzése a vétel

származó korlátozott energiáját megőrizzük, villanólámpát használunk a 14 energiaforrásként /5. ábra/ lézer helyett. A villa nólámpa nagyon rövid impulzust vagy erős sugárzást - felvillaIlyen rönk órákkal 1

ΌΟ ko efVSe^ 1 első érzékel _lzí a zás erősségéi or/ amely a detektor/. Egy

ényes hullámhossz kivé ge hullámhossz rend kívül f önn on 0 orp. of súlya körülbelül 4

'.L. ·’ hagyományos energiaszolgáltat ó-erő siti az akkumulátorból származó feszültséget /például 9 voltról/ * V

Előnvösen a 15, 20 és 21 érzékelők riadón kevés energiát ίο.^εζtanak és a 46 PC /komputer/. amikor használatban van, lannagys-’gú vagy jesyzetfüzet méretű, és ezek a komputerek már hordozhatóΔ találmánv a. következőkben részleteiben is leírjuk a példákban, amelyek nem korlátozó jellegűek.

PéIdák

Az általános módszert ismertetjük a következőkben, amely szerint járunk el az elemzések mindegyikénél.

Gondosan ércmintákat készítünk és ezeket az ércmintákat oxidáló légkörben pörköljük 600 - 800 C° hőmérséklettartományban körülbelül egy óra hosszat. Ezután az aranyat /Au/ kilúgozzuk olymódon, hogy az ércet kicsapjuk kálium-cianid/kálium-hidroxid oldatban hidrogénperoxid jelenlétében. A cianidkivonatot hidro génklorid-oldattal megsavanyítjuk hidrogénperoxid jelenlétében körülbelül 90 C°-on. A keletkező AuCl^-komplexet kinyerjük a reagáló ionokból olymódon, hogy kicsapjuk előkezelt poli/dibenzo-18-korona-/6/ gömbökkel 0,6 mólos HCl-oldatban. A polimergömbök szelektíven leválasztják az AuCl^-komplexet és a reagáló ionok a HCl-oldatban maradnak. Néhányszor! mosás után az AuCl^-et kinyerjük olymódon, hogy az AuCl^-gyel töltött gömböket acetonnal kicsapjuk és utána az acetont lepároljuk H^O^ jelenlétében. Ilymódon AuCl^ marad vissza a HCl-oldatban. Ezután megkötjük Rhoda mine B színezékkel az AuCl^-et

Az AuCl^-színezék-komplexet tovább extraháljuk diizopropil-éterrel és a komplex fluoreszcen cia j át /t rans zmis s zi ój át mé rj ük.

1. példa

A találmány szerinti berendezéssel és módszerrel kapott jel tartományának a meghatározása érdekében, amikor az arany mennyisége emelkedik, tanulmányoztuk az aranykonc ént. rációk bizonyos tartományát /0, 100 , 2000 , 20000 ppb arany/. Az eredményeket millivo.ltokban adjuk meg mintánként az 1. táblázatban.

1. táblázat

A ranykonc ént rác i ó, ppb	Millivolt
0	8
500	199
1000	516
2000	946
4000	1658
8000	2629

Az 1. táblázat adatait a 4. ábra szerinti grafikonon tüntettük fel. A grafikon egyenletes nem-lineáris reagálást mutat széles koncentrációtartományban.

Ezek az eredmények azt bizonyítják, hogy a találmány szerinti módszer és berendezés széles koncentrációtartományban használhat ó.

2. példa

A találmány szerinti módszert használtuk az aranymennyiség ···· *··· • ·· · · * · ·*·· ·« · ··

-48m elhatározás ára két - A és ”B - kőzetmintában és egymástól függetlenül megállapítottuk tüzpróbás elemzéssel, hogy azok 1325 ppb, illetve 1660 ppb aranyat tartalmaztak. A jelek, amelyeket 0, 500, 1000, 2000 és 4000 ppb aranyra kaptunk 0, 410, 770, 1430 és 2080 millivoltnál jelentkeztek. Ezek az értékek diagramon ábrázolva egyenletes nem-lineáris reagálást mutat az értékelt teljes koncentrációtartományban.

A fluoreszkáló jelek az A és B mintákra 970 és 1120 millivoltnál jelentek meg /a nulla kontrolhnintára vonatkozó értékek levonása után/, amelyek körülbelül 1325 ppb és körülbelül 1660 ppb aranynak felelnek meg.

3. példa

Azt a fluoreszkáló/transzmissziv berendezést, amelyet az

5., 60, 7A. és 7B. ábrákkal kapcsolatban leíi’tunk. alkalmaztuk négy olyan vizsgálati minta aranykonc ént rác lójának a meghatározására, amelyeket ”1, ^U2^U, ”3 és ⁿ4ⁿ számokkal jelölünk, és amelyeknek 0, 100, 2000 és 20000 ppb az aranykonc éntrációja. A kapott eredményeket a 2. táblázatban adjuk meg.

2. táblázat

A vizsgált minták ppb számítása a mért leolvasásokból /3. példa/

Kalibrációs adatok ppb Fluoreszcencia /volt/ Transzait tánc is. /volt./

0,00346

1,711 i

2. táblázat /folytatás/ nnb

F luőrss zc enc ia /v olt rans zmittanc la /v olt /

100

2000

000

0,0341

0,402

0,676

1,333

0,0618

0,000493

TZ

ÍX ^To

0,636

7,41E-05

7,711

Az /1/ ás /,?/ eiz^ven1 etok

A·-’- ?.ná lat áv.al kapott a ra n' ’s z ám í t á s ok

V1z s gáIt A rany /00b/

S /volt/ /volt/ Számított, arany /ppb/ minta

1 0	0,00363	1,7	0,54
2 IGC	) 0,345	1.681	101
3 20C	'50 0,401	3,337	1990
4 20C	>00 0,686	0,0662	19615

Amint látható a tál.élmény szerinti módszerrel és berendezéssel kapott gyors eredmények teljesen megegyeznek a hagyományos analitikai eszközzel kapott eredményekkel.

A találmány szerinti specifikus változatokat és azok alkalmazását írtuk le az előzőekben, de a szakember szükség szerint az oltalmi körön belül vált ozat ás okát végezhet.

Claims (14)

Szabadalmi igénypontok

1. Berendezés küvettába helyezett mintaoldatban lévő elem koncentrációjának a mérésére, azzal j ellem ezv e , hogy magában foglal egy eszközt a mintaoldat besugárzására egy első hullámhosszsávú sugárzó energiával;

egy első érzékelő eszközt olyan sugárzó energia kimutatására egy második hullámhosszsávban, amelyet a mintaoldat fluoreszkált a besugárzás eredményeként, mimellett a második hullámhosszsáv nem foglal magában semmilyen első hullámhosszsávú hullámhoszszat;

egy második érzékelő eszközt az átadott sugárzó energia kimutására a második hullámhosszúságú sávban, amelyet a mintaoldat ad át a besugárzás eredményeként; és egy feldolgozó eszközt, amely felelős azért, hogy az első és második érzékelő eszköz meghatározza a mintaoldatban lévő keres ett elem konc ént rác i ó j át ·

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy magában foglal még egy harmadik érzékelő eszközt a sugárzó energia erősségének a kimutatására az első hullámhosszsávban, és amelyben a feldolgozó eszköz tartalmaz egy eszközt az első és második érzékelő eszköz sugárzó energiájának a korrigálására azért, hogy érthetővé tegye a változásokat a harmadik érzékelő eszköz által kimutatott sugárzó energia erősségében.

«

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a besugárzó eszköz magában foglal olyan lézerforrást, amely lézerenergiát gerjeszt egy 544 nm központú hullámhosszkötegben, és amelyben az első érzékelő eszköz tartalmaz eszközt a sugárzó energia kimutatására egy 577 nm központú hullámhosszkötegben.

4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az első érzékelő eszköz magában foglal egy első szürőeszközt, hogy ne blokkoljon sugárzó energiát az első hullámhosszú sávban; és egy első optikailag kapcsolt fotodetektőrt annak a sugárzó energiának a felfogására, amely átmegy az első szűrőeszközön, és az első főtodetektor gerjeszt egy olyan első kimenő jelet, amely jellemző a fotodetektor által felfogott sugárzás erősségére.

5. A 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a második érzékelő eszköz magában foglal egy második szürőeszközt azért, hogy ne blokkoljon sugárzó energiát a második hullámhosszúságú sávban, és egy második optikailag kapcsolt detektort annak a sugárzó energiának a felfogására, amely átmegy a második szűrőeszközön, és a második fotodetektor gerjeszt egy második kimenő jelet, amely jellemző a fotodetektor által felfogott sugárzás erősségére.

6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, • < · * · · * 9 • ·· « · · « ···«·· · ·· magában foglal egy eszközt a mint aoldat bán lévő elem első koncentrációjának a mérésére az első kimenő jel függvényeként;

egy eszközt a mintaoldatban lévő elem második koncentrációjának a mérésére a második kimenő jel függvényeként; és egy eszközt az első vagy második koncentráció mérésére a mintaoldatban lévő elem koncentrációjának a legjobb meghatározásaként.

7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az első koncentráció mérésére szolgáló mérőeszköz egy a

C. = -J-x m r------s-----7 <1 K - /S - S_o egyenlet alapján számító eszközt foglal magában, ahol a .kmoentráeió alsó számítása, S az első kimenő jel, míg K, yl és S_Q állandók.

8. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a második koncentráció mérésére szolgáló mérőeszköz egy a

C₂ » (fl/^1) x In fT₀/T) egyenlet alapján számító eszközt foglal magában, ahol az értékelt második koncentráció nagysága, T a második kimenő jel, míg Τθ és /1 állandók.

9. Berendezés valamely mintaoldat optikai elemzésére, azzal jellemezve, hogy magában foglal « ·« ♦ · ··

- 53 valamely eszközt a mintaoldat egy első hullámhosszúsugárzó energiájával való besugárzására;

valamely eszközt az első hullámhosszú sugárzó energia menynyiségének a mérésére, amely átmegy a mintaoldaton; és valamely eszközt a sugárzó energia mennyiségének a mérésére, amely fluoreszkál a második mintaoldatból egy második hullámhossznál az első hullámhosz sugárzó energiájának az eredményeként; mimellett a mintaoldat által átadott sugárzó energia mennyisége és a mintaoldatból fluoreszkált sugárzó energia mennyisége lehetővé teszi a mintában lévő elem koncentrációjának a mérését.

10. A 9. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy magában foglal valamely eszközt a mitaoldat által átadott és a mintaoldatból fluoreszkált sugárzó energia mért mennyiségének a korrigálására annak a sugárzó energiának az erősségében beálló változások függvényeként, amelyet a minta oldat sugároz.

11. A 9. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy magában foglal valamely feldolgozó eszközt az átadott sugárzó energia és a fluoreszkált sugárzó energia automatikus elemzésére és meghatározására, amely két mérés bármelyike a mintában lévő keresett elem koncentrációjának a legpontosabb megjelenítését képviseli.

12. Módszer valamely mintaoldatban lévő elem koncentrá- dójának a mérésére, azzal jellemezve, hogy /a/ a minta oldatot besugározzuk egy első hullámhosszsávú beeső sugárzó energiával;

/b/ kimutatunk egy második hullámhosszsávú fluoreszkált sugárzó energiát, amelyet a mintaoldat fluoreszkált a besugárzás eredményeként, mimellett a második hullámhossz nem foglal magában a hullámhossz első sávjában lévő semmilyen hullámhosszat;

/c/ kimutatunk egy első hullámhosszsávú átadott sugárzó energiát, amelyet a mintaoldat adott át a besugárzás eredményeként ;

/d/ elvégezzük a mintaoldatban lévő keresett elem koncentrációjának az első mérését a kimutatott fluoreszkált sugárzó energia alapján, és elvégezzük a mintaoldatban lévő keresett elem koncentrációjának második mérését a kimutatott átadott sugárzás alapján; és /e/ kiválasztjuk az első és második mérés közül a mintaoldatban lévő keresett elem koncentrációjának a legjobb mérését.

13. A 12. igénypont szerinti módszer, amelynek /e/ lépésében kiválasztjuk az első vagy második mérést, mint a keresett elem koncentrációjának legjobb becslését, azzal jellemezve, hogy összehasonlítjuk az első és második mérést a referenciaértékkel;

az első mérést választjuk a legjobb méréskét, ha az első és második mérés kisebb, mint a refereciaérték;

a második mérést választjuk legjobb mérésként, ha az első vagy második mérés nagyobb, nagyobb, mint a referenciaérték.

• · «··♦ ·* ·« • · · · · « · ν • ·· · · · · ··«·*» ···· ·· · ·»

14. A 15. igénypont szerinti módszer, azzal jellemezve, hogy korrigáljuk a kimutatott fluoreszkált energiát és a kimutatott átadott energiát azért, hogy érthetővé tegyük a beeső sugárzó energia erősségében lévő változásokat.