Использование атомно-эмиссионной спектрометрии с анализатором МАЭС для оценки содержания микрокомпонентов водной растительности Иваньковского водохранилищастатья

Работа с статьей


[1] Использование атомно-эмиссионной спектрометрии с анализатором МАЭС для оценки содержания микрокомпонентов водной растительности Иваньковского водохранилища / Н. С. Сафронова, Е. С. Гришанцеваа, В. И. Попов, Л. П. Федорова // Материалы XII Международной конференции Новые идеи в науках о Земле. — Т. 1. — МГРИ-РГГРУ Москва, 2015. — С. 270–271. ББК 26.3+65+67+70/79 УДК 55(556.3+624.13+574:55+33) Н766 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АТОМНО- ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ С АНАЛИЗАТОРОМ МАЭС ДЛЯ ОЦЕНКИ СОДЕРЖАНИЯ МИКРОКОМПОНЕТОВ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ИВАНЬКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА. Сафронова Н.С.1, Гришанцеваа Е.С.1, Попов В.И.2 , Федорова Л.П.3, 1Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра геохимии, e-mail: natasha@geol.msu.ru 2ООО ВМК-Оптоэлектроника, г. Новосибирск, Россия 3Государственный научно-исследовательский институт озерного и речного рыбного хозяйств ФГБНУ ГосНИОРХ, Верхнее-Волжское отделение Иваньковского водохранилища является источником питьевого водоснабжения г. Москвы. Водохранилище – мелководное, большая роль в процессе самоочищения водной массы принадлежит высшей водной растительности [1,2]. Исследован состав водной растительности Иваньковского водохранилища, с целью оценки влияния на экосистему водохранилища. Для определения состава использовали спектро-аналитический комплекс, создателем и изготовителем которого является ООО ВМК Оптоэлектроника. Оборудование установлено в спектральной лаборатории кафедры геохимии Геологического факультета МГУ им М.В. Ломоносова. В основе рассматриваемого комплекса лежит метод атомно-эмиссионного спектрального анализа при использовании способа вдувания порошковых проб с потоком воздуха. Одно из важнейших преимуществ этого метода заключается в том, что при равномерном вдувании порошков состав облака дуги, определяемый составом и способностью испарения частиц порошка, остается неизменным, а следовательно остается постоянной и температура плазмы. [3] Указанный метод введения проб долгие годы был широко распространен в России. Но в лабораториях использовались установки не серийного производства, прошедшие промышленную аттестацию. Сотрудники лабораторий обычно проводили метрологическую аттестацию полученных результатов. Лидером по производству серийного спектрального оборудования стала компания ВМК Оптоэлектроника. Более двадцати лет компания специализируется на создании и производстве оборудования для прямого атомно-эмиссионного спектрального анализа порошковых проб как природных объектов, так металлов и сплавов. Качество выпускаемого оборудования проходит сертификацию ГОСТ Р ИСО 9001 -2008. Идеи, лежащие в основе производимых приборов защищены патентами Российской Федерации. Выпускаемое оборудование постоянно модернизируется. На кафедре геохимии установлен модернизированный спектро-аналитический комплекс, включающий : - Компактный дуговой генератор, основанный на современной полупроводниковой элементной базе, совмещенной с транспортерной системой ввода методом просыпки- вдувания, Поток при силе тока до 40 ампер. - Многоканальный анализатор эмиссионных спектров МАЭС, включающий пять линеек фотодиодов с размером типа БЛПП – 369 с шагом размещения фотодиодов – 12.5 мкм, высотой фотодиода – 1 мм, динамическим диапазоном – 104 и спектральным диапазоном чувствительности – 160 – 1100 nm. - Многофункциональный программный пакет Атом -3.2, работающий в среде Windows XP. В первую очередь в программе были реализованы основные задачи количественного многоэлементного атомно-эмиссионного спектрального анализа – выполнение всех необходимых измерений и расчетов. Программа Атом 3.2 обеспечивает управление всеми приборами комплекса атомно - эмиссионного спектрального анализа – анализатором МАЭС, генератором, включением внешних устройств. Для регистрации спектров проб и стандартных образцов выбрали один из спектрографов спектральной лаборатории кафедры геохимии - спектрограф высокого разрешения ДФС-13-2 с плоской дифракционной решеткой 1200 штр/мм, обратной линейной дисперсией 0.3 нм/мм, позволяющий получить разрешение для линий спектра 0.003 нм. Кассету для фотопластин компания ВМК Оптоэлектроника заменила на многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров МАЭС с программным пакетом Атом 3.2. При проведении анализа образцов на монитор компьютера одновременно выводится информация по трем позициям: слева – окно спектра, справа – окно градуировочного графика, внизу – основная таблица результатов, включающая данные о стандартах и пробах. Отображение спектра возможно в любом, удобном для пользователя масштабе: полный спектр, участок спектра, необходимый для определения элементов поставленной задачи или конкретно выбранная линия элемента. Расчет интенсивности спектральных линий проводится с учетом фона с двух сторон от контура рассматриваемой линии спектра. При построении градуировочных графиков возможно использование полинома первой или второй степени. Для оси концентраций обычно устанавливаем логарифмический масштаб. В связи с высокой разрешающей способностью спектрографа авторы поставили задачу исследования возможностей определения прямым способом концентрации редкоземельных элементов. Для работы на установке выбран оптический диапазон от 405.7 до 455.528 нм, который позволяет получить информацию о концентрациях двенадцати из семнадцати редкоземельных элементов: Sc (424.682 нм), Y (437.49 нм), La ( 433. 374 нм, 412.32 нм, 407.74 нм), Ce ( 429. 667), Pr ( 417. 94 нм), Nd ( 430. 36 нм), Pm ( 420.67 нм, 417. 94 нм, 418. 95 нм), Sm (431.89нм), Eu ( 412.07 нм), Tb ( 431. 88 нм) , Dy (407.80 нм), Lu (451.86 нм) . Чувствительные аналитические линии остальных пяти редкоземельных элементов ( Gd, Ho, Er, Tm, Yb) лежат в более коротком оптическом диапазоне. Кроме того, в выбранном оптическом диапазоне возможно определение значимых для водной растительности концентраций микрокомпонентов : Ag (447.604 нм ), V ( 437.924 нм), W ( 429.46 нм), Cr ( 425, 435 нм, 427, 48 нм ) Rb ( 420.185, 421. 55 нм), Pb ( 405.78 нм ), Zr ( 429.479), Nb ( 405.894 нм)), Ga (417. 204 нм), Sr ( 421.552 нм), In (410.176 нм), а также содержание Fe ( 426. 047 нм, 429. 412 нм ), и Mn. 403.449 нм). Пробы образцов водной растительности высушивали при комнатной температуре, резали на мелкие части, озоляли при температуре 450о, затем перемешивали и перетирали золу. Нижние границы определяемых содержаний микрокомпонентов изменяются от 5 10-5 до 9 10-4 % в зависимости от определяемого элемента. Проведено исследование влияния на интенсивность аналитических линий спектра величины навески пробы. Вводили в дуговой разряд пробы, изменяя навеску от 20 мг до 60 мг при числе параллельных не менее 5. Для большинства определяемых элементов оптимальным вариантом, позволяющим получить максимальную интенсивность сигнала, является навеска пробы массой 30 мг. Навеску пробы золы, 30 мг смешивали с угольным порошком марки ОСЧ – 8.4 массой 120 мг. Экспозиция – 20 сек. Потери при прокаливании при температуре 450 о С изменяются в интервале от 80 до 94 % в зависимости от вида растительности. Для построения градуировочных графиков использовали эталоны Бронницкой Геолого –разведовательной экспедиции ( БГГЭ), пепел, и ГСО растительных материалов: 1) СБМК-01, клубни картофеля, 2) СбМП – 01, зерно пшеницы, 3) СБМТ-01, злаковая травосмесь. Использование указанных ГСО и эталонов позволило количественно определить концентрации церия от 1.3 10-4 до 3. 2 10-3 %, хром от 6.1 10-4 до 1.2 10-2 %, галлий от 4.3 10-5 до 1.0 10-2 %, индий от 1.9 10-4 до 2.5 10-4 %, ниобий от 8.6 10-4 до 0.18 %, свинец от 6.3 10-5 до 2.6 10-3 %, рубидий от 7.7 10-3 до 1.1 10-2 %, стронций от 3 10-4 до 3.1 10-2 %, ванадий от 4.3 10-4 до 5.5 10-3 %, вольфрам от 2.06 10-3 до 2.44 10-3 %, иттрий от 1.84 10-3 до 2.82 10=3 %, цирконий от 1.2 10-3 до 5.1 10-3 %. Концентрации железа и марганца в большинстве образцов изменялись незначительно. Железо – (2.28 -2.64) %, марганец от 5.8 10-2 до 5.1 10-1. Литература 1. Иваньковское водохранилище: Современное состояние и проблемы охраны / В.А. Абакумов, В.П. Ахметьева, В.Ф. Бреховских и др. – М: Наука, 2000. – 344с. 2. Григорьева И.П., Лацова И.В., Тулякова Г.В. Геоэкология Иваньковского водохранилища и его водосбора. Конаково, 2000. 248 с. 3. Русанов А.К. Основы количественного спектрального анализа руд и минералов. М.: Недра, 1978, С. 83 -175с.

Публикация в формате сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл скрыть