DE3416437A1

DE3416437A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektrothermischen atomisierung einer analysenprobe

Info

Publication number: DE3416437A1
Application number: DE19843416437
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr. DDR 1170 Berlin Falk
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1984-05-04
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1985-11-07
Also published as: GB8412359D0; US4660976A; GB2159028B; GB2159028A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur elektrothermischen Atomisierung einer Analysenprobe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrothermisohen Atomisierung einer Analysenprobe und ist sowohl bei atomabsorptionsspektroskopisohen als auoh atorafluoreszenzspektroskopisohen Untersuchungen anwendbar. Elektrothermisch^ Atomisatoren (ETA) dienen der Überführung flüssiger oder fester Analyten in den Zustand einer weitgehend vollständigen Dissoziation in atomare Bestandteile« Die seit langem bekannten Vorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einem meist als Graphitrohr ausgebildeten Atomisatorkörper, der in einer Schutzgasatmosphäre innerhalb eines elektrothermischen Atomisators angeordnet ist« Allen bekannten ETA ist es gemeinsam, daß sie eine endliche Zeit 1L für die vollständige Verdampfung und Atomisierung eines Analyten benötigen und die freigesetzten Atome nur eine bestimmte Zeit tg in einem zur Beobachtung geeigneten Raum innerhalb des Atomisatorkörpers verbleiben· Das Meßsignal eines spektroskopischen Analysensignals wird bei gegebener Analysenprobe um so größer, Je kleiner t. und je gr'oßex t₂ gemaoht werden kann. Aus CL. Chakrabati et al., Anal. Chem. 52, 167 (1980) ist es bekannt, extrem hohe Aufheizraten des ETA von der Größenordnung einiger 10 kK/s zu verwenden, um ein

Verhältnis t.« t_o zu erreichen.
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Dieses Verfahren ist experimentell aufwendig und prinzipiell durch die Einsteilzeiten für die thermodynamischen Gleichgewichte zwischen dem aufgeheizten Atomisatorkörper und der Analysenprobe bzw, des verwendeten Füllgases begrenzt und gestattet keine Erhöhung von t^ und damit des zeitlichen Integrals über den Signalpeak·

Es ist das Ziel der Erfindung die Naohteile des Standes der Technik zu vermeiden und das Nachweisverraögen und die Genauigkeit atomspektroskopischer Geräte, die auf elektro— thermischer Atomisierung beruhen:, zu verbessern bei gleichzeitiger Erhöhung der Probenmengen, die im ETA mit minimalen Verlusten verarbeitet werden können*

Die Aufgabe der Erfindung, die Residenzzeit der Atomwolke durch Verminderung der thermischen Expansion zu verlängern, wird durch ein Verfahren zur elektrothermisehen Atomisierung einer Analysenprobe, bei dem vor der Atomisierung eine Trocknung und eine Veraschung der Analysenprobe unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindestens während der mit einer Temperaturerhöhung verbundenen Atomisierung eine Erhöhung des Schutzgasdruokes symmetrisch; zur Analysenprobe erfolgt und daß das Verhältnis von Anfangsdruck zu Enddruok mindestens gleich dem Verhältnis von Anfangstemperatur zu Endtemperatur ist* Vorteilhaft wird der Anstieg des Schutzgasdruokes in der Atomislerungsphase langer aufrechterhalten als die Dauer des Temperaturanstieges,

Zur Lösung der Aufgabe dient weiterhin eine Vorrichtung zur elektrothermisohen Atomisierung einer Analysenprobe, die in einer Schutzgashülle zwisohen zwei von einem als Hohlkörper ausgebildeten und aus zwei Teilen bestehenden Gehäuse eine von Elektroden; umgebene Küvette enthält·

Dabei wird eine Elektrode von einem Teil die andere Elektrode vom zweiten Teil des Gehäuses aufgenommen. Beide Teile sind hermetisch miteinander verbindbar, wobei im ersten Teil des Gehäuses eine radial geriohtete Öffnung vorgesehen ist, die mit einer Öffnung im Zentrum der Küvette fluchtet· Weiterhin besitzt das Gehäuse von außen in das Innere geführte, der Küvette sowohl stirnseitig benachbarte als auch auf deren Zentrum gerichtete mit einer Sohutzgasquelle verbundene Zuführungen.

Der zweite Teil des Gehäuses ist mit seiner der Küvette abgewandten Seite beweglioh und hermetisch mit einem dritten, mit dem ersten Gehäuseteil koppelbaren Gehäuseteil verbunden. Der erste und der dritte Gehäuseteil sind durch Fenster und die Öffnung im ersten Teil des Gehäuses durch einen zu öffnenden Verschluß abgedichtet, die Sohutzgaszuführungen regelbar mit mindestens einem weiteren Druckbehälter gekoppelt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden*
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt duroh einen elektrothermischen Atomisator zur Durchführung des erfindungsgeraäßen

Verfahrens
Fig. 2 ein System zur Schutzgasführung.

In Fig· 1 wird ein als Graphitrohr 1 ausgebildeter Atoraisator, der eine Bohrung 2 aufweist, von zwei Graphitelektroden 3, 4, die in hermetisch miteinander verbundenen Teilen 5, 6 eines Gehäuses 7 eingepaßt sind, gehalten· Das Gehäuse 7 ist als Hohlkörper ausgebildet, der an seinen Enden mit Fenstern 8, 9

verschlossen ist_r wobei das Fenster 9 innerhalb eines dritten Teiles 10 des Gehäuses 7 angeordnet ist. Das Teil 5 weist eine radial gerichtete Öffnung 11 auft die mit einem um eine an dem Gehäuse 7 befestigte Achse 12 drehbaren Verschluß 13 luftdicht vera?iegelbar ist·

Für eine konstante Kontaktkraft zwischen den Elektroden 3, 4 und dem Graphitrohr 1 unabhängig vom Gasdruck innerhalb des Gehäuses 7 , ist der Teil 6 zwischen beweglichen Gummidichtungen 14, 15 mittels Schrauben 16, 17 aufgehängt.

Die Teile 5 und 6 werden duroh eine Feder 18 aneinander gedrückt· Zwischen den Teilen 5 und 10 besteht eine feste, lösbare Verbindung über ein Schloß 19 , das nur zum Wechsel des Graphitrohres 1 geöffnet wird. Die Teile 5, 6 und 10 besitzen geeignete Kanäle, die in Fig· 1 nicht dargestellt sind, zur Führung eines Kühlwasser stromes.

Um mögliche Kondensate während der Trooknungs- und Veraschungsphase von den Fenstern 8, 10 fernzuhalten, sind in die Teile 5 und 6 Zuführungen 20, 21 von außen in das Innere dieser Teile geführt, duroh die ein sogenannter innerer Gasstrom geleitet wird, der durch den Innenraum des Graphitrohres 1 hindurchströmt und duroh die Bohrung 2 und die Öffnung 11 entweicht· Ein äußerer Gasstrom wird durch eine Zuführung 22 einem Kanal 23 , der das Graphitrohr 1 umgibt, zugeführt und schützt vor Oxydation beheizter Teile·

Während die Zuführungen 20 und 21 einerseits über ein Ventil 24 mit einer Sohutzgasquelle 25 andererseits

Über ein Ventil 26 mit einer Druckflasche 27 , gekoppelt sind, ist die Zuführung· 22 entweder über ein Nadelventil 28 mit der Druckflasche 27 oder über ein Ventil 29 an die Schutzgasquelle 25 angeschlossen.

Der Druckflasche 27 ist ein Ventil 30 vorgeschaltet, das mit einer Temperaturregeleinrichtung 31 zur Aufheizung des Graphitrohres 1 elektrisch schaltbar in Verbindung steht·

Während der Trocknungs- und Veraschungsphase ist das Ventil 26 geschlossen, und die Ventile 24 und 29 sind geöffnet, um sowohl einen inneren als auch einen äußeren Gasstrom in Bezug auf den Atomisator zu realisieren* Die in diesen beiden Phasen entstehenden Dämpfe treten über die Öffnung 11 aus. Dabei ist der Verschluß 13 geöffnet· Während der Atoraisierungsphase wird das Ventil 30 geöffnet, gesteuert durch die Verbindung zur Teraperaturregeleinrichtung 31 , so daß der Gasdruok im Graphitrohr 1 ansteigt.

Die Geschwindigkeit des Druckanstieges ist durch Einstellung der Durchflußmenge mit Hilfe des Nadelventils 28 unter Berücksichtigung des Gasdruckes in der Druokflasche 27 veränderbar.

Beträgt der Temperaturanstieg während der Atomisierungsphase 1000 K/s beginnend bei 1000 K, dann muß der Gasdruok innerhalb des Atomisators von etwa 10OkPa auf 18OkPa während einer Sekunde erhöht werden» Die Residenzzeit von Analytatomen, welche durch die Diffusion bestimmt.wird, beträgt ungefähr 0,5-1,0 s· Um auch diesen Verlust zu kompensieren, ist zusätzlich ein Druckanstieg von 100-200KPa/s notwendig.

Der Gesamtdruokanstieg beträgt somit ungefähr 200-300 KPa/s, Zur zusätzlichen Drucksteuerung ist ein weiteres Nadelventil 32 eingebaut.

Claims

Pat ent anspruohfc

1· Verfahren zur elektrotherroisehen Atomisierung einer Analysenprobe, bei dem vor der Atomisierung eine Trocknung und eine Veraschung der Analysenprobe unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der mit einer Temperaturerhöhung verbundenen Atomisierung eine Erhöhung des Sohutzgasdruckes symmetrisch zur Analysenprobe erfolgt, und daß das Verhältnis von Anfangsdruok zu Enddruck mindestens gleich dem Verhältnis von Anfängstemperatur zu Endtemperatur ist·
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg des Schutzgasdruokes langer aufrechterhalten wird als die Dauer des Temperaturanstieges.

3· Vorrichtung zur elektrothermischen Atomisierung einer Analysenprobe, die in einer Sohutzgashülle zwischen zwei, von einem als Hohlkörper ausgebildeten und aus zwei Teilen bestehendem Gehäuse eine von Elektroden umgebene Küvette enthält, wobeil der eine Teil die eine Elektrode und der zweite Teil die andere Elektrode aufnimmt und beide Teile hermetisch miteinander, verbindbar sind, im ersten Teil des Gehäuses eine radial gerichtete Öffnung vorgesehen ist, die mit einer Öffnung im Zentrum der Küvette fluchtet und zur Küvette sowohl stirnseitig benachbarte als auch auf deren Zentrum gerichtete, durch das Gehäuse von außen in das Innere geführte, mit einer Schutzgasquelle verbundene Zuführungen vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch*, daß der zweite Teil des Gehäuses mit seiner der Küvette abgewandten Seite beweglioh und hermetisch mit einem dritten, mit dem ersten Gehäuseteil koppelbaren Gehäuseteil verbunden ist, der erste und der dritte Gehäuseteil durch Fenster und die Öffnung im ersten Teil des Gehäuses durch einen zu öffnenden Verschluß abgedichtet und daß die Schutzgaszuführungen regelbar mit mindestens einem weiteren Druckbehälter gekoppelt sind*

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