RU2368895C1 - Method of emission analysis for determining elementary composition using discharge in liquid - Google Patents
Method of emission analysis for determining elementary composition using discharge in liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368895C1 RU2368895C1 RU2008120713/28A RU2008120713A RU2368895C1 RU 2368895 C1 RU2368895 C1 RU 2368895C1 RU 2008120713/28 A RU2008120713/28 A RU 2008120713/28A RU 2008120713 A RU2008120713 A RU 2008120713A RU 2368895 C1 RU2368895 C1 RU 2368895C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- liquid
- current
- emission
- polarization
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 19
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 13
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 abstract 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000863032 Trieres Species 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000001675 atomic spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
- G01N21/69—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence specially adapted for fluids, e.g. molten metal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
- G01N21/67—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using electric arcs or discharges
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технической физики, в частности спектральным методам определения элементного состава вещества с использованием для его атомизации и возбуждения электрического разряда в жидкости.The invention relates to the field of technical physics, in particular spectral methods for determining the elemental composition of a substance using for its atomization and excitation of an electric discharge in a liquid.
Известно использование электрических разрядов на свободной поверхности жидкости в качестве источников ее атомизации и возбуждения свечения в оптических сенсорах для многоэлементного анализа в потоке. Например, известен капельно-искровой разряд (КИР), возникающий при сближении менисков электролита и анализируемой жидкости, напряжение между которыми превышает 600 вольт [Ягов В.В., Коротков А.С., Зуев Б.К. Доклады РАН, 1998, т.359, №2, с.208]. Напряжение подается от источника постоянного тока, заряжающего разрядный конденсатор емкостью порядка 2 мкФ. Несмотря на высокое напряжение, необходимое для зажигания КИР, благодаря импульсному режиму работы потребляемая мощность устройства не превышает 0,1 Вт. КИР одновременно обеспечивает распыление жидкости и служит источником атомных спектров анализируемой жидкости, которые регистрируются оптическим спектрометром. Аналитическим сигналом служит интегральная интенсивность излучения атомных линий металлов, перешедших путем распыления из католита в положительный столб тлеющего разряда.It is known to use electric discharges on the free surface of a liquid as sources of its atomization and excitation of luminescence in optical sensors for multi-element analysis in a stream. For example, a droplet-spark discharge (CIR) is known that occurs when the menisci of the electrolyte and the analyzed liquid come together, the voltage between which exceeds 600 volts [Yagov VV, Korotkov AS, Zuev B.K. Reports of the Russian Academy of Sciences, 1998, vol. 359, No. 2, p. 208]. The voltage is supplied from a direct current source charging a discharge capacitor with a capacity of the order of 2 μF. Despite the high voltage required to ignite the KIR, due to the pulse mode of operation, the power consumption of the device does not exceed 0.1 watts. KIR simultaneously provides atomization of the liquid and serves as a source of atomic spectra of the analyzed liquid, which are recorded by an optical spectrometer. An analytical signal is the integrated radiation intensity of atomic lines of metals that have passed by sputtering from catholyte to the positive column of a glow discharge.
Устройство на основе КИР применимо, в частности, для определения в потоке основных катионных компонентов (Na, К, Са, Мg) природных и технологических вод [Ягов В.В., Гецина М.Л., Зуев Б.К., Коротков А.С. Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции «Экоаналитика 2000», Краснодар, 2000, с.79-80].A device based on KIR is applicable, in particular, for determining the flow of the main cationic components (Na, K, Ca, Mg) of natural and technological waters [Yagov V.V., Getsina M.L., Zuev B.K., Korotkov A .FROM. Abstracts of the 4th All-Russian Conference "Eco-Analytics 2000", Krasnodar, 2000, p. 79-80].
Достоинствами описанного способа являются отсутствие эффекта памяти, низкая потребляемая мощность (благодаря использованию импульсного разряда), отсутствие сложных элементов в конструкции для его осуществления.The advantages of the described method are the absence of a memory effect, low power consumption (due to the use of a pulsed discharge), and the absence of complex elements in the structure for its implementation.
К недостаткам описанного способа следует отнести:The disadvantages of the described method include:
- сложность подачи жидкости в зону КИР;- the complexity of the fluid supply to the KIR zone;
- нестабильность разряда;- discharge instability;
- уход продуктов анализа в атмосферу.- care products analysis in the atmosphere.
Известен способ получения локального электрического разряда (ЛЭР) в жидкости, заключающийся в пропускании электрического тока через указанную жидкость посредством электродов, разделенных перегородкой из диэлектрического материала с диафрагмой [патент РФ на изобретение №2243546, G01N 27/62, 27.12.2004].A known method of obtaining a local electric discharge (LER) in a liquid, which consists in passing an electric current through the specified liquid through electrodes separated by a baffle made of a dielectric material with a diaphragm [RF patent for the invention No. 2243546, G01N 27/62, 12/27/2004].
В этом способе концентрацию электрической мощности, рассеиваемой в единице объема жидкости, достаточную для получения и поддержания устойчивого разряда, обеспечивают уменьшением объема участвующей в разряде жидкости (диаметр диафрагмы 0.1 мм) и повышением напряжения разряда (до 15 кВ) за счет создания в зоне локального разряда жидкостного токопровода малой площади поперечного сечения и протяженности. При этом реализуется непрерывный режим горения разряда.In this method, the concentration of electric power dissipated in a unit volume of the liquid, sufficient to obtain and maintain a stable discharge, is provided by reducing the volume of the liquid participating in the discharge (diaphragm diameter 0.1 mm) and increasing the discharge voltage (up to 15 kV) by creating a local discharge in the zone liquid conductors of small cross-sectional area and length. In this case, a continuous mode of discharge burning is realized.
Недостатком этого способа при использовании его в качестве источника эмиссионных спектров является малая интенсивность регистрируемых спектрометром линий щелочноземельных металлов и, следовательно, малая чувствительность при их определении.The disadvantage of this method when using it as a source of emission spectra is the low intensity of the alkaline earth metal lines recorded by the spectrometer and, therefore, the low sensitivity in their determination.
Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению является способ эмиссионного анализа, источником эмиссионных спектров в котором служит разряд, обеспечивающий вскипание в канале (РВК) [Зуев Б.К., Ягов В.В., Гецина М.Л. Руденко Б.А. ЖАХ, 2002, т.57, №10, с.1072-1077]. Для инициализации РВК используют двухэлектродную ячейку, заполненную раствором электролита, с пространствами, разделенными диэлектрической мембраной с отверстием (каналом) диаметром порядка 1 мм. При замыкании высоковольтной электрической цепи (1.2-2.8 кВ в зависимости от состава раствора и размеров канала) вследствие омического нагревания в канале, где плотность тока гораздо выше, чем в остальной части ячейки, происходит вскипание жидкости, образуется паровая пробка и между ее стенками возникает газовый разряд, который сопровождается эмиссией света. Интенсивность излучения металлов в РВК служит аналитическим сигналом, который регистрируется спектрометром.The closest analogue of the present invention is the method of emission analysis, the source of emission spectra in which is a discharge that provides boiling in the channel (RVK) [Zuev B.K., Yagov V.V., Getsina M.L. Rudenko B.A. JAH, 2002, vol. 57, No. 10, pp. 1072-1077]. To initialize the RVC, a two-electrode cell filled with an electrolyte solution is used, with spaces separated by a dielectric membrane with an opening (channel) with a diameter of about 1 mm. When a high-voltage electric circuit is closed (1.2-2.8 kV, depending on the composition of the solution and channel dimensions) due to ohmic heating in the channel, where the current density is much higher than in the rest of the cell, liquid boils, a vapor plug forms and a gas tube forms between its walls discharge, which is accompanied by the emission of light. The radiation intensity of metals in the RVC serves as an analytical signal, which is recorded by a spectrometer.
Недостатком указанного способа также является то, что интенсивность эмиссионных спектров для большинства элементов, в том числе для щелочноземельных металлов, мала, значительно ниже, чем для щелочных металлов (предел обнаружения по данным авторов - для натрия - 0.05 мг/дм3, кальция - 1.5 мг/дм3, магния - 5 мг/дм3).The disadvantage of this method is also that the intensity of emission spectra for most elements, including alkaline earth metals, is low, significantly lower than for alkali metals (the detection limit according to the authors - for sodium - 0.05 mg / dm 3 , calcium - 1.5 mg / dm 3 , magnesium - 5 mg / dm 3 ).
Одной из основных характеристик, обеспечивающих возможность применения эмиссионного анализа для решения конкретных аналитических задач, является чувствительность (предел обнаружения), определяемая интенсивностью эмиссионных линий анализируемого вещества.One of the main characteristics that make it possible to use emission analysis to solve specific analytical problems is sensitivity (detection limit), determined by the intensity of the emission lines of the analyte.
Техническим результатом предлагаемого способа эмиссионного анализа является повышение интенсивности спектральных линий широкого ряда элементов и, соответственно, повышение чувствительности анализа.The technical result of the proposed method of emission analysis is to increase the intensity of the spectral lines of a wide range of elements and, accordingly, increase the sensitivity of the analysis.
Технический результат обеспечивает предлагаемый способ эмиссионного анализа для определения элементного состава с использованием разряда в жидкости, включающий инициализацию электрического разряда в области диафрагменного отверстия, выполненного в элементе конструкции электролитической ячейки, и регистрацию возникающих при этом эмиссионных спектров, в котором разряд инициируют в присутствии токопроводящего элемента, размещенного в электролите в области разряда вблизи диафрагменного отверстия, обеспечивают квазинепрерывный режим поддержания разряда, перед инициализацией разряда проводят поляризацию токопроводящего элемента током меньшей величины, одноименной с разрядом полярности и регистрируют эмиссионный спектр в начальный момент установления квазинепрерывного режима разряда.The technical result provides the proposed method of emission analysis for determining the elemental composition using a discharge in a liquid, including the initialization of an electric discharge in the region of a diaphragm hole made in the structural member of the electrolytic cell, and the registration of the emission spectra that arise in this case, in which the discharge is initiated in the presence of a conductive element, placed in the electrolyte in the discharge region near the diaphragm opening, provide quasi-continuous mode it maintains the discharge, before initializing the discharge, conductive element is polarized with a current of a smaller magnitude of the same name as the polarity discharge and the emission spectrum is recorded at the initial moment of the establishment of the quasi-continuous discharge mode.
В отличие от известного, в предлагаемом способе электрический разряд инициируют в присутствии токопроводящего элемента, размещенного в электролите в области разряда вблизи диафрагменного отверстия, обеспечивают квазинепрерывный режим поддержания разряда, перед инициализацией разряда проводят поляризацию токопроводящего элемента током меньшей величины, одноименной с разрядом полярности и регистрируют эмиссионный спектр в начальный момент установления квазинепрерывного режима разряда.In contrast to the known method, in the proposed method, an electric discharge is initiated in the presence of a conductive element located in the electrolyte in the discharge region near the diaphragm opening, a quasi-continuous mode of maintaining the discharge is provided, before the discharge is initiated, a conductive element is polarized with a current of the same magnitude of the same name as the polarity discharge and emission emission is recorded spectrum at the initial moment of the establishment of a quasicontinuous discharge regime.
Величину тока поляризации элемента из токопроводящего материала могут выбирать из условия обеспечения эффективного массопереноса ионов определяемых элементов между жидкостью и элементом из токопроводящего материала.The magnitude of the polarization current of an element of a conductive material can be selected from the condition of ensuring effective mass transfer of ions of the elements being determined between the liquid and the element of the conductive material.
Длительность поляризации элемента из токопроводящего материала могут выбирать в зависимости от концентрации определяемых элементов в анализируемой жидкости.The duration of the polarization of an element of conductive material can be selected depending on the concentration of the determined elements in the analyzed fluid.
При анализе электролитов с малыми концентрациями анализируемых элементов могут предварительно проводить поляризацию элемента из токопроводящего материала током противоположного знака.When analyzing electrolytes with low concentrations of the analyzed elements, they can preliminarily conduct polarization of the element from the conductive material with a current of the opposite sign.
Совокупность отличительных признаков и их взаимосвязь с ограничительными признаками в предлагаемом изобретении обеспечивает повышение интенсивности регистрируемых спектральных линий широкого ряда элементов, что позволяет определять присутствие в анализируемом электролите элементов с достаточно малыми концентрациями.The combination of distinctive features and their relationship with the restrictive features in the present invention provides an increase in the intensity of the recorded spectral lines of a wide range of elements, which makes it possible to determine the presence of elements with sufficiently low concentrations in the analyzed electrolyte.
На фиг.1 (а и б) схематически представлены два варианта устройства для осуществления предлагаемого способа.Figure 1 (a and b) schematically shows two variants of the device for implementing the proposed method.
На фиг.2 представлены спектры водного раствора, содержащего по 0.1 мг/дм3 ионов свинца, меди, никеля и кадмия, полученные:Figure 2 presents the spectra of an aqueous solution containing 0.1 mg / DM 3 ions of lead, copper, Nickel and cadmium, obtained:
а - известным способом с использованием локального электрического разряда в качестве источника;a - in a known manner using a local electric discharge as a source;
б - предлагаемым способом.b - the proposed method.
На фиг.3 представлены спектры водопроводной воды, полученные:Figure 3 presents the spectra of tap water obtained:
а - известным способом с использованием локального электрического разряда в качестве источника;a - in a known manner using a local electric discharge as a source;
б - предлагаемым способом.b - the proposed method.
Согласно предлагаемому способу эмиссионный анализ элементного состава электролитической жидкости осуществляется следующим образом. Заполняют анализируемой жидкостью объем электролитической ячейки, в одном из элементов конструкции которой выполнено диафрагменное отверстие малой площади поперечного сечения и протяженности, в непосредственной близости от которого размещен элемент из токопроводящего материала. Поляризуют этот элемент путем создания тока поляризации между ним и установленным с противоположной стороны диафрагменного отверстия электродом ячейки, при этом величина и полярность тока поляризации недостаточна для инициализации разряда в диафрагменном отверстии. Выбор конкретной величины тока поляризации определяется условиями эффективного массопереноса ионов определяемых элементов из анализируемой жидкости на поверхность поляризуемого элемента. Длительность поляризации элемента из токопроводящего материала выбирают в зависимости от концентрации определяемых элементов в анализируемой жидкости. По окончании поляризации в диафрагменном отверстии ячейки инициируют электрический разряд (ЛЭР), обеспечивая необходимую концентрацию мощности за счет уменьшения участвующей в разряде жидкости и повышения напряжения на электродах ячейки (увеличения тока). Обеспечивают квазинепрерывный режим поддержания («горения») разряда путем подбора частоты следования импульсов напряжения. Регистрируют возбуждаемый разрядом эмиссионный спектр содержащихся в анализируемой жидкости элементов в начальный момент установления квазинепрерывного режима разряда.According to the proposed method, the emission analysis of the elemental composition of the electrolytic liquid is carried out as follows. The analyzed fluid is filled with the volume of the electrolytic cell, in one of the structural elements of which a diaphragm hole is made of a small cross-sectional area and length, in the immediate vicinity of which an element of conductive material is placed. This element is polarized by creating a polarization current between it and the cell electrode mounted on the opposite side of the diaphragm hole, while the magnitude and polarity of the polarization current is insufficient to initiate a discharge in the diaphragm hole. The choice of a specific value of the polarization current is determined by the conditions of effective mass transfer of ions of the determined elements from the analyzed liquid to the surface of the polarized element. The duration of the polarization of the element from the conductive material is selected depending on the concentration of the determined elements in the analyzed fluid. At the end of polarization, an electric discharge (LER) is initiated in the diaphragm opening of the cell, providing the necessary concentration of power by reducing the liquid participating in the discharge and increasing the voltage at the cell electrodes (increasing current). They provide a quasi-continuous mode of maintaining (“burning”) the discharge by selecting the frequency of the voltage pulses. The emission spectrum of the elements contained in the analyzed liquid is recorded at the initial moment of the establishment of the quasi-continuous discharge mode.
Механизм повышения интенсивности эмиссионных линий, находящихся в анализируемой жидкости веществ, по-видимому, связан с их выделением и концентрированием на поверхности токопроводящего элемента при проведении его поляризации. При этом диффузионное ограничение скорости массопереноса определяемых ионов частично снимается за счет интенсивного движения жидкости в области разряда. Инициализация ЛЭР вызывает возбуждение веществ, находящихся в зоне разряда, как в свободном состоянии, так и на поверхности токопроводящего элемента. В проведенных экспериментах величина тока поляризации составляла 0.1-0.3 от тока ЛЭР, а длительность поляризации - 30-300 с. При анализе электролитов с малыми концентрациями анализируемых элементов для повышения точности анализа перед проведением поляризации токопроводящего элемента (стадия «накопления») может быть проведена его дополнительная поляризация током той же величины или меньше, но противоположной полярности. При этом также осуществляют поляризацию элемента, но использование в этой операции тока, полярность которого противоположна полярности тока в стадии «накопления» и при ЛЭР, приводит, по-видимому, к удалению остаточных количеств анализируемых веществ и примесей, возможно осевших на поверхности токопроводящего элемента, и, таким образом, к очистке его поверхности (стадия «регенерации»).The mechanism of increasing the intensity of the emission lines located in the analyzed liquid substances, apparently, is associated with their selection and concentration on the surface of the conductive element during its polarization. In this case, the diffusion limitation of the mass transfer rate of the determined ions is partially removed due to the intense movement of the liquid in the discharge region. Initialization of the LER causes the excitation of substances in the discharge zone, both in the free state and on the surface of the conductive element. In our experiments, the polarization current was 0.1–0.3 of the LER current, and the polarization duration was 30–300 s. When analyzing electrolytes with low concentrations of the analyzed elements, to increase the accuracy of the analysis before conducting polarization of the conductive element (the stage of "accumulation"), it can be additionally polarized by a current of the same magnitude or less, but of opposite polarity. In this case, the element is also polarized, but the use of a current in this operation, the polarity of which is opposite to the current polarity in the “accumulation” stage and during LER, apparently leads to the removal of residual amounts of analytes and impurities that may have settled on the surface of the conductive element, and, thus, to cleaning its surface (stage of "regeneration").
Устройство (фиг.1а, б), с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, электроды 2а и 2б, подключенные к источнику 3 (БП) высокого напряжения, анализируемую электропроводящую жидкость 4, заполняющую корпус 1 и диафрагменное отверстие 5. Отверстие 5 может быть выполнено либо в разделяющей корпус 1 диэлектрической перегородке 6 (фиг.1а), либо в диэлектрической стенке корпуса 1 (фиг.1б). Токопроводящий элемент 7 размещен в жидкости 3 вблизи диафрагменного отверстия 5 в области 8 локального электрического разряда (ЛЭР). Спектрометр 9 установлен вне корпуса 1 таким образом, что его входное окно (на фиг.1 не обозначено) обращено к промежутку между диафрагменным отверстием 5 и токопроводящим элементом 7 области 8 ЛЭР. Как в одном, так и в другом вариантах устройства (фиг.1а, б) токопроводящий элемент 7 выполнен из коррозионно- и температурно-устойчивого материала, например углеродного. В обоих вариантах устройства (фиг.1а, б) элемент 7 из токопроводящего материала может быть электрически изолирован от электродов 2а и 2б или служить одним из них.The device (figa, b), with which the proposed method is implemented, comprises a
Устройство (фиг.1а, б) работает следующим образом. Высокое напряжение источника 3, приложенное к расположенным в корпусе 1 электродам 2а, 2б, создает электрический ток в электропроводящей жидкости 4. Под воздействием этого тока происходит поляризация элемента 7, в процессе которой на его поверхность из жидкости 4, по-видимому, разряжаются ионы анализируемых элементов. По завершении процесса поляризации на электроды 2а, 2б от источника 3 подают более высокое напряжение, которое вызывает в электропроводящей жидкости 4 электрический разряд. Этот разряд, будучи локализован в малом объеме жидкости 4, расположенной в диафрагменном отверстии 5, создает высокую концентрацию рассеиваемой мощности и выходит за его пределы, образуя область 8 ЛЭР, в которой размещен токопроводящий элемент 7. Сконцентрированной мощности достаточно для возбуждения в области 8 ЛЭР светового излучения ионизированных или атомизированных элементов веществ, как осажденных на поверхности токопроводящего элемента 7, так и находящихся в жидкости 4. Излучение из области 8 ЛЭР между элементом 7 и отверстием 5 регистрируют спектрометром 9.The device (figa, b) works as follows. The high voltage of the
Несмотря на высокую температуру в области 8, за счет интенсивного отвода тепла жидкостью 4 обеспечивается долговременная и стабильная работа диафрагменного отверстия 5 и токопроводящего элемента 7.Despite the high temperature in
Площадь отверстия 5 определяют исходя из величины напряжения на электродах 2а и 2б, теплопроводности и электропроводности жидкости 4 и толщины диэлектрической перегородки 6 (фиг.1а) или диэлектрической стенки корпуса 1 (фиг.1б), в которых выполнено отверстие 5.The area of the
При реализации предлагаемого способа эмиссионного анализа стенка корпуса 1 (фиг.1б) и перегородка 6 (фиг.1а) были выполнены из кварцевого стекла толщиной от 0,2 до 1,5 мм с отверстием 5 диаметром от 0,1 до 0,05 мм. При использовании в качестве источника тока регулируемого источника 3 напряжения 0-10 кВ, подключенного через балластное сопротивление 20 кОм и более (необходимого, как и в случае газового разряда, для его стабилизации), напряжение инициализации ЛЭР менялось в пределах от 3 до 10 кВ в зависимости от проводимости используемой жидкости 4 (например, раствора KCl концентрацией от 0,0001 М до 1 М). При этом падение напряжения на разрядном промежутке (жидкостном токопроводе) было от 0,5 кВ до 5 кВ. Поляризация элемента 7 проводилась током одноименной с ЛЭР полярности и величиной 0.1-0.3 от тока ЛЭР. Время поляризации элемента 7 в диапазоне 30-300 с выбиралось в зависимости от чувствительности анализа, которую необходимо обеспечить (чем меньше концентрация определяемых элементов в анализируемой жидкости 4). Регистрация спектров осуществлялась спектрометром на основе полихроматора с одномерной ПЗС матрицей, спектральное разрешение которого ~ 2 нм.When implementing the proposed method of emission analysis, the wall of the housing 1 (fig.1b) and the partition 6 (figa) were made of quartz glass with a thickness of 0.2 to 1.5 mm with a
Эффективность предлагаемого способа эмиссионного анализа наглядно иллюстрируется эмиссионными спектрами (фиг.2 и фиг.3), полученными с помощью вышеописанного устройства (фиг.1б) при анализе водного раствора, содержащего по 0.1 мг/дм3 ионов свинца, меди, никеля и кадмия, известным способом с использованием локального электрического разряда в качестве источника (фиг.2а) и предлагаемым способом (фиг.2б), а также спектрами водопроводной воды, полученными известным способом с использованием локального электрического разряда в качестве источника (фиг.3а) и предлагаемым способом (фиг.3б). Сравнение спектров, представленных как на фиг.2, так и на фиг.3, показывает, что использование предлагаемого способа дает более полное представление об элементном составе анализируемой жидкости, чем известный способ, в том числе о наличии таких экологически значимых тяжелых элементов как свинец, кадмий, медь и никель.The effectiveness of the proposed method of emission analysis is clearly illustrated by emission spectra (Fig.2 and Fig.3) obtained using the above device (Fig.1b) in the analysis of an aqueous solution containing 0.1 mg / DM 3 ions of lead, copper, Nickel and cadmium, in a known manner using a local electric discharge as a source (figa) and the proposed method (fig.2b), as well as the spectra of tap water obtained in a known manner using a local electric discharge as a source (figa) and the proposed method (figb). Comparison of the spectra presented in figure 2, and figure 3, shows that the use of the proposed method gives a more complete picture of the elemental composition of the analyzed liquid than the known method, including the presence of environmentally significant heavy elements such as lead, cadmium, copper and nickel.
Предлагаемый способ эмиссионного анализа может быть использован, в частности, в режиме сравнения спектров для идентификации различных веществ и контроля постоянства состава жидкостей также в различных технологических процессах.The proposed method of emission analysis can be used, in particular, in the mode of comparison of spectra to identify various substances and control the constancy of the composition of liquids also in various technological processes.
Таким образом, предлагаемый способ эмиссионного анализа для определения элементного состава с использованием разряда в жидкости повышает интенсивность спектральных линий широкого ряда элементов и, соответственно, повышает чувствительность их определения.Thus, the proposed method of emission analysis for determining the elemental composition using a discharge in a liquid increases the intensity of the spectral lines of a wide range of elements and, accordingly, increases the sensitivity of their determination.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008120713/28A RU2368895C1 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Method of emission analysis for determining elementary composition using discharge in liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008120713/28A RU2368895C1 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Method of emission analysis for determining elementary composition using discharge in liquid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2368895C1 true RU2368895C1 (en) | 2009-09-27 |
Family
ID=41169668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008120713/28A RU2368895C1 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Method of emission analysis for determining elementary composition using discharge in liquid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2368895C1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487342C1 (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" | Emission analysis of fluids composition |
| RU2518633C1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-06-10 | Борис Константинович Зуев | Method of determining composition of electrolytic liquids |
| CN103852502A (en) * | 2014-03-28 | 2014-06-11 | 厦门大学 | Electrolytic tank suitable for tip enhanced Raman spectroscopy (TERS) technique as well as detection method |
| CN104655609A (en) * | 2013-11-20 | 2015-05-27 | 北京普析通用仪器有限责任公司 | Excitation apparatus and emission spectrometer |
| CN105004709A (en) * | 2015-04-13 | 2015-10-28 | 中国地质大学（武汉） | Liquid discharge micro-plasma excitation source apparatus and plasma excitation method |
| EP3045895A1 (en) * | 2015-01-13 | 2016-07-20 | ARKRAY, Inc. | Plasma spectrochemical analysis method and plasma spectrochemical analyzer |
| KR20160087359A (en) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 아크레이 가부시키가이샤 | Plasma spectrochemical analysis method and plasma spectrochemical analyzer |
| EP3273228A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-24 | ARKRAY, Inc. | Plasma spectroscopic analysis method and plasma spectroscopic analyzer |
| RU181721U1 (en) * | 2018-05-03 | 2018-07-26 | Александр Нажмудинович Рамазанов | DEVICE FOR SPECTRAL ANALYSIS FOR DETERMINING THE ELEMENT COMPOSITION OF LIQUID MEDIA |
| US10094003B2 (en) | 2015-01-12 | 2018-10-09 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| US10422027B2 (en) | 2004-05-21 | 2019-09-24 | Ati Properties Llc | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU9958U1 (en) * | 1998-04-16 | 1999-05-16 | Зуев Борис Константинович | DEVICE FOR DETERMINING QUALITATIVE AND QUANTITATIVE COMPOSITION OF ELECTROLYTIC LIQUIDS |
| RU2179310C2 (en) * | 1998-04-16 | 2002-02-10 | Зуев Борис Константинович | Process determining qualitative and quantitative composition of electrolytic liquids |
| RU2243546C2 (en) * | 2001-08-23 | 2004-12-27 | Соколов Михаил Андреевич | Method and device for producing local electrical discharge in liquid (alternatives) |
| RU2252412C2 (en) * | 2003-01-29 | 2005-05-20 | Самойлов Валентин Николаевич | Method for emission spectral analysis if substance composition and device for realization of said method |
-
2008
- 2008-05-20 RU RU2008120713/28A patent/RU2368895C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU9958U1 (en) * | 1998-04-16 | 1999-05-16 | Зуев Борис Константинович | DEVICE FOR DETERMINING QUALITATIVE AND QUANTITATIVE COMPOSITION OF ELECTROLYTIC LIQUIDS |
| RU2179310C2 (en) * | 1998-04-16 | 2002-02-10 | Зуев Борис Константинович | Process determining qualitative and quantitative composition of electrolytic liquids |
| RU2243546C2 (en) * | 2001-08-23 | 2004-12-27 | Соколов Михаил Андреевич | Method and device for producing local electrical discharge in liquid (alternatives) |
| RU2252412C2 (en) * | 2003-01-29 | 2005-05-20 | Самойлов Валентин Николаевич | Method for emission spectral analysis if substance composition and device for realization of said method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЗУЕВ Б.К. и др. ЖАХ, 2002, т.57, №10, с.1072-1077. * |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10422027B2 (en) | 2004-05-21 | 2019-09-24 | Ati Properties Llc | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
| EP2693209A4 (en) * | 2012-01-12 | 2015-08-05 | Res And Production Entpr Bourevestnik | Method for the emission analysis of the elemental composition of liquid media |
| WO2013105879A2 (en) | 2012-01-12 | 2013-07-18 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" | Method for the emission analysis of the elemental composition of liquid media |
| WO2013105879A3 (en) * | 2012-01-12 | 2013-09-19 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" | Method for the emission analysis of the elemental composition of liquid media |
| CN103649743A (en) * | 2012-01-12 | 2014-03-19 | 布雷维斯特尼克研究与生产公司 | Method for the emission analysis of the elemental composition of liquid media |
| RU2487342C1 (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" | Emission analysis of fluids composition |
| AU2012364970B2 (en) * | 2012-01-12 | 2015-02-12 | Research And Production Enterprise "Bourevestnik" | Method for the emission analysis of the elemental composition of liquid media |
| CN103649743B (en) * | 2012-01-12 | 2016-06-08 | 布雷维斯特尼克研究与生产公司 | Radiometric methods for the elemental composition of liquid media |
| RU2518633C1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-06-10 | Борис Константинович Зуев | Method of determining composition of electrolytic liquids |
| CN104655609A (en) * | 2013-11-20 | 2015-05-27 | 北京普析通用仪器有限责任公司 | Excitation apparatus and emission spectrometer |
| CN103852502B (en) * | 2014-03-28 | 2015-12-09 | 厦门大学 | An electrolytic cell and detection method suitable for needle-tip-enhanced Raman spectroscopy |
| CN103852502A (en) * | 2014-03-28 | 2014-06-11 | 厦门大学 | Electrolytic tank suitable for tip enhanced Raman spectroscopy (TERS) technique as well as detection method |
| US10094003B2 (en) | 2015-01-12 | 2018-10-09 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| EP3045895A1 (en) * | 2015-01-13 | 2016-07-20 | ARKRAY, Inc. | Plasma spectrochemical analysis method and plasma spectrochemical analyzer |
| KR20160087359A (en) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 아크레이 가부시키가이샤 | Plasma spectrochemical analysis method and plasma spectrochemical analyzer |
| KR102420443B1 (en) * | 2015-01-13 | 2022-07-13 | 아크레이 가부시키가이샤 | Plasma spectrochemical analysis method and plasma spectrochemical analyzer |
| CN105004709A (en) * | 2015-04-13 | 2015-10-28 | 中国地质大学（武汉） | Liquid discharge micro-plasma excitation source apparatus and plasma excitation method |
| EP3273228A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-24 | ARKRAY, Inc. | Plasma spectroscopic analysis method and plasma spectroscopic analyzer |
| RU181721U1 (en) * | 2018-05-03 | 2018-07-26 | Александр Нажмудинович Рамазанов | DEVICE FOR SPECTRAL ANALYSIS FOR DETERMINING THE ELEMENT COMPOSITION OF LIQUID MEDIA |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2368895C1 (en) | Method of emission analysis for determining elementary composition using discharge in liquid | |
| JP6578338B2 (en) | System and method for rapid evaporation ionization of liquid phase samples | |
| Yu et al. | Evaluation of liquid cathode glow discharge-atomic emission spectrometry for determination of copper and lead in ores samples | |
| US6686998B2 (en) | Method and apparatus for glow discharges with liquid microelectrodes | |
| Zheng et al. | Online mercury determination by laser-induced breakdown spectroscopy with the assistance of solution cathode glow discharge | |
| RU2487342C1 (en) | Emission analysis of fluids composition | |
| Broekaert et al. | Recent trends in atomic spectrometry with microwave-induced plasmas | |
| RU2252412C2 (en) | Method for emission spectral analysis if substance composition and device for realization of said method | |
| RU2655629C2 (en) | Method for determining of the drop liquids elemental composition | |
| RU2243546C2 (en) | Method and device for producing local electrical discharge in liquid (alternatives) | |
| Zuev et al. | Discharge on boiling in a channel as a new atomization and excitation source for the flow determination of metals by atomic emission spectrometry | |
| Orejas et al. | Bidimensional characterization of the emission spectra in a direct current atmospheric pressure glow discharge | |
| Abdullah et al. | Electrochemical preconcentration of trace metals for simultaneous multielement determination by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry utilizing graphite-cup direct-insertion technique | |
| EP0705429B1 (en) | Process for atomising electrolytes and the chemical analysis thereof | |
| US3545863A (en) | Method for detection of mercury in a helium glow discharge | |
| Yagov et al. | Pulsed Atomization and Excitation Sources with Solution Electrodes for Optical Emission Spectroscopy | |
| RU2362157C1 (en) | Method of obtaining local electric discharge in liquid and device to this end (versions) | |
| RU2095790C1 (en) | Device for emission spectral analysis | |
| Yagov et al. | Drop-spark discharge: an atomization and excitation source for atomic emission sensors | |
| Lotito et al. | Characterization of argon metastable species as function of time, space, and current of a pulsed dc glow discharge | |
| von der Geest et al. | Real-time determination of metal concentrations in liquid flows using microplasma emission spectroscopy | |
| Sokolov et al. | Local electric discharge in liquid as a source of atomization and excitation for atomic emission spectroscopy | |
| SU697889A1 (en) | Method of spectral analysis of solutions | |
| RU2779718C1 (en) | Method for determining the elemental composition of dropping liquids | |
| RU2715079C1 (en) | Mobile device for determining impurities in water and aqueous solutions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190919 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210101 |