DD252249B5

DD252249B5 - Vorrichtung zur elektrothermischen atomisierung

Info

Publication number: DD252249B5
Application number: DD86294016A
Authority: DD
Inventors: Horst Dipl-Chem Dr Re Guenther; Wolfgang Dipl-Ing Foest; Klaus Dipl-Phys Eichardt
Original assignee: Zeiss Carl Jena Gmbh
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1994-01-27
Also published as: GB2195766A; US4826318A; DD252249A1; GB8719563D0; DE3722379A1; GB2195766B

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrothermischen Atomisierung von Analysenproben. Die Vorrichtung ist in der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) und -emissionsspektroskopie verwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Spurenanalytik werden als elektrothermische Atomisatoren meist als Graphitrohrofen bezeichnete Heizeinrichtungen eingesetzt In den letzten Jahren fanden verstärkt meist als Plattformen bezeichnete Probenträger Anwendung, die in die Graphitrohröfen eingebracht werden. Zum Erzielen einer möglichst isotherm ablaufenden Atomisierung, die insbesondere für Realprobenanalysen wichtig ist, ist es notwendig, für eine Vorheizung der Gasatmosphäre im Innern des Graphitrohrofens zu sorgen, bevor die Verdampfung und Atomisierung des Analyten einsetzt.

Unter den verschiedenen vorgeschlagenen Atomisatorvorrichtungen, die isotherme Bedingungen gewährleisten sollen, wie T-Küvette (OE-OS 2713637), Doppelwandofen (US-PS 4407582), Graphitsondentechnik (DE-OS 3044627, DE-OS 3217417) und Plattformtechnik, hat sich letztere aufgrund ihrer Einfachheit und der problemlosen Dosierung von Probenlösungen durchgesetzt.

Nach der DE-OS 2924123 ist es bekannt, in Standardgraphitrohre rechteckige Plattformen aus massivem Pyrographit, die in einer axialsymmetrisch zur Rohrachse eingearbeiteten Nut fixiert werden, einzusetzen.

Weiterhin ist es nach dem DE-GM 7825590 bekannt, einen Probenträger zu verwenden, dessen Außenfläche an der Küvetteninnenwand anliegt.

Um die Berührung der Plattform mit dem Graphitrohr möglichst einzuschränken, ist es nach dem DD-WP 227 523 bekannt, die Plattform mit kleinen Auflagefüßchen zu versehen.

Nachteilig ist bei diesen vorgeschlagenen Lösungen, daß die Probenträger konstruktionsbedingt vom Heizstrom durchflossen werden oder aber in direkter Berührung mit dem Graphitrohrofen stehen, so daß neben der thermischen Strahlung der Rohrwandung in nicht unerheblichem Maße die beheizte Plattform selbst noch zur Verdampfung und Atomisierung beiträgt. Die erwünschte verzögerte Atomisierung kann somit nur in unbefriedigendem Maße realisiert werden.

In der DD-WP 233190 wird eine Plattformanordnung beschrieben, die den Nachteil einer Mitbeheizung durch teilweisen Stromdurchfluß nicht mehr aufweist. Ein haibschalenförmiger Probenträger wird über einen als Zapfen ausgebildeten, zylindrischen Standfuß gehaltert.

Wesentlichster Nachteil dieser Anordnung ist aber, daß sich der Befestigungsort des Probenträgerfußes in der heißesten Rohrzone, exakt gegenüber der Dosieröffnung, befindet und somit eine maximale Verzögerung des Temperaturanstieges dieser Plattform bezogen auf die Temperatur des Atomisatorrohres bei dieser konstruktiven Lösung auch nicht gegeben ist.

Es ist auch eine Variante für Plattformmessungen bekannt, bei der die Plattform von vorn durch einen Schlitz in die Küvette eingeschoben wird. Der Schlitz befindet sich jedoch genau in der heißen Zone des Ofens, so daß die Wärmeleitung auch hier nicht zu einer optimalen Verzögerung der Plattformaufheizung in bezug auf die Rohrwand führt. Zudem ist die Atomisatorkonfiguration aus Gründen des Platzbedarfes an eine rechteckige Küvettengeometrie gebunden, die fertigungstechnisch äußerst aufwendig ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine zur elektrothermischen Atomisierung einsetzbare kostengünstige Vorrichtung zu entwickeln, die die analytische Anwendbarkeit der AAS- insbesondere auf Realprobenuntersuchungen, d. h. Proben mit höherem Matrixanteil -verbessert.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in der Atomisierungsphase mindestens annähernd isotherme Bedingungen zu

gewährleisten, so daß auch bei höheren Matrixgehalten in der Analysenprobe keine Signaldepressionen auftreten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung zur elektrothermischen Atomisierung, die in

einem Graphitrohr eine Plattform als Probenträger enthält, die Plattform in zwei in axialer Richtung benachbarte

Funktionsbereiche geteilt ist, von denen der eine als Halte- und der andere als probentragender Teil dient. Der Halteteil ist im

wesentlichen im Bereich eines der Rohrenden befestigt und der probentragende Teil ragt freitragend in das Rohrinnere hinein.

Eine vorteilhafte Lösung sieht für den Halteteil einen breiteren und den probentragenden Teil einen schmaleren Abschnitt einer T-Form vor. Der breitere Abschnitt ist in zwei in einer Ebene liegende Schlitze an einem Ende des Graphitrohres gut dichtend und

bündig abschließend eingeschoben. Die Höhe der Schlitze ist so bemessen, daß eine Passung zwischen Probenträger und

Graphitrohr besteht. Damit wird eine Vermischung von innerem und äußerem Gasstrom ausgeschlossen. Die richtige Positionierung des Probenträgers wird durch die axiale Länge der Schlitze erreicht. Durch den bündigen Abschluß des Probenträgers mit dem Graphitrohrende ist eine direkte Kühlung des Probenträgers über eine der an das Graphitrohr angelegten,

gekühlten Elektroden möglich, wodurch eine nachweisbare, zusätzliche Trägheit in der Aufheizung des Probenträgers bewirktwird. Der dadurch vom probentragenden Teil zum Halteteil gerichtete Temperaturgradient erhöht die durch die freitragende

Anordnung des probentragenden Teils bereits erzielte, gewünschte Verzögerung der Atomisierung, so daß bei einer genauen Positionierung der Probe im Graphitrohr die Atomisierung unter fast idealen isothermen Bedingungen erfolgt. Durch das

berührungslose Einbringen des probentragenden Teils in die heißeste Zone des Graphitrohres wird ein Stromdurchgang und eindamit verbundenes direktes Aufheizen vermieden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Lösung ist zur Führung und Befestigung des Halteteils im Bereich eines Rohrendes in dessen Inneren ein radialsymmetrischer Steg vorgesehen, der in einer Ebene liegende Nuten aufweist, durch die das Halteteil geschoben

ist. Einer Verschiebung des Temperaturmaximums über die Länge des Graphitrohres kann entweder durch einen weiteren Stegim Bereich des anderen Rohrendes entgegengewirkt werden öderes erfolgt ein Ausgleich durch eine asymmetrisch angeordnete

Probenpipettieröffnung. Die Plattform wird soweit in das Graphitrohr geschoben, daß sie sich mit dem probentragenden Teil

völlig berührungsfrei in der heißesten Zone des Rohres und mit dem Halteteil in dem kühleren Rohrende befindet.

Bei dieser zweiten Lösung erfolgt die Verbesserung des Plattformeffektes ähnlich wie bei der ersten. Eine reproduzierbare Positionierung der Plattform im Graphitrohr erfolgt dadurch, daß der Halteteii mindestens mit einem

gegen den haltenden Steg wirkenden Anschlag versehen ist.

Diese Atomisatorkonfiguration ermöglicht die Verwendung der geometrisch einfachsten Probenträgervariante. Der probentragende Teil, der eine Vertiefung zur Probenaufnahme aufweist, kann bei beiden Lösungen vorteilhafterweise nur

über einen schmalen Steg mit dem Halteteil in Verbindung stehen.

Als Material für die Plattform eignen sich Pyrographit, Glaskohlenstoff, beschichteter Elektrographit oder hochschmelzende Metalle, wie z. B. Ta oder W. Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung eines Atomisatorrohres mit T-förmiger Plattform Fig. 2: einen Längsschnitt durch ein Atomisatorrohr mit darialem Steg zur Plattformhalterung Fig.3: einen Querschnitt durch das Atomisatorrohr gemäß Fig.2.

In Fig. 1 ist ein Graphitrohr 1 ein als T-förmige Plattform ausgebildeter Probenträger 2 eingeschoben, der einen breiteren Halteteil 3 und einen schmaleren probentragenden Teil 4 aufweist. Dafür sind an einem Ende des Graphitrohres 1 zwei in einer Ebene liegende Schlitze 5 vorgesehen. Der Halteteil 3 ist in seinen Abmessungen so gestaltet, daß er die Schlitze 5 ausfüllt. Vorzugsweise wird dazu eine Passung vorgesehen, damit eine Vermischung von innerem und äußerem Schutzgasstrom ausgeschlossen wird. Der probentragende Teil 4 ragt frei, ohne Kontakt mit dem Graphitrohr 1 besitzend, bis in dessen heißeste Zone hinein. Über eine Pipettieröffnung 6 wird üblicherweise Probensubstanz eingebracht. Um ein Verlaufen der Probesubstanz zu verhindern, ist in dem probentragenden Teil 4 eine Vertiefung 7 vorgesehen. Die Länge der Schlitze 5 ermöglicht eine reproduzierbare Positionierung des Probenträgers 2 auch bei einer erforderlich gewordenen Auswechselung und gewährleistet einen bündigen Abschluß des Halteteils 3 mit dem Graphitrohr 1. Dadurch wird ein direkter Kontakt des Probenträgers 2 mit einer gekühlten Elektrode (nicht dargestellt) erreicht, was sich günstig auf die ausschließliche Aufheizung des Probenträgers 2 durch Wärmestrahlung auswirkt.

In einer zweiten Ausführungsform ist in Fig. 2 in ein Graphitrohr 8 ein Probenträger 9, der aus einem Halteteil 10 und einem

probetragenden Teil 11 besteht und ein«rechteckige Form besitzt, in Nuten 12 eines radialen Steges 13 eingeschoben. Ein als

Fixierungshilfe dienender Anschlag 14 gewährleistet ein stets reproduzierbares Einschieben des Probenträgers 9 und einen

bündigen Abschluß des Halteteils 11 mit dem Graphitrohr 8. Das Graphitrohr 8 besitzt eine Pipettieröffnung 15 und der

Probenträger 9 eine Vertiefung 16 zur Probenaufnahme. Abweichend von dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel kann auch im Bereich des anderen Rohrendes ein weiterer Steg vorgesehen

sein.

Zwischen den probetragenden Teilen und den Halteteilen beider Lösungen können zur Verminderung eines Wärmeübertrittes Nuten eingearbeitet sein, so daß nur noch ein schmaler Steg als Verbindung beider Funktionsbereiche verbleibt.

Claims

1. Vorrichtung zur elektrothermischen Atomisierung, die in einem Graphitrohr eine Plattform als Probenträger enthält, gekennzeichnet dadurch, daß die Plattform in zwei in axialer Richtung benachbarte Funktionsbereiche geteilt ist, von denen der eine als Hafteteil (3,10) und der andere als probentragender Teil (4,11) dient, daß der Halteteil (3,10) im wesentlichen im Bereich eines der Rohrenden befestigt ist und der probentragende Teil (4,11) freitragend in das Rohrinnere hineinragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (3) einem breiteren und der probentragende Teil (4) einem schmaleren Abschnitt einer T-Form entspricht, und der breitere Abschnitt in zwei in einer Ebene liegende Schlitze (5) an einem Ende des Graphitrohres (1) gut dichtend und bündig abschließend eingeschoben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Führung und Befestigung des Halteteils (10) im Bereich eines Rohrendes in dessen Inneren ein radialsymmetrischer Steg (13) vorgesehen ist, der in einer Ebene liegende Nuten (12) aufweist, durch die das Halteteil (10) geschoben ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (10) mindestens mit einem gegen den Steg (13) wirkenden Anschlag (14) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (3,10) und der probentragende Teil (4,11) aus Pyrographit, Glaskohlenstoff, beschichtetem Elektrographit oder hochschmelzenden Metallen, z. B. Ta, W besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der probentragende Teil (4,11) eine Vertiefung (7,16) zur Probenaufnahme aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (3,10) und der probentragende Teil (4,11) nur über einen schmalen Steg verbunden sind.