DE2148777A1

DE2148777A1 - Graphitrohr fuer atomabsorptionsmessungen

Info

Publication number: DE2148777A1
Application number: DE19712148777
Authority: DE
Inventors: Paul Hansen; Wolfgang Dipl-Phys Dr Witte
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1971-09-30
Publication date: 1973-04-05
Also published as: DE2148777B2; FR2155407A5

Description

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Dipl.-Phys. Jürgen lAJetsse

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Patentanwälte 21487 / /

Patentanmeldung

Bodenseewerk Perkin-Elmer & Qo. GmbH, Überlingen G-raphitrohr für Atomabsorptionsmessungen

Die Erfindung betrifft ein elektrisch beheizbares Graphitrohr zur Verwendung in einer Graphitrohrküvette für die flammenlose Atomabsorptionsspektroskopie mit außen angeschliffenen Kontaktflächen zur Aufnahme von Elektroden für die Stromzuführung an seinen gegenüberliegenden Enden.

Graphitrohre der vorgenannten Art werden in der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie verwendet. Dabei wird die eingebrachte Substanz zunächst getrocknet und thermisch zersetzt und anschließend so hoch erhitzt, daß ein Zerfall in die einzelnen Atome entsteht, deren Absorptionsspektren beobachtet werden* In das Innere des Graphitrohres eingeführtes Schutzgas strömt einerseits so langsam, daß es nicht zu einem schnellen Ausspülen der Atomwolke kommen kann, und gewährleistet andererseits einen hinreichenden Schutz gegen einen zu schnellen Abbrand des Graphitrohres.

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Die bekannten Graphitrohre haben die Form eines Hohlzylinders mit gleichmäßiger Wandstärke. Die Aufheizung geschieht durch elektrischen Strom, der über entsprechend geformte Graphitelektroden, die den angeschliffenen Kontaktflächen an den Enden des Graphitrohres anliegen, zugeführt wird. Das beheizte Graphitrohr weist ein Temperaturprofil mit einer hohen Temperatur in der Mitte und einer niedrigen !Temperatur an den Enden dadurch auf, daß die Graphitelektroden, die den Enden des Graphitrohres in gut wärmeleitender Verbindung anliegen, einen erheblichen Teil der Wärme des Graphitrohres ableiten.

Dieses charakteristische Temperaturprofil des beheizten Graphitrohres hat sich bei einer ganzen Reihe von zu untersuchenden Substanzen als nachteilhaft erwiesen, und zwar in zweifacher Weise:

Ein Teil der in das Graphitrohr eingebrachten Substanz kann an den kühleren Enden des Graphitrohres entweder als solche oder in Form ihrer Zersetzungsprodukte kondensieren. Während der anschließenden Atomisierung bei der höheren Temperatur verdampfen diese Anteile und erzeugen Störsignale, die das Meßergebnis erheblich verfälschen können.

Einige andere Substanzen, insbesondere Öle, zeigen bei der Aufheizung im Graphitrohr einen Kriecheffekt, der sich darin zeigt, daß sich die Substanz bei Erwärmen rasch über eine größere Oberfläche verbreitet, wobei dieses Verbreiten besonders

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bevorzugt in Richtung eines Temperaturgefälles erfolgt. Das würde zu den vorstehend beschriebenen, nachteilhaften Störsignalen führen, kann aber noch weitere und schwerwiegendere Störungen dadurch verursachen, daß das ÖHJkapillar zwischen die Kontaktflächen des G-raph.it rohr es und die Graphitelektroden eingesaugt wird. Das führt nicht nur zu Störungen bei späteren Messungen, s ondern auch infolge der unkontrollierbaren Abwanderung der Untersuchungssubstanz zu unreproduzierbaren und damit unzuverlässigen Meßergebnissen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Grapnitrohr mit einem Temperaturprofil zu schaffen, bei dem die beschriebenen, nachteiligen Effekte nicht oder nur noch in zu vernachlässigendem Umfang eintreten. Insbesondere soll dieses Temperaturprofil über die Länge des Graphitrohres einen weitgehend konstanten Verlauf zeigen und so ausgebildet sein, daß sich die relativ niedrigere Temperatur an den Enden des Graphitrohres bei den Atomabsorptionsmessungen nicht mehr störend bemerkbar machen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch geölst, daß das Graphitrohr zur Erzeugung einer für die Messung der Atomabsorption günstigen Temperaturverteilung einen über seine Länge veränderlichen elektrischen Widerstand pro Längeneinheit bes't.ij, Der elektrische Widerstand pro Längeneinheit ist dabei nach den gegenüberliegenden Enden des Graphitrohres hin zunehmend größer als in der Mitte,.so daß das beheizte Graphitrohr über seine gesamte Länge im wesentlichen die gleiche Temperatur besitzt. Es können auch nach den Enden

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des Graphitrohres schmale Bereiche, die nicht unbedingt scharf begrenzt sind, mit in Bezug auf die dazu "benachbarten Teile erhöhtem elektrischen Widerstand pro Längeneinheit vorgesehen sein, so daß das beheizte G-raphitrohr in diesen Bereichen einen zu seinen Enden gerichteten und im allgemeinen bis in diese Bereiche hinein verlaufenden positiven Temperaturgradienten aufweist.

Das erfindungsgemäße 6-raphitrohr kann einen über seine Länge hinweg veränderlichen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen. Dabei kann sich das Material des Graphitrohres in seiner Zusammensetzung oder in seinem Gefüge verändern» Es kann aber auch die Änderung des elektrischen Widerstandes pro Längeneinheit über die Länge des Graphitrohres durch eine veränderliche Formgebung herbeigeführt werden. Das Graphitrohr kann auch über seine Länge eine veränderliche Form aufweisen und aus unterschiedlich zusammengesetztem Material bestehen.

Bei dem Graphitrohr nach der Erfindung ist eine über die Länge des Graphitrohres veränderliche Wandstärke vorgesehen. Dabei können eine zylinderförmige Innenfläche und eine dem gewünschten Temperaturprofil angepaßte, von der Zylindergestalt abweichende Außenfläche, eine zylinderförmige Außenfläche und eine dem gewünschten Temperaturprofil angepaßte, von der Zylindergestalt abweichende Innenfläche vorgesehen sein, aber auch Innen- und Außenflächen, die von der Zylindergestalt abweichen.

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Das Graphitrohr nach der Erfindung besitzt eine von der Mitte zu den Enden stetig abnehmende Wandstärke. Es können weiterhin allgemein zylinderförmige Endteile mit gegenüber den Nachbarteilen vergrößerter Wandstärke mit angeschliffenen Kontaktflächen zur Aufnahme der Elektroden vorgesehen sein, aber auch ein allgemein zylindrisch ausgebildetes Mittelteil und zwischen diesem und den Endteilen symmetrisch ausgebildete Zwischenteile mit zu den Endteilen hin stetig abnehmender Wandstärke. Die Wandstärke der Zwischenteile kann zu den Endteilen hin linear oder nicht linear abnehmen. Es können ein oder mehrere Zwischenteile zylinderförmiger Gestalt zu jeder Seite des Mittelteils mit in Bezug auf das Mittelteil geringerer Wandstärke vorgesehen sein. Diese Zwischenteile sind nahe den Endteilen angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist das Graphitrohr nach der Erfindung mit Endteilen versehen, die als Ringflansche mit angeschliffenen Kontaktflächen zur Aufnahme der Elektroden ausgebildet sind. Dabei besitzen die den Enden des Graphitrohres unmittelbar anliegenden Teile der Ringflansche eine geringe Wandstärke entsprechend der Wandstärke des Graphitrohres an dessen Enden und die mit den angeschliffenen Kontaktflächen versehenen Teile der Ringflansche eine relativ größere Wandstärke.

Die Erfindung wird nachstehend in einigen Aumführungsbeispielen an H'ind der Abbildungen mit den zugehörigen Bezugszeichen im einzelnen erläutert:

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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch. ein_v Graphitrohr bekannter Bauart in der Ebene der seitlichen Öffnungen zum Einbringen der Untersuchungssubstanz bzw. von Schutzgas.

Figuren 2 bis 8

zeigen ähnliche Längsschnitte in einer anderen Ebene durch eine Reihe von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Graphitrohres.

Figur 1 zeigt ein Graphitrohr 1 bekannter Bauart von allgemein zylinderförmiger Gestalt im Längsschnitt in der Ebene, in der die mittlere Öffnung 2 zum Einbringen der Jntersuchungssubstanz und von Schutzgas und die seitlichen Öffnungen 3 zum Einbringen von Schutzgas liegen. In anderen Ausführungsformen dieser Art ist vorgesehen, daß die Öffnungen 3 in einer anderen Ebene liegen als die Öffnung 2. Das durch die Öffnungen 2 und 3 in das Innere des Graphitrohres 1 eingebrachte Schutzgas verläßt dieses über die offenen inden 4. Man erkennt ebenfalls die außen an den Enden des Graphitrohres 1 befindlichen angeschliffenen Kontaktflächen 5, denen die Elektroden zur Stromzuführung anliegen.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Ert'indting. Man erkennt, daß die Innenwand des Graphitrohres nach wie vor zylinderförraige Gestalt besitzt, daß aber die Außenwand

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des Graphitrohres davon in der Weise abweicht, daß die Wandstärke des Graphitrohres in der Mitte 6 einen maximalen Wert besitzt und nach den Enden 7 hin auf einen relativ geringen Wert stetig abnimmt. Diese Abnahme erfolgt symme-. trisch zur Mitte 6 und nicht linear über die Länge. Bei dieser Ausbildung des Graphitrohres ,besitzen die Enden 7 nur noch eine geringe Wandstärke, so daß die Festigkeit an diesen Stellen nicht sehr hoch ist und die Kontaktflächen 5 nicht mehr in der gewünschten Weise ausgebildet werden können. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit*ist ein anderes Ausführungsbeispiel entsprechend Figur 3 mit allgemein zylinderförmigen Endteilen 8 ausgebildet, deren Wandstärke mindestens der Wandstärke in der Mitte 6 des Graphitrohres entspricht, so daß sie leicht und in ähnlicher Weise wie die Enden des bekannten Graphitrohres nach Figur 1 mit angeschliffenen Kontaktflächen 5 versehen werden können.

In einer weiteren Ausführungsform des Graphitrohres in Figur 4 erkennt man ein Mittelteil 9 von allgemein zylinderförmiger Gestalt und zwischen diesem und den Endteilen 8 symmetrisch ausgebildete Zwischenteile 10. Diese Zwischenteile 10 besitzen eine von dem Mittelteil 9 zu den Endteilen 8 hin stetig abnehmende Wandstärke. Diese Abnahme der Wandstärke kann wie in den vorigen Beispielen nichtlinear über die Länge des Zwischenteils 10 erfolgen, sie kann aber auch - wie Figur 4 zeigt - linear erfolgen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend Figur 5 zeigt ein allgemein zylinderförmig gestaltetes Mittelteil 9» das von den Endteilen 8 durch ebenfalls zylinderförmig gestaltete Zwischenteile 11 getrennt ist. Diese Zwischenteile 11 besitzen eine geringere

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Wandstärke als das Mittelteil 9 und sind so angeordnet, daß sie sich nahe den Bndteilen 8 befinden. Figur 6 zeigt eine entsprechende Ausführungsform des Graphitrohres, bei dem mehrere solcher Zwischenteile mit unterschiedlichen Wandstärken 9' bzw. 11 vorhanden sind.

Das Graphitrohr nach Figur 7 entspricht in seinem Aufbau weitgehend dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 mit dem Unterschied, daß bei dieser Ausführungsform die Außenfläche allgemein zylindrische Gestalt besitzt, während die Innenfläche von dieser Gestalt abweicht, wodurch wiederum ein Mittelteil relativ großer Wandstärke, Zwischenteile 11 mit relativ geringer Wandstärke und Endteile 8 mit einer Wandstärke, die mindestens der des Mittelteils 9 entspricht, entstehen.

Das Graphitrohr nach Figur 8 ist eine Weiterentwicklung des Graphitrohres entsprechend Figur 2, bei dem die Enden des Graphitrohres jeweils mit einem Ringflansch 12 versehen sind, dessen Wandstärke nach außen hin zunimmt. So entspricht die Wandstärke an den den Enden des Graphitrohres unmittelbar anliegenden Teilen 13 der Wandstärke des Graphitrohres an den Enden 7, während die davon entfernt liegenden Außenteile 14 der Ringfläche 12 eine so hohe Wandstärke haben, daß sie mit angeschliffenen Kontaktflächen 5 zur Aufnahme der stromzuführenden Elektroden versehen werden können.

Die vorstehenden Ausführungsformeη eines erfindlungsgemäßen Graphitrohres stellen lediglich charakteristische Beispiele

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dafür dar, in welcher Weise durch die Formgebung des Graphitrohres der gewünschte Temperaturverlauf in der beheizten Küvette erreicht werden kann. So kann z.B. die Außenfläche so ausgestaltet sein, daß im Längsschnitt des Graphitrohres die Mantellinien nach Art eines Kreisbogens, einer Ellipse oder Parabel, eines Polygons oder nach irgendeiner anderen empirisch gefundenen Kurve verlaufen. Pur viele Zwecke ist es erwünscht, daß die Temperatur des beheizten Graphitrohres in einem Bereich nahe seinen Enden zu den Enden hin ansteigt. Auf diese Weise wird erreicht, daß nahe den Enden des so ausgebildeten Graphitrohres eine "Temperaturbarriere" erzeugt wird, die ein Eindringen von unzersetzter Substanz zwischen die Kontaktflächen 5 und die diesen anliegenden Slektroden praktisch unmöglich macht. Das zuletzt gezeigte Ausführun^sbeispiel nach Figur 8 ist in besonderem Maße geeignet, eine Absenkung der Temperatur des beheizten Graphitrohres an den Enden gegenüber der Mitte zu verhindern, indem die Kontaktflächen 5 und die diesen unmittelbar anliegenden Elektroden im Abstand zu den Enden 7 des Graphitrohres angeordnet sind.

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Claims

2U8777 Patentansprüche

1.) Elektriscli beheizbares Graphitrohr zur Verwendung in einer Graphitrohrküvette für die flammenlose Atomabsorptionsspektroskopie mit außen angeschliffenen Kontaktflächen zur Aufnahme von Elektroden für die Stromzuführung an seinen gegenüberliegenden Enden, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (1) zur Erzeugung einer für die fehlerfreie Messung der Atomabsorption günstigen Temperaturverteilung einen über seine Länge veränderlichen elektrischen.Widerstand pro Längeneinheit besitzt.

2. Graphitrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand pro Längeneinheit nach den gegenüberliegenden Enden (4) des Graphitrohres (1) hin zunehmend größer ist als in der Mitte (6), und daß das beheizte Graphitrohr über seine gesamte Länge im wesentlichen die gleiche Temperatur besitzt.

3. Graphitrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nahe den Enden (4) des Graphitrohres (1) schmale Bereiche mit in Bezug auf die dazu benachbarten Teile erhöhtem elektrischen Widerstand pro Längeneinheit vorgesehen sind, und daß das beheizte Graphitrohr einen zu seinen Enden hin gerichteten und bis in diese Bereiche hinein verlaufenden positiven Temperaturgral Lenton aufweist.

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4. Graphitrohr nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr einen über seine Länge hinweg veränderlichen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt.

5. Graphitrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr zur Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes über seine Länge aus Material mit unterschiedlichem Gefüge aufgebaut ist.

6. Graphitrohr nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (1) zur Änderung des elektrischen Widerstandes pro Längeneinheit über seine Länge veränderliche Formgebung aufweist.

7. Graphitrohr nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (1) über seine Länge eine veränderliche Formgebung aufweist und aus unterschiedlich zusammengesetztem Material besteht.

8. Graphitrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (1) mit einer über seine Länge veränderlichen Wandstärke versehen ist.

9. Graphitrohr nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine zylinderförmige Innenfläche und eine dem gewünschten Temperaturprofil des beheizten Graphitrohres angepaßte, von der Zylindergestalt abweichende Außenfläche.

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10. Graphitrohr nach Anspruch 8, p-ekennr,eic>'net rl irch eine z.yi inderförmige Außenfläche und eine dem gewünschten Temperaturprofil des beheizten,Graphitrohren (1) angepaßte, von der Zylindergestalt abweichende Innenfläche.

ο GraiDhitrohr nach Anspruch 0, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Zylindergestalt abweichende Innenfläche und eine von der Zylindergestalt abweichende Außenfläche vorgesehen sind_o

12. Graphitrohr nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch ,rrekenn zeichnet, daß das Graphitrohr (1) eine von der Mitte (6) FU den Enden (7) stetig abnehmende Wandstärke besitzt.

13. Graphitrohr nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch al] gemein sylinderförmige Endteile (8) mit «;e^rrenüber den Nachbarteilen vergrößerter Wandstärke mindestens mit angeschliffenen Kontaktflächen (5) zur Aufnahme der Elektroden.

H. Graphitrohr nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein allgemein zylindrisch ausgebildetes Mittelteil (9) und zwischen diesem und den "HMteilen (8) symmetrisch ausgebildete Zwischenteile (10) mit zu den.Endteilen hin stetig abnehmender Wandstärke.

15. Graphitrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Zwischenteile (10) zu den Endteilen (8) hin linear übe> ihre Länp-e abnimmt.

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BAD ORIGINAL

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16. Graphitrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Zwischenteile (10) zu den Endteilen (8) hin nichtlinear Über ihre Länge abnimmt.

17. Graphitrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Zwischenteile (9¹, 11) zylinderförmiger Gestalt zu jeder Seite des Mittelteils (9) mit in Bezug auf das Mittelteil gleicher bzw. geringerer Wandstärke vorgesehen sind.

18. Graphitrohr nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenteile (11) nahe den Endteilen (8) angeordnet sind.

19· Graphitrohr nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile als Ringflansche (12) mit angeschliffenen Kontaktflächen (5) zur Aufnahme der Elektroden ausgebildet sind.

20. G-raphitroh nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die den Enden (7) des Graphitrohres (1) unmittelbar anliegenden Teile (13) der Ringflansche eine geringe Wandstärke entsprechend der Wandstärke des Graphitrohrt:3 an dessen Enden und die mit den.angeschliffenen Kontaktflächen (5) versehenen Teile (14) der Ringflanscha eine relativ größere Wandstärke besitzen.

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