DE1040821B - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung von Spektralanalysen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Spektralanalysen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Spektralanalysen, wobei die zu analysierende Substanz in einen Entladespalt zwischen zwei Elektroden eingeführt wird, zwischen denen eine Entladung veranlaßt wird, um die Substanz zu verdampfen, so daß sie Licht emittiert, welches in einen Spektralapparat eintritt.
• Die quantitative Spektralanalyse beruht auf der Messung des Verhältnisses des sogenannten Lichtstromes, der von den Spektrallinien der zu bestimmenden Elemente ausgeht, zum Lichtstrom sogenannter Bezugs elemente. Der Lichtstrom ist definiert als das Zeitintegral über die momentanen Lichtintensitäten.
• Bei der Entwicklung spektralanalytischer Verfahren wird neben dem Erreichen der erforderlichen Empfindlichkeit noch angestrebt, den Lichtstrom soweit wie möglich von anderen Größen als den Mengen der in Frage kommenden Elemente unabhängig zu machen.
• Nach der Erfindung wird das in erster Linie dadurch erreicht, daß die Substanz in Streifenform durch den Elektrodenzwischenraum hindurchgeführt wird.
• Der Substanzstreifen kann nach der Erfindung entweder kontinuierlich oder intermittierend geführt werden. Er wird weiterhin auf einer Tragvorrichtung angebracht, die ihrerseits durch den Elektroden zwischenraum hindurchgeführt wird, wobei die Tragvorrichtung aus einem Band oder Streifen bestehen kann. Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag kann der die Substanz tragende Streifen mit einem Klebefilm versehen sein, auf welchem der Stoff angebracht wird, wobei der benutzte Streifen ein sogenannter Klebestreifen sein kann, d. h. ein aus plastischem Werkstoff, Zellulose, Zelluloseverbindungen oder -derivaten, natürlichen oder synthetischen Fasern bestehender Streifen.
• Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer schaubildlichen Ansicht einer Vorrichtung zur Ausübung des spektralanalytischen Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise erläutert.
• Um das Problem eingehender zu erklären, seien zunächst die Faktoren erörtert, die in einer Funkenfolge die Intensität der Spektrallinien beeinflussen.
• Wenn ein erster Funke erzeugt wird, hängt die Intensität einer bestimmten Spektrallinie von mehreren Faktoren ab, nämlich von den elektrischen Größen des Entladekreises, der im Elektrodenmaterial enthaltenen Menge des zu analysierenden Stoffes, von dessen weiterer Zusammensetzung, der Schmelz- und Ererdampfungswärme, der thermischen Leitfähigkeit und der Wärmekapazität des Elektrodenmaterials.
• Die elektrischen Größen bestimmen die dem Elektro- denmaterial zugeführte Energie, welche in den Stoff verdampfende Wärme umgesetzt wird. Überdies bestimmen diese Größen die Zeitabhängigkeit der Energie und beeinflussen beträchtlich die Energieabgabe der gasförmigen Phase, nämlich z. B. die Lichtemission und Ionisation. Weiterhin haben andere heteiligte Elemente einen bestimmten Einfluß auf die Intensität.
• Auch die thermischen Eigenschaften der Substanzprobe sind von Bedeutung, weil ein Teil der elektrischen Energie in den Stoff verdampfende Wärme umgewandelt wird. Die Menge des von einem einzelnen Funken bestimmter Art verdampften Stoffes hängt von der Schmelz- und Verdampfungswärme ab sowie von der Art der Wärmeabführung von der bzw. den Funkenspitze(n).
• Wird nun ein weiterer Funke betrachtet, welcher später in einer Funkenfolge folgt, so mag dieser auf einen Punkt auftreffen, auf den vorher schon ein Funke gestoßen ist, und überdies kann die Temperatur der Elektroden höher sein als die Temperatur bei der Entladung eines früheren Funkens Es ist offenbar, daß die chemische Zusammensetzung und die metallographische Struktur des früher von den Funken angestoßenen Punktes sich geändert hat. Demzufolge wird die Zusammensetzung des verdampften Stoffes geändert sowie das Verhältnis zwischen den verschiedenen Spektrallinien beeinflußt. Die Zusammensetzung des Dampfes kann auch einen indirekten Einfluß auf den Energieabgabevorgang ausüben und auf die Intensität der Linien durch Beeinflussung der Spannung und der Verteilung des Spannungsabfalles im Entladespalt. Die Emission eines Funkens innerhalb einer Funken folge hängt somit mehr oder weniger von den ihm vorausgegangenen Punkten der Folge ab. Zum Beispiel bei der Analyse von Metall sind bereits praktische Versuche unternommen worden, die Nachteile. die das auf die Reproduzierbarkeit der Analyse hat, durch Auswahl einer geeigneten vorbereitenden Spaltentladeperiode auszuschalten, welche den Vergasungs-und Emissionsbedingungen der Funkenfolge vor der Belichtung einen stationären oder konstanten Ablauf geben sollte (Vorlichtbogenbildung, vorbereitende Funkenbildung) .
• Es wäre daher zweckmäßig, den Lichtstrom jedes gesonderten Funkens von den vorhergehenden Funken der Folge unabhängig zu machen: Das bedeutet, daß dem Spalt bei Entladung jedes Funkens der Folge neuer Stoff zugeführt werden sollte und daß der Funkenspalt im Intervall zwischen den Funken normalisiert werden sollte. Manchmal wird es zumindest theoretisch möglich sein, die Probe kontinuierlich zu verschieben. aher in Wirklichkeit stößt es auf Schwierigkeiten, eine ausreichend große Oberfläche und Fortbewegung zu erhalten. Beim Einführen einer Spektralanalyselösung in den Funkenspalt durch Injektion oder nach dem sogenannten »Poröse-Schale«-Verfahren - bei dem die Lösung durch eine Graphit- oder I(ohlenelektrode in den Funkenspalt diffundiert -oder durch Anwendung von in der Lösung rotierenden Elektroden häuft sich die Lösung auf den Elektroden an, und die Temperatur der Elektroden schwankt während der Funkenfolge was einen ernstlichen Nachteil bedeutet.
• Die Erfindung bezweckt, einwandfreie Bedingungen bei einer Spektralanalyse zu schaffen und die vorstehend erwähnten Nachteile und Fehlerquellen zu vermeiden. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhält die zu analysierende Probe die Form eines Streifens, der beispielsweise auf einem Band, Faden od. dgl. angebracht und in den Entladespalt eingeführt wird. Der Streifen wird derart durch den Entladespalt geführt. daß jeder Funken auf neuen Stoff auftrifft und kein Stoff sich auf den Elektroden anhäuft. Dabei muß der Stoff in verhältnismäßig einfacher und bestimmter Weise einheitlich verteilt sein. Wenn der Stoff von einem Band getragen wird, ist es erforderlich, daß er in bestimmter Weise auf ihm angebracht ist. Ein zur Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung geeignetes Band muß dem Funkendurchgang einen v erhältnismäßit niedrigen dielektrischen Widerstand entgegensetzen und eine bestimmte Verteilung des zu analysierenden Stoffes erleichtern.
• Überdies muß das Band oder die Tragvorrichtung in bezug auf anorganische Elemente sehr rein sein. Aus praktischen Gründen sollte das Tragband in verhältnismäßig großen, fortlaufenden Längen zur Verfügung stehen und möglichst im Handel erhältlich und auf jeden Fall hinreichend billig sein. Zusätzlich sollte das Band mechanisch so widerstandsfähig sein, daß es mit der erforderlichen Geschwindigkeit zwischen den Elektroden hindurchgeführt werden kann.
• Ohwohl eine Anzahl verschiedenster Tragvorrichtungen oder Bänder im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, hat sich der gebräuchliche transparente Klebestreifen für den Bürogebrauch erstaunlicherweise als allen Anforderungen gerecht werdend herausgestellt; z. B. wird ein Hochspannungsfunke leicht den Streifen durchstoßen. Uberdies ist der Streifen mit einer klebenden Oberfläche versehen, auf welcher der Stoff in einer vorbestimmten Weise aufgebracht werden kann. Die Zusammensetzung des Bandes ist gleichförmig, die Reinheit ausreichend, und gegen seine Verwendung bestehen keine wirtschaftlichen Bedenken.
• In manchen Fällen hat es sich als nützlich erwiesen, den Streifen am Anfang mit einem gleichmäßig in oder auf ihm verteilten Element zu versehen, das als Bezugselement für die Analyse der Substanzprobe dienen kann.
• Eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach der Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung dargestellt.
• An einem Tragrahmen 1 ist eine Achse 2 befestigt, die eine Halteplatte 3 trägt, welche ihrerseits an beiden Enden mit Anschlagteilen 4 versehen ist. Auf der Achse 2 ist eine Walze 5 gelagert, die mit einer Bandspule 6, vorzugsweise einer Klebestreifenspule versehen ist. Von der Bandspule6 aus ist das Band unter einer Führungsrolle 8 her und weiter durch eine entsprechend ausgebildete Faltplatte 9, die vorzugsweise eine dreieckige Aussparung aufweist, geführt.
• Eine Schraube 1Q dient zur Einstellung der Faltplatte 9. Das Band 7 ist weiterhin über eine Rolle 11 geführt, die in einem Schutzgehäuse 12 angeordnet ist. Ein Staubabsaugegehäuse 13 überragt den oberen Teil des Abdeckteiles 12 und ist über eine Saugleitung 14 mit einem Stutzen 15 verbunden, der an eine geeignete Absaugvorrichtung angeschlossen sein kann.
• Oberhalb des Gehäuses 13 befindet sich eine kastenförmige Tasche 16 zur Aufnahme des zu analysierenden Stoffes. Diese Tasche ist an einer federnden Platte 17 befestigt, die ihrerseits an einer Achse 18 eines Schwingungserzeugers 19 an der gegenüberliegenden Seite der Tasche 16 angebracht ist. In der Tasche 16 befindet sich der Stoff 20. Von der Tasche 16 weitergehend ist das Band über eine Spannrolle 21 geführt, die innerhalb eines zweiten Staubabsaugegehäuses 22 angeordnet ist, das mittels einer Saugleitung 23 mit dem Absaugstutzen 15 verbunden ist.
• Weiterhin ist das Band iiber zwei Tragachsen 24 zu den Zuführungsrädern 25 und 26 geführt, die vom .9rotor 27 angetrieben werden.
• Mittels Schrauben29 ist eine Tragplatte 28 am Rahmen befestigt, die mit einer länglichen Auflageöffnung versehen ist. Die Tragplatte 28 trägt eine Elektrodenklemme 31. die eine Elektrode 32 hält. In gleicher Weise ist ein aufrecht stehender Tragteil 33 angeordnet, der eine Elektrodenklemme 31 für eine weitere Elektrode 32 trägt. Die Elektroden sind selbsts erständlich so angeordnet, daß ein Spalt zwischen ihneii vorhanden ist; ein Okular 34 ist vor dem Spalt angeordnet. Dieses Okular hat den Zweck, das von den Funken bei einer Entladung zwischen den Elektroden emittierte Licht zu sammeln und einem Spektralapparat beliebiger Bauweise zuzuführen. Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, Luft zum Elektrodenspalt hinzublasen und/oder von ihm abzusaugen undloder die Elektroden in gebräuchlicher Weise zu kühlen.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung wird diese mit einer Bandspule 6 versehen, welche auf die Achse 2 aufgesetzt wird: das kann leicht in der Weise erfolgen, daß die Anschlagteile4 zur Seite geklappt werden. Daraufhin wird das Band in der vorstehend beschriebenen Weise in die Vorrichtung eingelegt und kann dann entweder kontinuierlich mit geeigneter Geschwilldigrkeit oder in gewünschter Weise intermittie-1 und zwischen den Elektroden hindurchgeführt werden.
• Da es von großer Bedeutung ist, daß die zu analysierende Substanz gleichmäßig verteilt und daß der Substanzverbrauch so gering wie möglich ist, sind die Kanten des Bandes nach innen gefaltet zur Klebefläche hin. Die Kanten werden dann ganz nach unten umgelegt und veranlaßt, am übrigen Teile des Bandes während des Laufes über die Rolle 11 anzukleben, so daß eine freie Mittelfläche zur Aufnahme des zugeführten Stoffes zwischen den Rändern verbleibt. Die Breite der Zwischenfläche kann mittels der Schraube 10 eingestellt werden. Nach Verlassen der Rolle 11 läuft das Band durch das Staubentuahmegehäuse 12, in dem alle überflüssige Substanz entfernt wird; es ist zu beachten, daß dann nur der Stoff, der den zu exponierenden klehenden Zwischenraum bedeckt, haftenl)l.iht, wogegen der restliche Stoff lose aufliegt und entfernt wird. Demzufolge ist die Stoffauflage auf der Mittelfläche äußerst gleichmäßig, bevor der Streifen endgültig das Staubentnahmegehäuse 22 auf seinem Wege zu den Elektroden 32 verläßt. Auf dem Band ist nur? ein einheitlicher Streifen geeigneter Dicke aus dem zu analysierenden Stoff aufgebracht, was von großer Bedeutung ist, um ein zuverlässiges Ergebnis der Spektralanalyse zu erhalten. Die Geschwindigkeit des Bandes kann in der gewünschten Weise mittels geeigneter (?etriebevorrichtnngen einstellbar sein. Natürlich sind beide Elektroden an einem Stromkreis angeschlossen, der Mittel aufweist, um die Zeitfolge der Funken-Entladung zu steuern und/oder die Entladung in irgendeiner anderen Weise zu regeln.
• Nach der Erfindung ist es selbstverständlich möglich, ein Band mit einer vorbereiteten freien Mittelfläche der erwähnten Art zu benutzen. In diesem Fall kann die Vorrichtung etwas vereinfacht werden, aber iiblicherweise wird die beschriehene Vorrichtung vorgezogen. weil es wünschenswert ist, eine vollständig frische klebende Oberfläche während der Zuführung zu haben, was nicht der Fall ist bei fertigungsmäßig vorhereiteten Bändern.
• Obwohl die Vorrichtung in Zusammenhang mit der Benutzung eines üblichen Klebestreifens für allgemeinen Bürobedarf beschrieben ist, steht der Benutzung anderen Bandmaterials nichts im Wege, vorausgesetzt. daß dieses Material den Anforderungen an die elektrischen Eigenscllaftetl und anderen in diesem Zusammenhang zu erfüllenden Voraussetzungen genügt.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausftihrungsbeispiel beschränkt, sondern kann mancherlei Abwandlungen erfahren, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.
• PATENTANSPRCH 1. Verfahren zur spektroskopischen Analyse pulverisierten Stoffes, der in einen Spalt zwischen zwei Elektroden eingeführt wird, zwischen dem eine Entladung stattfindet, so daß das Material verdampft wird und dabei Licht emittiert, welches in ein Spektroskop einfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverisierte Stoff zunächst auf einer Tragvorrichtung verteilt wird, die von einer Entladung durchschlagen werden kann und durch den Elektroden sp alt hindurchgeführt wird, in dem in gewünschten Intervallen Entladungen in bekannter Weise herbeigeführt werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverisierte Stoff auf einer band- oder streifenförmigen Tragvorrichtung verteilt wird.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß die band- oder streifenförmige Tragvorrichtung bestimmte Mengen eines oder mehrerer Elemente enthält, die als Bezugselemente für die Analyse dienen.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverisierte Stoff auf einem klebenden Film auf der Tragvorrichtung verteilt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Oberfläche der mit einem Kleber versehenen Tragvorrichtung abgedeckt wird, bevor der Stoff darauf verteilt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ränder der Tragvorrichtung über deren mit einem Kleber versehene Oberfläche gefaltet werden, so daß eine freie Fläche zwischen den umgelegten Rändern verbleibt, auf welcher der Stoff verteilt wird.

   7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch l mit zwei unter Belassung eines zwischen ihnen liegenden Spaltes angeordneten Elektroden, die an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen sind, so daß im Spalt zwischen den Elektroden Entladungen herbeigeführt werden können, und mit einem Spektroskop, in welches das bei der Entladung erzeugte Licht einfällt und mit dem es analysiert wird, gekennzeichnet durch eine Tragvorrichtung, auf welcher der pulverisierte Stoff verteilt wird, und einen Verteiler, der den pulverisierten Stoff der Tragvorrichtung zuführt, sowie durch eine Zuführvorrichtung zur Führung der Tragvorrichtung mit der gewünschten Geschwindigkeit oder in den gewünschten Intervallen durch den Spalt.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung die Form eines Bandes oder Streifens hat und der Funkenbildung bei Entladung zwischen den Elektroden einen geringen Zerreißwiderstand entgegensetzt.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Aufnahmespindell oder -achse für die band- oder streifenförmige Aufnahmevorrichtung und eine Abspulvorrichtung für die Spule.

   10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführvorrichtung von einem Motor angetriebene Zugrollen aufweist, die das Band oder den Streifen zwischen sich fortbewegen.

   11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler eine Tasche zur Aufnahme des pulverisierten Stoffes aufweist, dient - in Zuführungsrichtung gesehen - vor dem Elektrodenspalt angeordnet ist, und an ihrer Grundfläche eine Öffnung für die Abführung des Stoffes auf weist, wobei Führungsteile vorgesehen sind, die den Streifen oder das Band unter der Öffnung in der Tasche vorbeiführen.

   12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen auf seiner den Stoff aufnehmenden Oberfläche mit einem Kleber od. dgl. versehen ist, so daß der Stoff auf ihm haftet.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g& kennzeichnet, daß der Werkstoff. aus dem das Band oder der Streifen hergestellt ist, aus Plastik, Zellulose, Zelluloseverbindungen oder -derivaten, natürlichen oder synthetischen Fasern besteht.

   14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9, 12 und 13, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Falten der Ränder des Klebestreifens oder Bandes durch Umlegen derselben über die klebende Oberfläche. so daß lediglich eine schmale streifen- förmige Klebefläche verbleibt, die den zu analysierenden Stoff aufnimmt.

   15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Saugvorrichtung, welche zumindest hinter dem Verteiler angeordnet ist und den überflüssige Stoff von dem Streifen wegnimmt.