4 Аэрозоль и пламя

Получение и ввод аэрозоля жидкой пробы
Аэрозоль – мелкие капли жидкости,
взвешенные в потоке газа.
Основной способ получения первичного аэрозоля
раствора – пневматический - за счет взаимодействия
струи газа с жидкостью. Для получения аэрозоля
используют пневматические распылители
 Угловой (поперечно-потоковый)
 Концентрический
 Бабингтона
 Параллельно-потоковый и др.
Доставка раствора к месту распыления осуществляется
либо самотеком, либо специальными насосами
Принцип действия перистальтического
насоса
• Перистальтический насос равномерно подает раствор в зону
распыления, чем обеспечивается независимость расхода пробы от
физических свойств раствора
Пластиковая
трубка
Статор
Ролики
ротора
от сосуда
с пробой
к
распылителю
В то же время удлиняется путь прохождения раствора от сосуда до
зоны распыления, возрастает опасность «заражения» трубок
компонентами предшествующей пробы, увеличивается
продолжительность промывки системы
Поперечно-потоковый (угловой) распылитель
•
•
Стандартный
распылитель
Используется со всеми
видами образцов:
–
–
–
Масла/ Органика
Все кислоты (HNO3,
HCl…) разбавлен. и
конц.
Содержание
растворенных солей до
10 % (тв.частицы <100
мкм)
• Расход раствора
1.5 см3/ мин.
• ОСО до 1%
• Легко очищается,
эксплуатируется и
надежен в работе
Концентрический распылитель
Концентрический распылитель
Капилляр
Корпус
Жидкость
(ввод пробы)
Ввод газа
(сбоку)
~ 25 mm
~ 40 mm
Форсунка
Концентрический распылитель (Майнхарда)
•
Предназначен для чистых
растворов (Содержание
солей до <1%)
• Наилучшая точность и
ПрО
– ОСО - 0.5%
– ПрО на 40 % ниже по
сравнению с угловым
• Может распылять сам без
насоса
• Расход раствора
2 см3 /мин.
• Легко засоряется
• Весьма хрупкий
• Прочистить можно
теплым раствором 20%
HNO3: Не кипятить!
Образец
Газ
Концентрический распылитель PolyCon
для работы с HF
Микропотоковые PFA Распылители

Химически инертны —идеальны при
работе с конц. кислотами, щелочами или
органическими растворителями

Точный анализ летучей и нелетучей
органики

Устойчив к засорению — способен сам
распылять раствор или с помощью насоса.

Низкий фон для важных элементов, таких
как Fe и Ca.

Производит мелкий аэрозоль, который
эффективно переносится и обеспечивает
высокую чувствительность.

Малый расход раствора - 0.1 – 0.4 см3/мин
Распылитель Modified Lichte
параллельно-потоковый
Параллельно-потоковый распылитель
• Содержание
растворенных солей до
25 % (размер частичек
до 1 мм)
• Не склонен к засорению
• Отмывка очень хорошая
• ОСО 1-1,5 %
• ПрО хуже примерно на
20% от получаемой с
концентрическим
• Очень надежный
• Скорость потока 2
см3/мин
Распределение частиц по размерами
N
d  f (U , w, V ,  , ,  )
уменьшается сd
ростом U,V
и при уменьшении w,
σ, η, ρ
Изменение физических свойств
раствора изменяет количество
аэрозоля, поступающего в ИВС
d
d
U- линейная скорость газа
V- расход газа
w- расход жидкости
σ- поверхностное натяжение
η- вязкость
ρ- плотность жидкости
Ультразвуковой распылитель генерирует более
тонкий аэрозоль, дисперсность которого меньше
зависит от физических свойств раствора
•
•
•
•
•
Использует частоту в 1.4 МГц для
получения капель менее 5 мкм
Особенно высокая эффективность
переноса аэрозоля
– В 10 раз лучше , по сравнению
со стандартной системой
ПрО улучшаются в 6 - 20 раз
Высокая стоимость распылителя
Концентрация солей в растворах
не должна превышать < 1 %
аэрозоль
Камеры распыления
Отделяют мелкие капли аэрозоля от
крупных:
мелкие капли проходят через систему,
а крупные капли выводятся в дренаж
Прямоточная
Двухходовая Скотта
Циклонная
Двухходовая циклонная
Прямоточная камера распыления
• Импактор служит для
дробления капель
первичного аэрозоля
• Вблизи задней стенки
камеры крупные капли
в силу большой
инерции выходят из
потока, прилипают к
стенке и выводятся в
слив.
Размер отделяемых частиц уменьшается с ростом
• Мелкие капли с
скорости линейной скорости газового потока, которая
потоком газа поступают
определяется объемным расходом распыляющего газа
в ИВС
и диаметром камеры распыления
Двухходовая камера Скотта
•
•
•
•
•
Эффективность 2 - 4%
Надежная и коррозионно устойчивая
Выделяет капли менее 10 мкм
Очищается теплой ( не кипятить!) 10-20% HNO3
Может использоваться при работе с органическими растворителями
Циклонные распылительные камеры
•
Очень эффективны
– На 20-40% более
эффективны по
сравнению с
камерами Скотта
•
Камера Tracey
Охлаждаемая камера Tracey
Отмываются
исключительно
быстро
• ПрО улучшаются в 2
раза по сравнению с
камерами Скотта
• Очищаются
горячими
минеральными
кислотами
• Точность
определений хуже,
чем при
использовании
камеры Скотта
( примерно на 1%)
Камера Twister
(двухходовая)
Камера Cinnabar стойкая к HF
Повышение эффективности:
нагрев аэрозоля и конденсация водяного пара «сухой аэрозоль»
Эффективность достигает 100%, серьезно возрастают
проблемы с загрязнением и промывкой системы
Источники возбуждения спектра
ИВС
• ИВС -устройства, служащие для преобразования вещества в
пробы в состояние плазмы и генерирования атомноэмиссионного спектра атомов и ионов
Требования к источникам возбуждения - оптимальность
решения поставленной аналитической задачи:
 температура и состав плазмы оптимальны для возбуждения
атомов или ионов аналитов
 в источнике генерируется слабый фон
Этим обеспечиваются низкие ПО
 способ конверсии оптимален для данного вида аналитических
проб
 высокая стабильность всех процессов в ИВС
Этим обеспечивается высокая точность определений
Пламена
•
Пламя – поток горючей газовой смеси при атмосферном давлении,
истекающий из горелки и нагревающийся за счет реакции горения.
В практике анализа используют ламинарные пламена с предварительным
смешением газов
• Состав горючей смеси – углеводороды (пропан, ацетилен), окислитель
(кислород, )
•
продуктов горения – Н2O, CO2, N2, избыток реактанта
Зоны
догорания
Н
остывания
наблюдения
горения
Т
нагрева
Горелка Бунзена
Виды пламен и их характеристики
Топливо
Окислитель
О2 воздуха
Температура,
К
2200
Скорость
горения, м/с
82
Пропан С3Н8
Ацетилен С2Н2
О2 воздуха
2500
158
Ацетилен
О2
3160
1140
Ацетилен
оксид азота (I)
N2O
закись азота
2990
160
Водород Н2
О2 воздуха
2318
310
Водород
О2
2933
1400
Зависимость температуры пламени от
состава газовой смеси
T
Tm
восстановительное
окислительное
СО
α ≈ 1 в ПФ
α = 0,2 -1 АА
1
стехиометричное
α=(t.Vо) /(o.Vт)
2С2Н2+5О2→2Н2О+4СО2
Горелки
Меккера – основной вид
горелок для пламенной
фотометрии
стабильное, равномерное по
сечению пламя
Щелевые горелки для
метода АА
Однощелевая
Трехщелевая
Применение пламен в эмиссионном анализе
• В практике применяют стехиометрические пламена, имеющие
наиболее высокую температуру, а, значит, наилучшие условия для
возбуждения атомов.
• Температура пламен низка, что позволяет эффективно возбуждать
только легко возбудимые элементы, образующие в плазме легко
дисоциирующие молекулы. К таким относятся все щелочные
металлы (Li, Na, K, Rb, Cs), а также Са, Sr, Ba.
• ПО составляют 1-10 мкг/дм3 для ЩМ и 10-100 мкг/дм3 для ЩЗМ
• В пламенах не достигается полной диссоциации молекул даже этих
металлов, поэтому при изменениях состава растворов возможны
значительные изменения интенсивности линий аналита, особенно
сильны эти влияния для щелочно-земельных металлов.
• В племенах ацетилен – воздух атомы щелочных металлов в
значительной степени ионизованы, для увеличения аналитических
сигналов Na, K используют введение в растворы Cs (CsCl), что
увеличивает концентрацию электронов в пламени.
• Необходимо помнить о влиянии физических свойств растворов на
процессы образования и ввода аэрозоля.
• В пламени N2O-ацетилен возможно определение еще ряда элементов,
(РЗЭ, Al, In,.., Fe, Ni, Co, Mn…, Cu и др.), но ПО составляют 1-100
мкг/дм3 ), поэтому их определения лучше выполнять методом ААА.
JCa
Подавление
ионизационного
влияния при
определении К
введением Cs
Влияние фосфата Подавление
влияния
(алюминия) при
стронцием
определении Ca
или
лантаном
JK
с добавкой Cs
чистые
растворы
К
CPO4
CSr
CК
Правильность анализа обеспечивается
• соответствием ОС анализируемым пробам
• применением метода добавок
• регулированием общего состава растворов
• Источник прост, экономичен, стабилен (ОСО ~ 1%)
• Все АА- спектрометры имеют режим ПФ измерений