Анотація до роботи:

Бугай О.М. Моделювання процесів електротермічної атомізації в атомно-абсорбційному спектрометрі: кінетична модель з двома незалежними джерелами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. - Сумський державний університет. – Суми, 2006.

Дисертаційна робота присвячена побудові кінетичної моделі процесів електротермічної атомізації в атомно-абсорбційній спектрометрії, яка враховує проникнення проби вглиб графіту. В роботі теоретично та експериментально вивчаються закономірності формування аналітичного сигналу в атомно-абсорбційній спектрометрії. Встановлено, що суттєвий вклад при формуванні атомно-абсорбційного сигналу вносять два паралельних в часі процеси надходження атомів в аналітичну зону: один – на поверхні печі, інший – в об’ємі стінки графітової печі.

З’ясовано фізичний зміст параметрів кінетичної моделі процесів атомізації та вивчено їх вплив на форму аналітичного сигналу. Показано, що при інтерпретації механізмів атомізації разом з енергією утворення вільних атомів необхідно враховувати передекспоненціальні фактори, величина яких пов’язана з часом перебування атомів в джерелах.

В якості апробації дводжерельної кінетичної моделі процесів атомізації були проведені дослідження процесів атомізації міді, срібла та цинку.

Показана можливість використання моделі для контролю вірогідності аналізу.

1. Розроблено кінетичну модель процесів атомізації, яка базується на розв’язку одновимірного рівняння дифузії з двома незалежними джерелами. Одне джерело описує атомізацію атомів, що знаходяться на поверхні графітової печі, друге – утворення вільних атомів в глибині стінки графітової печі та їх вихід в аналітичну зону.

2. З’ясовано фізичний зміст параметрів кінетичної моделі процесів атомізації та вивчено їх вплив на форму аналітичного сигналу:

– передекспоненціальні фактори в рівняннях, що описують температурну залежність швидкостей утворення вільних атомів на поверхні та вглибині стінки графітової печі, обернено пропорційні позірному середньому часу перебування атомів у зв’язаному стані, їх кількісна величина залежить від кількості зіткнень атома зі стінками печі (пори) та ймовірності реадсорбції, яка залежить від здатності атомів взаємодіяти з графітом;

– доля вкладу кожного з джерел вільних атомів залежить від розподілу маси аналіту на поверхні і вглибині графіту і виражається відповідними коефіцієнтами пропорційності в рівнянні, що описує атомно-абсорбційний сигнал.

3. Показано, що для інтерпретації механізмів атомізації разом з енергією утворення вільних атомів необхідно використовувати передекспоненціальні фактори, за допомогою яких описують температурну залежність швидкостей утворення вільних атомів на поверхні та вглибині стінки графітової печі.

4. Апробація дводжерельної кінетичної моделі процесів атомізації показана на прикладі дослідження процесів атомізації міді, срібла та цинку. Отримані результати дозволяють говорити про такі закономірності:

– процес утворення вільних атомів залежить від стану поверхні атомізатора, стану проби, в якому вона перебуває після стадії піролізу, та спроможності проби взаємодіяти з графітовою поверхнею печі;

– процес десорбції є визначальним при атомізації міді та срібла; визначальним процесом при атомізації цинку є карботермічне відновлення оксиду цинку;

– швидкість процесів при атомізації срібла залежить від кількості активних центрів на поверхні графітової печі та їх стану, швидкість процесів при атомізації міді менш залежна від активних центрів;

– повільна дифузія (через досить сильну взаємодії з графітом) атомів міді призводить до затягування заднього краю атомно-абсорбційного профілю.

5. Зміщення максимуму сигналу при підвищенні початкової маси срібла (аналогічно і золота) в графітовій печі викликано не дробовим порядком кінетики, а більш швидким (порівняно з сигналом з поверхні атомізатора) ростом сигналу з джерела, що описує вихід атомів з графіту. Внаслідок більш сильної взаємодії міді з графітом сигнал з джерела, що описує вихід атомів з об’єму стінок графітової печі, розширяється. Тому цей сигнал не може домінувати в сумарному сигналі, і зміщення піку для міді не спостерігається.

Публікації автора:

1. Simulation of atomic absorption signals: A kinetic model with two independent sources / O.M. Buhay, Yu.V. Rogulsky, A.N. Kulik, A.N. Kаlinkevich, L.F. Sukhodub // Spectrochimica Acta, Part B. – 2005. – Vol. 60. – P.491-503.

2. Рогульский Ю. В., Бугай А.Н., Кулик А. Н. Влияние пористости поверхности графитовой печи на атомизацию пробы // Журнал прикладной спектроскопии. – 2004. – Т. 71. – № 2. – С. 259-263.

3. Дослідження розподілу проби на графітовій поверхні печі атомно-абсорбційного спектрометра методами растрової електронної мікроскопії / О.М. Бугай, П.О. Павленко, О.М. Кулик, Ю.В. Рогульський, Л.Ф. Суходуб // Фізика і хімія твердого тіла. – 2005. – Т. 6. – №4. – С. 702-707.

4. Кинетическая модель поступления свободных атомов в электротермический атомизатор / А.Н. Бугай, Ю. В. Рогульский, А. Н. Кулик, Л. Ф. Суходуб // Журнал прикладной спектроскопии. – 2005. – Т. 72. – № 2. – С. 241-246.

5. Температура аналитической зоны в электротермическом анализаторе при атомно-абсорбционном анализе / Ю.В. Рогульский, Р.И. Холодов, А.Н. Бугай, А.А. Борисенко // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. – 2002. – №4-5. – С. 101-105.

6. Бугай О.М. Процеси при електротермічній атомізації та їх моделювання // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету. – Суми: Вид-во СумДУ, 2006.– С. 41-42.

7. Buhay O.M., Rogulsky Yu.V., Kulik A.N. Electrothermal atomization in graphite furnace: A kinetic model with two independent sources // Book of Abstracts International Conference “Analytical chemistry and chemical analysis”. – Kyiv, Ukraine. – 2005. – P.105.

8. Бугай А.Н., Кулик А. Н., Рогульский Ю. В. Электротермическая атомизация в графитовой печи: кинетическая модель с двумя независимыми источниками // Матеріали Відкритої Всеукраїнської конференції молодих вчених та науковців “Сучасні питання матеріалознавства”. – Харків, Україна. – 2003.– С. 21.

9. Бугай А.Н., Рогульский Ю. В., Кулик А. Н. Моделирование процессов атомизации в электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии и его практическое применение // ІІІ Всеукраїнська конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. –Харків, Україна. – 2005.– С. 5.