CZ302756B6 - Modulární konstrukce atomizátoru hydridu pro atomovou absorpcní spektrometrii - Google Patents

Abstract

Zarízení pro atomizaci hydridu pro atomovou absorpcní spektrometrii za úcelem stanovení prvku tvorících tekavé slouceniny. Zarízení využívá modulární konstrukce atomizátoru ve tvaru písmene L. Horizontální rameno atomizátoru se skládá ze dvou koncentrických trubic (1, 2), vnitrní a vnejší, spojených a utesnených na obou koncích jen teflonovými mezikroužky (3). Vnitrní, optická, trubice (1) je proto snadno vymenitelná a muže být zhotovena z libovolného vhodného materiálu. Na její prívodní konec, kam ústí trubicka sloužící pro prívod hydridu do atomizátoru, je nasazeno kremenné okénko (5).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká nové konstrukce zařízení pro atomizaci těkavých sloučenin pro atomovou absorpční spektrometrii (AAS) za účelem stanovení prvků tvořících těkavé sloučeniny metodou AAS.

io

Dosavadní stav techniky

Prvky tvořící analyticky užitečné těkavé sloučeniny jsou stanovovány metodou AAS tak, že stanovený prvek je chemickou reakcí převeden na příslušnou těkavou sloučeninu, ta je vypuzena z reakční směsi a vedena do atomizátoru umístěného v optické ose atomového absorpčního spektrometru. Nejznámějšími analyticky užitečnými těkavými sloučeninami jsou hydridy As, Sb, Se, Sn, Pb, Te, Bi a Ge a ethyl deriváty Sn, Pb, Hg, Cd a Se. K atomizaci těkavých sloučenin se obvykle používá vyhřívaného atomizátoru vyrobeného obvykle z křemene. Konvenční vyhřívaný křemenný atomizátor je tvořen přívodním ramenem a optickou trubicí, jejíž osa je totožná s optickou osou spektrometru. Optická trubice je dlouhá 10 až 20 cm a její podstatná část je zvenčí vyhřívaná na teplotu 700 až 1100 °C. Přívodní rameno je trubice pritavená k optické trubici obvykle v jejím středu v pravém úhlu. Atomizátor má pak tvar T-trubice, jejíž přívodní rameno slouží k přívodu těkavé sloučeniny unášené proudem nosného plynu do vodorovně umístěné optické trubice. Na obou koncích optické trubice mohou být umístěna křemenová okénka; pak jsou před konci optické trubice pritaveny boční vývody umožňující odchod plynů z optické trubice. Některé křemenné atomizátory nemají tvar T-trubice (popsaný výše), ale L-trubice. V těchto atomizátorech není přívodní rameno pritaveno ve středu optické trubice, ale poblíž jednoho konce vodorovné optické trubice. Optická trubice je pak vždy opatřeny křemenným okénkem na tom konci optické trubice, který je poblíž přívodního ramene. V současnosti používané konvenční vyhřívané křemenové atomizátory jsou detailně popsány v monografii [J. Dědina a D. L. Tsalev, Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry, Wiley, Chichester, 1995] a v odkazech tam uvedených. Společnou vlastností konvenčních vyhřívaných křemenných atomizátoru je, že optická trubice má, alespoň ve své podstatné části, jednoduchou stěnu (bez dutin). Další jejich společnou vlastností je, že přívodní rameno i optická trubice jsou vždy (v případě T- i L-trubice) vyrobeny z jednoho kusu, obvykle jsou k sobě pritaveny.

Konvenční vyhřívané křemenové atomizátory trpí závažnými inherentními nedostatky, jmenovitě velice nízkou odolností vůči atomizačním interferencím a nedostatečnou linearitou analytických kalibrací. Tyto nedostatky do značné míry odstraňuje nový atomizátor těkavých sloučenin (multi40 atomizátor) [J. Dědina, T. Matoušek, Způsob atomizace těkavých sloučenin pro atomovou absorpční spektrometrii a zařízení k provádění tohoto způsobu, patent č. 287635] jehož podstata spočívá vtom, že dovnitř optické trubice vyhřívaného atomizátoru se mnohočetnými miniaturními proudy přivádí kontrolované množství kyslíku. Atomizátor může mít tvar T-trubice, kde přívodní rameno je pritaveno k optické trubici v jejím středu v pravém úhlu, ale též L-trubice, kde privod45 ní rameno je pritaveno poblíž jednoho konce vodorovné optické trubice. V případě L-uspořádání musí být optická trubice opatřena křemenovým okénkem na tom konci, který je poblíž přívodního ramene.

Doposud jediná v literatuře popsaná konstrukce multiatomizátoru [J. Dědina and T. Matoušek,

Multiple microflame - a new approach to hydride atomization for atomic absorption spectrometry, J. Anal. At. Spectrom. 15 (2000) 301 až 304 a T. Matoušek, J. Dědina, A. Selecká, Multiple microflame quartz tube atomizer - further development towards the ideál hydride atomizer for atomic absorption spectrometry Spectrochim. Acta B 57 (2002) 451 až 462] je založena na tom, že optická trubice je tvořena dvěma křemennými koncentrickými trubicemi, vnitřní a vnější, při55 čemž vnitřní koncentrická trubice je proděravěna rovnoměrně rozloženými sedmi páry protilehCZ 302756 B6 lých otvorů o průměru kolem 0,5 mm. Otvory byly zhotoveny sklářem manuálně - protavováním. Tato technika neumožňuje zhotovit menší otvory. Do dutiny mezi oběma koncentrickými trubicemi je přiváděna směs kyslíku a inertního plynu. Atomizátor má tvar T-trubice, kde přívodní rameno je přitaveno k optické trubici v jejím středu v pravém úhlu.

Použití tohoto multiatomizátoru do značné míry odstraňuje nevýhody konvenčních vyhřívaných křemenných atomizátorů. Při zachování vynikající citlivosti se podstatně zlepšila odolnost vůči atomizačním interferencím a podstatně se zlepšila linearita analytických kalibrací. Například jak uvedeno ve výše citovaných publikacích, odolnost vůči atomizačním interferencím k interferenci arsenu při stanovení selenu se zvýšil nejméně o jeden řád a lineární dynamický rozsah kalibrační závislosti pro selen se rozšířil k dvacetinásobně vyšším koncentracím.

Navzdory popsané zlepšené funkci multiatomizátoru (ve srovnání s konvenčními vyhřívanými křemennými atomizátory), odolnost vůči atomizačním interferencím i citlivost stále nedosahují parametrů očekávaných při ideální funkci multiatomizátoru. Nedávné dosud nepublikované experimenty provedené v laboratoři autorů prokázaly, že pozorovaná neidealita je způsobena nerovnoměrným přívodem kyslíku po délce optické trubice. Rovnoměrného přívodu kyslíku lze dosáhnout buď podstatným zvětšením počtu otvorů v křemenné optické trubici současně s výrazným zmenšením jejich velikosti, nebo použitím optické trubice zhotovené z porézního materiálu. Tento materiál však musí být chemicky inertní a odolní k vysokým teplotám. V úvahu proto přichází pouze porézní křemenné sklo nebo keramika na bázi AUCh.

Zásadní překážkou zhotovení obdoby výše popsaného multiatomizátoru z mnohonásobně děrované křemenné trubice i z porézní křemenné trubice i z keramické trubice je nemožnost spojení přívodního ramene s těmito optickými trubicemi ve střední části jejich délky. Vysoká teplota potřebná k při tavě ní přívodního ramene ke křemennému sklu hy vedla k slinutí otvorů nebo pórů. Keramiku nelze ke křemennému sklu při tavit vůbec. Stejný argument platí pro nemožnost zhotovení multiatomizátoru ve tvaru L-trubice, kde přívodní rameno je přitaveno poblíž jednoho konce optické trubice.

Podstata vynálezu

Uvedený problém nemožnosti zhotovení multiatomizátoru z mnohonásobně děrované křemenné trubice nebo z vhodného porézního materiálu je vyřešen modulární konstrukcí atomizátoru ve tvaru písmene L, jejíž podstata spočívá v tom, že horizontální rameno atomizátoru se skládá ze dvou koncentrických trubic, vnitřní a vnější, spojených a utěsněných na obou koncích jen teflonovými mezi kroužky. Vnitřní trubice, nadále nazývaná též optickou trubicí, je proto snadno vyměnitelná a může být zhotovena z libovolného vhodného materiálu. Najeden její, přívodní, konec je nasazeno pomocí teflonového nástavce křemenné okénko. Do teflonového nástavce rovněž ústí trubička sloužící pro přívod hydridu do atomizátoru. Vnější koncentrická trubice je vyrobena z křemenného skla a je opatřena jedním či více přívody sloužícími pro přívod směsi kyslíku a inertního plynu. Délka horizontálního ramene atomizátoru je volena tak, aby jej bylo možno vyhřívat standardní elektrickou píckou na teploty do 1100 °C a aby teplota na jeho koncích, kde se nacházejí teflonové mezi kroužky a teflonový nástavec s křemenným okénkem, nepřesahovala 300 °C, což je maximální teplota, při které je ještě teflon stabilní, tzn. pohybuje se v rozmezí od 150 do 200 mm.

Výhodou tohoto zařízení je, ve srovnání s výrobně komplikovaným T-multiatomizátorem, který vykazuje shodné analytické parametry, jednoduchost a flexibilita spočívající ve snadné výměně optické trubice při zachování ostatních Částí atomizátoru. Další zásadní předností tohoto modulárního uspořádání je skutečnost, že na rozdíl od doposud známých uspořádání atomizátorů hydridů umožňuje použití nových typů optických trubic (mnohonásobně děrované křemenné trubice, porézní křemenné trubice i keramické trubice), které slibují podstatné zlepšení funkce ve srovnání se stávajícími typy hydridových atomizátorů.

Přehled obrázku na výkrese

Příklad zařízení podle vynálezu je blíže osvětlen pomocí obrázku, na kterém je schematicky zná5 zorněno zařízení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu io Příklad zařízení podle vynálezu je blíže osvětlen pomocí obrázku, na kterém je schematicky znázorněn zařízení podle vynálezu.

Horizontální rameno atomízátoru je blíže osvětlen ze dvou koncentrických trubic, vnitřní, tzv. optické trubice I, a vnější trubice 2, spojených a utěsněných na obou koncích jen teflonovými mezikroužky 3. Osa koncentrických trubic je totožná s optickou osou spektrometru. Vyměnitelná optická trubice 1 má délku 160 mm. Na levý konec optické trubice je nasazen teflonový nástavec 4 s křemenným okénkem 5 a přívodním ramenem 6 z teflonu. Optická trubice 1 je použitá v tomto příkladu zařízení podle vynálezu (vnitřní průměr 6 mm, tloušťka stěny 1 mm) má na svém obvodu 128 rovnoměrně rozložených otvorů o průměru 0,5 mm. Mezi oběma koncentrickými zo trubicemi i, 2 je dutina 7, do které vedou přívody 8. Vnější koncentrická trubice 2 je vyrobena z křemenného skla. Má délku 165 mm, vnitřní průměr 15 mm, tloušťku stěny 1,5 mm ajsou k ní přitaveny tři ramena 8. Všechny spoje jsou utěsněny teflonovou páskou. Části atomízátoru vyrobené z teflonu jsou na obrázku vyšrafovány.

Funkce zařízení: Atomizátor je ve střední části zvnějšku vyhříván na teplotu 700 až 1000 °C odporovou píckou. Do přívodního ramene 6 optické trubice i je přiváděn hydrid stanovovaného prvku v proudu nosného plynu (obvykle argonu) s příměsí vodíku. Kyslík, jehož rovnoměrný přístup dovnitř optické trubice je nutný pro optimální funkci atomízátoru, je do dutiny 4 mezi oběma koncentrickými trubicemi 1, 2 přiváděn přívody 8 ve vnější koncentrické trubici 2 a odtud proudí otvory v optické trubici 1 dovnitř.

V předběžných experimentech byla na stanovení selenu jako modelu pro hydridotvorné prvky testována funkčnost zařízení podle vynálezu (viz výkres). Bylo zjištěno, že všechny testované analytické parametry (linearita kalibračních funkcí, citlivost, opakovatelnost) takto sestaveného

L-designu multiatomizátoru jsou na stejné úrovni jako u stávajícího multiatomizátoru uspořádání T. Tento výsledek je velmi užitečný pro analytickou praxi, protože umožňuje nahradit výrobně komplikovaný T-multiatomizátor podstatně jednodušším a flexibilnějším L-designem.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle vynálezu, modulární konstrukci atomízátoru hydridu, lze použít pro AAS stanovení analyticky užitečných prvků tvořících těkavé sloučeniny, zejména hydridu As, Sb, Se, Sn, Pb, Te, Bi a Ge ethyl derivátů Sn, Pb, Cd a Se, ve všech typech vzorků, např. klinických, potra45 vinářských, životního prostředí a průmyslových.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Modulární konstrukce zařízení k atomizaci hydridů pro atomovou absorpční spektrometrii, vyznačující se tím, že horizontální rameno atomizátoru o délce od 150 do 200 mm se skládá ze dvou koncentrických trubic, s výhodou z křemenného skla, vnitřní optické trubice (1), a vnější trubice (2), opatřené alespoň jedním přívodem (8) pro přívod směsi kyslíku a inertního plynu, kteréjsou spojeny a utěsněny na obou koncích teflonovými mezikroužky (3), přičemž na jeden konec vnitřní optické trubice (1) je pomocí teflonového nástavce (4) nasazeno křemenné okénko (5) a do teflonového nástavce (4) ústí teflonové přívodní rameno (6) pro přívod hydridu do atomizátoru.
2. 2. Modulární konstrukce zařízení k atomizaci hydridů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní optická trubice (1) je vyrobena z mnohonásobně děrovaného křemenného skla.
3. 3. Modulární konstrukce zařízení k atomizaci hydridů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní optická trubice (1) je vyrobena z porézního křemenného skla.
4. 4. Modulární konstrukce zařízení katomizaci hydridů podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní optická trubice (I) je vyrobena z porézního keramického materiálu.