2.2 Измерение массовых концентраций компонентов сплавов на примере спектрометра атомно-абсорбционного Квант-Z. ЭТА-Т, входящего в состав ГЭТ 196-2015

Наивысшая степень точности в части контроля состава объектов наноиндустрии может быть получена за счёт использования измерительных комплексов, входящих в состав Государственного первичного эталона ГЭТ 196-2015. В основе соответствующих измерений лежат метод атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией и метод атомной эмиссии с тлеющим разрядом.

Атомно-абсорбционный анализ является самым распространённым селективным методом определения металлов, используемым в современной аналитической практике для выполнения массовых анализов.

Атомно-абсорбционная спектроскопия с электротермической атомизацией отличается наиболее высокой чувствительностью, позволяет определять более 50 элементов на уровне (10^-9-10^-12) г/дм³. Область использования метода широка: анализ особо чистых веществ, реактивов, металлов и сплавов, объектов окружающей среды ( вода воздух, осадки и др.), биологические и клинические объекты, продовольственное сырье, продукты питания, лекарственные препараты и т.д. [4].Метод атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией подразумевает процесс атомизации жидкой пробы в замкнутом пространстве графитовой кюветы при температурах порядка 1500-3000 ⁰С. Благодаря тому, что все атомы сохраняются в фиксированном объеме кюветы, метод обладает предельной чувствительностью, которая в настоящий момент достигает 10^-8 - 10 ^-9 г/дм³ в зависимости от элемента. С помощью указанного метода на ГЭТ 196-2015 ведутся исследования в области количественного анализа микропримесей и нановключений в алюминиевых и никелевых наноструктурированных сплавах.

Атомизация пробы в графитовой печи в зависимости от физико-химических особенностей определяемых элементов и состава матрицы может происходить двумя путями:

а) термическим - испарение пробы с нагретой поверхности, а затем диссоциация на элементы в газовой фазе;

б) радикальным - термическая диссоциация пробы до соответствующих оксидов (МО), затем - восстановление оксидов до металла (М):

-углеродом по твердофазной реакции на границе поверхностей МО+СМ+СО,

-оксидов углерода в газовой фазе МО+СОСО2.

Комплекс предназначен для измерения концентрации химических элементов, аналитические резонансные спектральные линии которых лежат в спектральном диапазоне прибора, методом атомно-абсорбционного анализа.

Технические и метрологические характеристики атомно-абсорбционного спектрометра «КВАНТ-Z.Эта» указаны в таблицах 1 и 2 [3].

Таблица 1

Таблица 2

Атомно-абсорбционный спектрометр «КВАНТ-Z.Эта» зарегистрирован в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений с номером 14981-06 и входит с состав государственного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонентов в жидких и твердых веществах и материалах на основе спектральных методов - ГЭТ 196-2015.

Измерения содержания элементов в чистых веществах проводились с применением государственного первичного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонента в жидких и твердых веществах и материалах на основе спектральных методов ГЭТ 196-2015 методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией.

Для каждого вещества приготавливают по 5 параллельных проб, которые были изучены на содержание исследуемых примесей. Для каждого исследуемого элемента подбирают условия анализа: программа нагрева пробы, дозируемые объемы, используемые модификаторы.

Точность измерений обеспечивают методом калибровок по ГСО искомых элементов и расчетным методом добавок (добавлением известной концентрации в пробу и введением рассчитанного поправочного коэффициента на полученное значение концентрации элемента в пробе).

При фиксированной толщине поглощающего слоя и выбранной для данного элемента длине волны проходящего излучения величина абсорбции линейно зависит от концентрации определяемого элемента. Именно этот факт лежит в основе атомно-абсорбционного анализа. Связь интенсивностей спектральных линий с концентрацией определяемых элементов в растворе устанавливают с помощью калибровочного графика.

Пример калибровочного графика приведен на рисунке 13.

Рис. 13 Калибровочный график для определения никеля

Аликвоту анализируемой пробы объемом 20 мкл (при использовании прибора AA 280Z) с помощью автоматического дозатора спектрометра вводят в графитовую печь электротермического атомизатора и включают программу нагрева графитовой печи. При использовании других спектрометров выбор аликвоты проводят в соответствии с рекомендациями Руководства по эксплуатации.

После окончания программы нагрева и индикации результатов измерения на дисплее персонального компьютера считывают значения массовой концентрации элемента в анализируемом растворе.

Стандартный цикл измерений каждой партии образцов растворов включает:

- проведение измерения «холостых» растворов;

- проведение измерений серии от 5 до 10 однотипных анализируемых растворов.

Массовую долю элементов в процентах вычислили по формуле 1 :

(1)

где:

- концентрация элемента в растворе пробы, найденная по калибровочному графику, мкг/дм3;

- концентрация элемента в «холостых» растворах, мкг/дм³;

- объём раствора пробы (колбы) после растворения, дм³;

m - масса навески пробы, г.