1.3.3. Особенности анализа в исм.

Изотопный анализ в ИСМ связан с рядом особенностей, требующих проведения спектроскопических измерений в специфических условиях.

Такие особенности вытекают из принципиальной схемы ИСМ и состоят в следующем:

I. Необходимо соблюдать условия оптимального разбавления, в результате реальные диапазоны измеряемых значений С₁/С₂ уменьшаются.

II. При анализе газов высокой чистоты в результате преобразования АС могут быть выделены очень малые количества (10^-4-10^-2 см³) относительно чистой смеси изотопов определяемого компонента, в связи с чем необходим изотопный анализ микроколичеств газа.

Основными характеристиками источника света в этом случае являются, во-первых, минимальное количество смеси изотопов, при котором еще возможны количественные спектроскопические измерения, и, во-вторых, минимальное давление газа, при котором разряд достаточно устойчив для таких измерений.

III. При анализе инертных газов высокой чистоты изотопы определяемого компонента оказываются сильно разбавлены анализируемым инертным газом. При этом их содержания в инертном газе могут составлять 10^-3-10^-4 % (мол.). В этих случаях необходим изотопный анализ микросодержаний компонентов, а основной характеристикой источника света является минимальное содержание изотопов определяемого компонента в инертном газе, при котором еще возможны количественные спектроскопические измерения. С целью увеличения абсолютной интенсивности свечения аналитического спектра и снижения искажающего влияния стеночных процессов целесообразно использовать относительно высокие давления газа в разрядной трубке (в той мере, в какой это возможно), составляющие (1-4)-10⁴Па В этих условиях повышается абсолютная интенсивность свечения спектра за счет увеличения концентрации аналитических частиц и снижается роль стеночных процессов вследствие контракции разряда, при которой плазма газового разряда не имеет непосредственного контакта с поверхностью стенки трубки.

IV. В инструментальных методиках анализа чистых молекулярных газов, в которых минимальные содержания основных примесей заключены в интервале от 0,1 до 1 % (мол), суммарное содержание изотопов определяемого компонента в АС заключено в интервале от 0,5 до 10% (мол.). В этих условиях, как правило, стеночные процессы заметного искажающего влияния не оказывают, однако, не всегда достаточно высока абсолютная интенсивность аналитического спектра, причем она быстро снижается с ростом общего давления газа. В связи с этим, с целью обеспечения максимально возможной абсолютной интенсивности свечения аналитического спектра, целесообразно возбуждать разряд в узкой (внутренний диаметр 1,0-1,5 мм) разрядной трубке при давлении 5-10²-10³ Па

V. В инструментальных методиках анализа молекулярных газов с сопоставимыми содержаниями основных компонентов, т. е. сложных газовых смесей, содержание изотопов определяемого компонента также сопоставимо с содержаниями основных компонентов и, следовательно, необходим изотопный анализ в условиях сложной смеси. Поскольку в этом случае стеночные процессы не оказывают значимого искажающего влияния, а абсолютная интенсивность достаточно высока для производства уверенных спектроскопических измерений, диаметр разрядной трубки может быть любым в интервале от 1 до 10 мм. При этом давления, обеспечивающие максимальную интенсивность аналитического спектра, составляют (3-5)-10² Па.

VI. Применение различных физико-химических методов преобразования АС, обеспечение возможности использования редких изотопов в произвольной молекулярной форме, решение задачи определения содержаний отдельных соединений и, наконец, влияние процессов в газоразрядной плазме на молекулярный состав газа диктуют необходимость находить изотопный состав различных молекулярных форм, причем при условии, что они могут быть поданы в источник света как в виде микропримеси в газе –носителе, так и в микроколичествах.

Указанные особенности спектроскопического нахождения изотопного состава в ИСМ существенно усложняют изотопный анализ, поскольку в одних случаях он связан с необходимостью проведения спектроскопических измерений в микроколичествах газа, в других – в условиях микросодержаний исследуемых компонентов в той или иной основе, в третьих – в их сложной смеси с другими компонентами и т. д.IV.2.3. Источники света в ИСМ.

Перечисленные выше особенности нахождения изотопного состава определяемых компонентов в ИСМ обуславливают целесообразность применения двух вариантов ВЧ – разряда – диффузного и контрагированного.

Основные используемые типы источников света:

I. Для изотопного анализа примесей в чистых молекулярных газах при общем давлении газа 5 • 10²-10³ Па используют узкую кварцевую разрядную трубку (внутренний диаметр 1,0-1,5 мм) с диффузным разрядом (см. рис. 58, а). Применение узкой трубки здесь обусловлено необходимостью обеспечения максимальной интенсивности свечения разряда.

II. Для нахождения изотопного состава микроколичеств газа используют узкую кварцевую разрядную трубку (внутренний диаметр 1,0-1,5мм) с диффузным разрядом (см. рис. 58,б), одним концом сочлененную с ртутным компрессором (коэффициент компрессирования 300-500) и снабженную на другом конце ртутным затвором. Компрессор позволяет концентрировать газ непосредственно в разрядной трубке. Минимальные рабочие давления 10-20 Па.

III. Для изотопного анализа микросодержаний компонентов в инертных газах (Не, Ne, Ar) используют широкую кварцевую разрядную трубку (внутренний диаметр 7-10 мм), с контрагированным разрядом. Контрагированный разряд в этом случае необходим для снижения эффективности взаимодействия газоразрядной плазмы с поверхностью стенки трубки и тем самым ослабления роли эффекта памяти трубки и ее ПХО.

IV. Для изотопного анализа компонентов в сложных газовых смесях используют разрядные трубки с внутренним диаметром от 2 до 10 мм.

Во всех случаях разрядные трубки имеют естественное воздушное охлаждение стенки. Разряд возбуждается ВЧ - генераторами.