|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Использование кинетических закономерностей развития лазерной плазмы для устранения влияния основы твердой пробы и учета самопоглощения в лазерно-искровой эмиссионной спектрометрииНИР
- Руководитель НИР: Зоров Н.Б.
- Участники НИР: Боженко С.Е., Горбатенко А.А., Зайцев С.М., Лабутин Т.А., Молчанова Л.,., Попов А.М., Селиверстова И.В.
- Подразделение: Кафедра лазерной химии
- Срок исполнения: 1 марта 2011 г. - 15 декабря 2013 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 11-03-01187
- Номер ЦИТИС: 01201165065
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Экология и рациональное природопользование
- ПН России: Транспортные и космические системы
-
Ключевые слова:
лазерный пробоотбор, интенсивность спектральных линий, кинетические параметры лазерной плазмы, атомно-эмиссионная спектрометрия
-
Основные результаты:
В ходе выполнения проекта создана экспериментальная установка на основе CCD камеры c электрооптическим преобразователем, выпускаемой для скоростной фотосъемки. Для решения спектральных задач были реализованы оригинальные технические решения в среде программирования LabVIEW™. Они обеспечивают экспрессную регистрацию излучения лазерной плазмы, первичную обработку спектральной информации (вычет фона, калибровка по длине волны, устранение инструментальных шумов) во временном диапазоне 1-30 с. Разработан режим управления камерой, позволяющий накапливать сигнал на ПЗС-матрице от нескольких импульсов с последующим считыванием. За счет уменьшения шумов оцифровки и считывания это позволило существенно улучшить соотношение сигнал-шум и регистрировать аналитический сигнал на поздних временах жизни, когда наблюдается минимальное уширение и, следовательно, минимальные спектральные помехи. Основными достоинствами данного комплекса является возможность работы с любыми ПЗС-детекторами различных производителей. Были исследованы зависимости интенсивности линий в эмиссионных спектрах от времени наблюдения лазерной плазмы, для которых эффект самопоглощения максимален или минимален. Кинетику затухания интенсивности эмиссионных линий в спектре лазерной плазмы описывали кинетическим уравнением первого порядка. При выполнении проекта показано, что мгновенную скорость затухания интенсивности линий можно использовать в качестве аналитического сигнала, как для металлов-компонентов основы пробы (хром, железо), так и для неметаллов (кремний). Однако на данный аналитический сигнал сильное влияние оказывают спектральные помехи. Исследование кинетических параметров затухания индивидуальных компонентов (хрома и кремния) позволило выбрать временные условия (линия хрома затухает значительно быстрее), когда спектральные помехи со стороны хрома минимальны, разрешение линий хрома и кремния в диапазоне 288 нм невозможно из-за значительного штарковского уширения. Предложенный кинетический подход является новым высокочувствительным методом для количественных ЛИЭС измерений, градуировки, получаемые с его использованием, обладают большим углом наклона. Использование в качества отклика при построении спектра интенсивности при времени стремящемся к бесконечности позволило получить спектр со слабоуширенными линиями при низком уровне фона и шумов. Для улучшения воспроизводимости аналитических измерений предложено использовать новый критерий выбора внутреннего стандарта на основании силы корреляции между линиями гомологической пары. Это позволяет выбирать внутренний стандарт даже тогда, когда состояние лазерной плазмы не соответствуют локальному термодинамическому равновесию. Разработаны способы определения компонентов высоколегированных сталей с использованием предложенных способов улучшения правильности и воспроизводимости ЛИЭС измерений (использование различных приемов предварительной обработки спектров, использование кинетических параметров линий, использование внутреннего стандарта). Полученные зависимости могут быть использованы для количественного определения кремния, хрома, марганца и никеля в высоколегированнных сталях.
- Добавил в систему: Лабутин Тимур Александрович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 марта 2011 г.-31 декабря 2011 г. | 1-й год выполнения проекта |
| Результаты этапа: Изучена эволюция лазерной плазмы, образующейся при испарении твердых образцов нержавеющей стали и алюминиевых сплавов, легированных Li, Mg и Cu. Получены спектры плазмы при различных условиях испарения (длина волны и энергия лазерного импульса), и проведена идентификация атомных и ионных линий в них. Для изучения кинетических закономерностей, исходя из энергетических характеристик эмиссионных линий, выбрали линии в спектрах, для которых эффект самопоглощения максимален или минимален. Были исследованы зависимости интенсивности линий в эмиссионных спектрах от времени наблюдения лазерной плазмы. Поскольку спонтанное испускание является процессом первого порядка, для описания кинетики затухания интенсивности эмиссионных линий в спектре лазерной плазмы использовали кинетическое уравнение первого порядка. В качестве кинетического параметра выбрали период затухания спектральных линий определяемых элементов. Показано, что при наличии самопоглощения период затухания увеличивается при переходе от периферийных частей к центру контура спектральной линии. В отсутствие самопоглощения период затухания одинаков для всего контура линии. Таким образом, период затухания можно использовать для оценки наличия самопоглощения спектральной линии. | ||
| 2 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | 2-й год выполнения проекта |
| Результаты этапа: Для улучшения воспроизводимости аналитических измерений предложено использовать новый критерий выбора внутреннего стандарта на основании силы корреляции между линиями гомологической пары. На примере определения марганца в стандартных образцах стали показано, что лучшими гомологическими парами оказываются Mn I 403,07 нм / Fe I 411,85 нм и Mn I 403,07 нм / Fe I 406,36 нм. Обе линии железа значительно отличаются по энергии верхнего уровня от аналитической линии и не могли быть отобраны на основании термодинамического критерия. Это позволяет выбирать внутренний стандарт даже тогда, когда состояние лазерной плазмы не соответствуют локальному термодинамическому равновесию. На первом этапе выполнения проекта было показано, что начальную скорость затухания можно рассматривать как аналитический сигнал, нормированный на период затухания, т.е., по сути, свободный от самопоглощения. На данном этапе выполнения проекта экспериментально подтверждена возможность использования данного параметра в качестве такого аналитического сигнала. Применение данного параметра позволяет построить линейный градуировочный график для определения хрома в высоколегированных сталях (содержание хрома 11-25 %) с высоким коэффициентом чувствительности, что невозможно при использовании пиковой интенсивности линии. Показано, что в условиях значительного самопоглощения новый вариант аналитического сигнала позволяет определять железо в высоколегированных сталях по линии Fe I 404,58 нм. | ||
| 3 | 1 января 2013 г.-15 декабря 2013 г. | 3-й год выполнения проекта |
| Результаты этапа: При выполнении проекта показано, что мгновенную скорость затухания интенсивности линий можно использовать в качестве аналитического сигнала, как для металлов-компонентов основы пробы (хром, железо), так и для неметаллов (кремний). Однако на данный аналитический сигнал сильное влияние оказывают спектральные помехи. Исследование кинетических параметров затухания индивидуальных компонентов (хрома и кремния) позволило выбрать временные условия (линия хрома затухает значительно быстрее), когда спектральные помехи со стороны хрома минимальны, разрешение линий хрома и кремния в диапазоне 288 нм невозможно из-за значительного штарковского уширения. Предложенный кинетический подход является новым высокочувствительным методом для количественных ЛИЭС измерений, градуировки, получаемые с его использованием, обладают большим углом наклона. Использование в качества отклика при построении спектра интенсивности при времени стремящемся к бесконечности позволило получить спектр со слабоуширенными линиями при низком уровне фона и шумов. Для улучшения воспроизводимости аналитических измерений предложено использовать новый критерий выбора внутреннего стандарта на основании силы корреляции между линиями гомологической пары. Это позволяет выбирать внутренний стандарт даже тогда, когда состояние лазерной плазмы не соответствуют локальному термодинамическому равновесию. Разработаны способы определения компонентов высоколегированных сталей с использованием предложенных способов улучшения правильности и воспроизводимости ЛИЭС измерений (использование различных приемов предварительной обработки спектров, использование кинетических параметров линий, использование внутреннего стандарта). Полученные зависимости могут быть использованы для количественного определения кремния, хрома, марганца и никеля в высоколегированнных сталях. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".