Изучение эффективности изменений условий изотермической длины поглощающего слоя в графитовом атомизаторе

Цель работы: исследовать эффективность изменения изотермичности длины поглощающего слоя атомов в графитовом атомизаторе на атомно-абсорбционном спектрофотометре
Задачи:
Изучить общую, техническую, научную литературу и убедиться в существующей проблеме электротермического нагрева;
С помощью программного комплекса COMSOL Multiphysics смоделировать нагрев графитовой печи и обработать полученные результаты по распределению температуры;
Расчетным способом вычислить длину поглощающего слоя атомов, и сравнить с моделью;
На атомно-абсорбционном спектрофотометре провести ряд экспериментов с изменением длины температурного поля и обработать полученные результаты;
Сделать соответствующие выводы по полученным всем результатам.

Применение атомно-абсорбционного анализа
Объекты окружающей среды;
Фармацевтика;
Нефтяная и нефтехимическая промышленность;
Металлургия;
Химическая продукция;
Биологические объекты;
Пищевая промышленность;
Учебные лаборатории;
Научная работа и др.

Графитовая кювета
Наиболее встречающийся тип электротермического атомизатора – печь ограниченного объема. Данная печь должна работать в инертном газе, например, аргон.
Для того, что бы уменьшить тепловую инерцию, такая печь должна иметь небольшую массу.
Помимо этого за несколько секунд и воспроизводимо нагреваться до высокой температуры, порядка 3000 oС
Рис. 1 Графитовая кювета
Рис. 2 Нагрев графитовой печи

Поперечный нагрев
Если говорить о нагревании через торцы, то стоит сказать о главном недостатке данного способа нагрева – неоднородность температуры по длине трубчатой печи
Перепад температуры от центра к краям может достигать 1300oС.
Рис. 3 Распределение температурного поля вдоль графитовой печи
Рис. 4 Градиент температуры

Объект и методы исследования
Исследования проводились на атомно-абсорбционном спектрофотометре AA-7000 фирмы SHIMADZU
Методом исследования в данной работе будет выступать построение калибровочных графиков, проверка известной концентрации и проверка этой же концентрации, но с разной температурой атомизации для увеличения длины температурного поля, в зависимости от измеряемого элемента.

Моделирование в COMSOL Multiphysics
Рис. 5 Расчетная модель
Рис. 6 Расчетная сетка

Рис. 7-10 Распределение температуры с течением времени

Рис. 11 Изотермичное температурное поле

Теоретический расчет

Экспериментальная часть для Cu
Рис. 12 Оптические параметры для Cu
Рис. 13 Температурная программа для Cu

Результаты экспериментов для Cu

Рис. 14 Зависимость концентрации от температуры
Рис. 15 Зависимость сигнала абсорбции от температуры

Экспериментальная часть для Fe
Рис. 16 Оптические параметры для Fe
Рис. 17 Температурная программа для Fe

Результаты экспериментов для Fe

Рис. 18 Зависимость концентрации от температуры
Рис. 19 Зависимость сигнала абсорбции от температуры

Экспериментальная часть для Al
Рис. 20 Оптические параметры для Al
Рис. 21 Температурная программа для Al

Результаты экспериментов для Al

Рис. 22 Зависимость концентрации от температуры
Рис. 23 Зависимость сигнала абсорбции от температуры

Заключение
Выявлены главные недостатки электротермического нагрева трубчатой печи, главным из которого будет являться неоднородность температурного поля по длине
В программе COMSOL Multiphysics был смоделирован нагрев графитовой печи
Расчетным методом вычислена длина поглощающего слоя атомов
На атомно-абсорбционном спектрофотометре AA-7000 фирмы SHIMADZU был проведен ряд экспериментов, доказывающие предположение о том, что длина температурного поля влияет на истинную концентрацию
Можно сделать вывод о том, что температура атомизации должна быть приблизительно +150-200 оС от конечной, данной в библиотеке программы

Апробация работы
“Будущее Арктики начинается здесь II”, 2018
“Будущее Арктики начинается здесь III”, 2019
Межрегиональной научно-технической конференции молодых ученых, специалистов и студентов вузов, 2018