DE3528439A1

DE3528439A1 - Graphitrohrkuevette fuer die flammenlose atomabsorptions-spektroskopie

Info

Publication number: DE3528439A1
Application number: DE19853528439
Authority: DE
Inventors: Winfried Ing Grad Goenner; Hans-Peter Dipl Ing Kurtsiefer
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1987-02-19
Also published as: DE3528439C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Graphitrohrküvette für die flammenlose Atomabsorptions-Spektroskopie, bei welcher eine Probe in ein Graphitrohr eingebracht und durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch das Graphitrohr zur Bildung einer Atomwolke in dem Graphitrohr atomisiert wird und bei welcher zur Stromzufuhr zu den Graphitrohr mehrere Paare von Elektroden radial an der Mantelfläche des Graphitrohres anliegen.

Es sind Graphitrohrküvetten bekannt, bei denen ein Graphitrohr an seinen Stirnseiten zwischen ringför migen Elektroden gehalten wird. Eine zu atomisieren de Probe wird durch eine etwa in der Mitte des Graphitrohres vorgesehene Querbohrung in das Graphitrohr eingebracht. Es wird dann ein starker elektrischer Strom über die Elektroden durch das Graphitrohr geleitet. Dadurch wird das Graphitrohr auf hohe Temperaturen aufgeheizt. Die Probe wird atomisiert, so daß sie innerhalb des Graphitrohres eine Atomwolke bildet, in welcher die gesuchten Elemente der Probe in atomarem Zustand vorliegen. Ein Meßlichtbündel mit einem Linienspektrum, das den Resonanzlinien eines gesuchten Elements ent spricht, wird in Längsrichtung durch die Elektroden und durch das Graphitrohr geleitet. Aus der Absorp tion eines solchen Meßlichtbündels kann auf die Menge des gesuchten Elements in der Atomwolke und damit in der Probe geschlossen werden.

Die Elektroden sind gekühlt, so daß über die Elek troden ein Wärmeabfluß stattfindet. Die Wärme wird als Joulsche Wärme im wesentlich gleichmäßig über die gesamte Länge des Graphitrohres hinweg erzeugt. Infolge des Wärmeabflusses über die Elektroden sind jedoch die Enden des Graphitrohres etwas kühler als der mittlere Bereich. Das ist unerwünscht, da ein solches Temperaturgefälle zu einem Auseinander fließen der Probe zu den kühleren Enden hin führt. Es kann sich auch Probendampf an den kühleren Enden niederschlagen.

Durch die US-PS 44 07 582 ist eine Graphitrohrkü vette bekannt, bei welcher der elektrische Strom in Querrichtung durch die Graphitrohrküvette geleitet wird. Zu diesem Zweck liegen zwei Paare von Elek troden auf diametral gegenüberliegenden Seiten im Bereich der Enden des Graphitrohres an dessen Mantelfläche an. Dabei bilden die jeweils auf einer Seite des Graphitrohres anliegenden Elektroden, also jeweils eine Elektrode jedes Paares, die Enden eines gabelförmigen Elektrodenkörpers. Stromversor gungsmittel in Form etwa eines einzigen Netzteiles liegen zwischen diesen beiden Elektrodenkörpern. Es werden so Ströme in Querrichtung vorzugsweise über die Endbereiche des Graphitrohres geleitet. Es kann dadurch eine günstigere Temperaturverteilung des Graphitrohres erreicht werden.

Die vier Elektroden bilden mit dem Graphitrohr insgesamt vier Übergangswiderstände. Die Stromver teilung und damit auch die Temperaturverteilung über das Graphitrohr hängt sehr stark von diesen Übergangswiderständen ab. Unterschiedliche elek trische Übergangswiderstände führen zu einer un gleichmäßigen Aufheizung des Graphitrohres. Solche Unterschiede der Übergangswiderstände ergeben sich aus Oberflächenrauhigkeit, aus Fehlern in der Parallelität zwischen Kontaktflächen der Elektroden und Mantelfläche des Graphitrohres, aus Unterschie den in der Andruckkraft, mit welcher die Elektroden an dem Graphitrohr anliegen, sowie aus Fehlern der Homogenität der Werkstoffe. Es ist technisch sehr schwierig, gleiche Übergangswiderstände zu er reichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Graphitrohrküvette der eingangs genannten Art den Einfluß der Übergangswiderstände auf die Tempera turverteilung im Graphitrohr zu eliminieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die über verschiedene Paare von Elektroden zu geführten Heizströme von getrennten Stromversor gungsmitteln erzeugbar sind.

Während bei der bekannten Anordnung der Stromfluß von den einzigen Stromerzeugungsmitteln, z. B. einem Netzteil, sich nach Maßgabe der Übergangswider stände auf die beiden Strompfade verteilt, die über je ein Paar von diametral einander gegenüberliegen den Elektroden verlaufen, und der Strom jeweils im wesentlichen über den Weg des geringsten Widerstan des fließt, wird eine solche Veränderung der Strom verteilung bei der erfindungsgemäßen Anordnung ver mieden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Graphitrohr, das durch drei Paare von diametral einander gegenüber liegenden Elektroden beheizt wird.

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Beheizung.

Fig. 3 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 2 eine Anordnung mit zwei Paaren von Elektroden, wobei für jedes Paar von Elektroden ein gesonderter Netzteil vorgesehen ist.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführung ebenfalls mit zwei Paaren von Elektro den und insgesamt sechs gesonderten Netzteilen.

Fig. 5 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 ein Graphitrohr mit zwei Paaren von diametral einander gegenüberliegen den Elektroden entsprechend den Ersatz schaltbildern von Fig. 3 und 4.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 liegt an einem Graphitrohr 10 ein erstes Paar von diametral ein ander gegenüberliegenden Elektroden 12, 14 etwa in der Mitte des Graphitrohres 10 an dessen Mantel fläche an. Ein zweites und ein drittes Paar von Elektroden 16, 18 bzw. 20, 22, die ebenfalls diame tral einander gegenüberliegend angeordnet sind, liegen im Bereich der Enden des Graphitrohres 10 an dessen Mantelfläche an.

In Fig. 2 ist das zugehörige Ersatzschaltbild darge stellt. Es sind drei voneinander unabhängige Strom versorgungsmittel, z. B. Netzteile, vorgesehen, welche die Ströme über die Paare von Elektroden 12, 14 bzw. 16, 18 und 20, 22 leiten. Diese Stromver sorgungsmittel liegen an Klemmen 24, 26 bzw. 28, 30 bzw. 32, 34. In dem Ersatzschaltbild sind mit 36 und 38 die Übergangswiderstände zwischen den Elektroden 12 bzw. 14 und dem Graphitrohr 10 bezeichnet. In entsprechender Weise sind mit 40 und 42 die Über gangswiderstände zwischen den Elektroden 16 bzw. 18 und dem Graphitrohr 10 bezeichnet. Mit 44 und 46 sind die Übergangswiderstände zwischen den Elektro den 20 bzw. 22 und dem Graphitrohr 10 bezeichnet. Zwischen den Übergangswiderständen 36, 38 sowie 40, 42 und 44, 46 liegen die Widerstände der zwischen den Elektroden 12, 14 bzw. 16, 18 bzw. 20, 22 in Um fangsrichtung des Graphitrohres 10 gebildeten Strompfade. Diese Widerstände sind mit 48 bzw. 50 bzw. 52 bezeichnet. Die Ströme sind bei einer solchen Anordnung voneinander unabhängig, so daß nicht durch Veränderung eines Übergangswiderstandes ein Strom von einem Strompfad auf den anderen "umgeleitet" werden kann. Auf diese Weise werden eindeutigere Temperaturprofile an dem Graphitrohr erhalten. Es können auch bestimmte, gewünschte Temperaturprofile erreicht werden, indem beispiels weise die Ströme über die Strompfade 50 und 52 stärker gewählt werden als der Strom über den Strompfad 48, wodurch eine stärkere Wärmeentwick lung an den Enden des Graphitrohres 10 erreicht wird als in der Mitte.

Fig. 3 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2 ein Graphitrohr 10 mit zwei Paaren von diametral ein ander gegenüberliegenden Elektroden, die durch Übergangswiderstände 54, 56 bzw. 58, 60 dargestellt sind. Die beiden Paare von diametral einander gegenüberliegenden Elektroden liegen in axialem Abstand voneinander an der Mantelfläche des Graphitrohres 10 an. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 liegen die Elektroden auch in axialem Abstand von den Enden des Graphitrohres 10 an der Mantel fläche des Graphitrohres 10 an. Erste Stromversor gungsmittel, d. h. ein erstes Netzteil, liegt über Klemmen 62, 64 an den beiden Elektroden des ersten Paares an. Zweite Stromversorgungsmittel, nämlich ein zweites Netzteil, liegen über Klemmen 66, 68 an den beiden Elektroden des zweiten Paares an. Mit 70 und 72 sind wieder in dem Ersatzschaltbild die Widerstände der Strompfade zwischen den Elektroden längs des Umfanges des Graphitrohres 10 bezeichnet.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 hat einen ähnlichen Grundaufbau wie die Ausführung nach Fig. 3. Ent sprechende Teile sind mit den gleichen Bezugs zeichen versehen wie in Fig. 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind ebenfalls zwei Paare von diametral einander gegenüberlie genden Elektroden in axialem Abstand voneinander und in axialem Abstand von den Enden des Graphit rohres 10 an der Mantelfläche des Graphitrohres 10 anliegend vorgesehen. Die Übergangswiderstände sind mit 54, 56 bzw. 58, 60 bezeichnet. An den beiden Elektroden des ersten Paares liegen erste Stromver sorgungsmittel über Klemmen 62 und 64 an. Zweite Stromversorgungsmittel liegen über Klemmen 66, 68 an den beiden Elektroden des zweiten Paares an. Inso weit stimmt die Anordnung nach Fig. 4 mit der Anord nung nach Fig. 3 überein. Es sind aber weiterhin dritte Stromversorgungsmittel vorgesehen, welche zwischen einer ersten Elektrode 74 des ersten Paares 74, 76 und einer auf der gleichen Seite des Graphitrohres 10 angeordneten ersten Elektrode 78 des zweiten Paares 78, 80 angeordnet sind. Diese dritten Stromversorgungsmittel liegen an Klemmen 82 und 84 an. Weiterhin sind vierte Stromversorgungs mittel vorgesehen, welche zwischen der zweiten Elektrode 76 des ersten Paares und der auf der gleichen Seite des Graphitrohres angeordneten zweiten Elektrode 80 des zweiten Paares angeordnet sind. Diese Stromversorgungsmittel liegen an den Klemmen 86 und 88 an.

Fünfte Stromversorgungsmittel sind zwischen der ersten Elektrode 74 des ersten Paares und der zweiten Elektrode 80 des zweiten Paares angeordnet. Diese Stromversorgungsmittel liegen an Klemmen 90 und 92 an. Sechste Stromversorgungsmittel sind zwischen der zweiten Elektrode 76 des ersten Paares und der ersten Elektrode 78 des zweiten Paares an geordnet. Diese Stromversorgungsmittel liegen an Klemmen 94 und 96 an. Die Stromversorgungsmittel sind in Fig. 4 jeweils durch Pfeile zwischen den betreffenden Klemmen symbolisiert.

Zwischen den Elektroden 74, 76, 78 und 80 werden außer den erwähnten Strompfaden 70 und 72 weitere Strompfade gebildet, die bei der Anordnung von Fig. 4 Bedeutung gewinnen und in dem Ersatzschalt bild von Fig. 4 durch Widerstände dargestellt sind. Das sind Widerstände 98 und 100 in Längsrichtung des Graphitrohres zwischen den Elektroden 74 und 78 bzw. 76 und 80. Weiterhin ergeben sich Strompfade zwischen den Elektroden 74 und 80 und den Elek troden 76 und 78, die in Fig. 4 durch Widerstände 102 bzw. 104 dargestellt sind. Durch eine ge steuerte Phasenverschiebung der Stromversorgungen untereinander können Ströme über diese Strompfade erzeugt werden, die entsprechende Joulsche Wärme in dem Graphitrohr 10 erzeugen. Hierdurch und durch die räumlich paarweise veränderbaren Elektroden 74 und 76 bzw. 78 und 80 ergibt sich eine sehr hohe Flexibilität hinsichtlich der Erzeugung eines gewünschten Temperaturprofils in dem Graphitrohr 10.

Claims

1. Graphitrohrküvette für die flammenlose Atomab sorptions-Spektroskopie, bei welcher eine Probe in eine Graphitrohr (10) eingebracht und durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch das Graphitrohr (10) zur Bildung einer Atomwolke in dem Graphitrohr (10) atomisiert wird und bei welcher zur Stromzufuhr zu dem Graphitrohr (10) mehrere Paare von Elektroden (12, 14, 16, 18, 20, 22 bzw. 74, 76, 78, 80) radial an der Mantelfläche des Graphitrohres (10) anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die über verschiedene Paare von Elektroden (12, 14, 16, 18, 20, 22 bzw. 74, 76, 78, 80) zugeführten Heizströme von getrennten Stromversorgungsmitteln (28, 30, 32, 34 bzw. 62, 64, 66, 68; 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96) erzeugbar sind.

2. Graphitrohrküvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsmittel von je einem Netzteil gebildet sind.

3. Graphitrohrküvette nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß an dem Graphitrohr (10) zwei Paare von diametral einander gegen überliegenden Elektroden (74, 76, 78, 80) in axialem Abstand voneinander an der Mantelfläche des Graphitrohres (10) anliegen.

4. Graphitrohrküvette nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (74, 76, 78, 80) in axialem Abstand von den Enden des Graphitrohres (10) an der Mantelfläche des Graphitrohres (10) anliegen.

5. Graphitrohrküvette nach Anspruch 3, gekenn zeichnet durch

(a) erste Stromversorgungsmittel (62, 64), welche an den beiden Elektroden (74, 76) des ersten Paares anliegen und
(b) zweite Stromversorgungsmittel (66, 68), welche an den beiden Elektroden (78, 80) des zweiten Paares anliegen.

6. Graphitrohrküvette nach Anspruch 5, gekenn zeichnet durch

(c) dritte Stromversorgungsmittel (82, 84), welche zwischen einer ersten Elektrode (74) des ersten Paares und einer auf der gleichen Seite des Graphitrohres (10) angeordneten ersten Elektrode (78) des zweiten Paares angeordnet sind, und
(d) vierte Stromversorgungsmittel (86, 88), welche zwischen der zweiten Elektrode (76) des ersten Paares und der auf der gleichen Seite des Graphitrohres (10) angeordneten zweiten Elektrode (80) des zweiten Paares angeordnet sind.

7. Graphitrohrküvette nach Anspruch 6, gekennzeich net durch

(e) fünfte Stromversorgungsmittel (90, 92), welche zwischen der ersten Elektrode (74) des ersten Paares und der zweiten Elektrode (80) des zweiten Paares angeordnet sind, und
(f) sechste Stromversorgungsmittel (94, 96), welche zwischen der zweiten Elektrode (76) des ersten Paares und der ersten Elektrode (78) des zweiten Paares angeordnet sind.

8. Graphitrohrküvette nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein erstes Paar von diametral einander gegenüberliegenden Elektroden (12, 14) etwa in der Mitte des Graphitrohres (10) an diesem anliegt und
(b) ein zweites und ein drittes Paar von dia metral einander gegenüberliegenden Elek troden (16, 18 bzw. 20, 22) im Bereich der Enden des Graphitrohres (10) an diesem anliegt.