CN110520714B - 用于雾化炉的管式炉装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于雾化炉的管式炉装置和一种包括雾化炉和管式炉装置、特别是用于原子吸收光谱的雾化炉的分析设备，该管式炉装置包括样品载体工具(11)和用于支撑和形成与样品载体工具的电接触的支承工具(12)，样品载体工具具有形成用于接纳分析物的管状接纳空间(17)的接纳管(16)，样品载体工具在接纳管上具有两个支承突起，用于与支承工具形成连接，支承突起相对于接纳管的纵向轴线垂直地、优选正交地延伸，其中管式炉装置具有接触压力工具(13)，通过该接触压力工具，相对于接纳管的圆形横截面(21)，在前行线(20)的方向上能够将接触压力(14)施加到支承突起上。

Description

用于雾化炉的管式炉装置
技术领域
本发明涉及一种用于分析设备的雾化炉的管式炉装置，特别是用于原子吸收光谱的雾化炉，该管式炉装置包括样品载体工具和用于支撑和形成与样品载体工具的电接触的支承工具，样品载体工具具有形成用于接纳分析物的管状接纳空间的接纳管，样品载体工具在接纳管上具有两个支承突起，用于与支承工具形成连接，支承突起相对于接纳管的纵向轴线垂直地、优选正交地延伸。
背景技术
用于原子吸收光谱(AAS)的雾化炉，特别是用于石墨炉原子吸收光谱(GF-AAS)的雾化炉是众所周知的，其中石墨炉或石墨管被电加热以雾化分析物。石墨炉或管式炉装置通常具有包括接纳空间的样品载体工具，该接纳空间具有管状设计。在管状接纳空间内，分析物可以直接在接纳空间内或在接纳空间内的碗形平台上雾化。对于光谱分析，管状接纳空间的纵向端始终是开放式设计。管状接纳空间由石墨制成的样品载体工具的接纳管形成。接纳空间或接纳管可以纵向或横向加热。也就是说，加热电流可以从接纳管的纵向端流过接纳管的长度，或者接纳管可以通过位于其壳体的相对侧上的支承突起提供有电接触，使得电流流过垂直于其纵向轴线的接纳管。在这种情况下，支承突起被支撑并且在管式炉装置的支承工具中设置有电接触。与接纳管的纵向加热相比，可以通过横向加热实现在接纳空间的整个长度上改善的温度一致性。
根据用于原子吸收光谱测定的分析设备的配置和制造商，已知不同的适合于相应的雾化炉的样品载体工具。例如，已知的样品载体工具用它们的支承突起夹在管式炉装置的支承工具之间。在这种情况下，夹紧力垂直于接纳管的纵向轴线而施加到样品载体工具或支承突起上并且因此施加到接纳管上。同时，通过支承工具或通过支承工具的相对的支承座形成导电接触。由于接纳管由此定位在支承座之间，所以支承座的接触压力在接纳管的纵向轴线上相对于接纳管在径向方向上实现。因此，接纳管的壁厚必须被尺寸设计成使得防止由于接触压力引起的接纳管的不希望的变形或破坏(特别是当接纳管被加热时)。
例如，还已知具有支承突起的样品载体工具，所述支承突起通过接纳管处的横向肋加强，以便实现接触压力在接纳管的壳体上的改善的分布。然而，由于它们的几何形状，这些样品载体工具只能通过机械加工由石墨复杂地制造。此外，保护气(shielding gas)在接纳管处导向。在该上下文中，已知保护气沿着支承突起通过支承座中的孔在接纳管处导向。然而，存在的缺点是在管式炉装置上会发生所谓的烟囱效应，这会导致气流在接纳管上的不希望的变化。此外，样品载体工具的加热导致接纳管的长度或尺寸由于热膨胀而改变，这又影响支承工具中的夹紧情况并因此影响接触压力。这些描述的效果也对测量结果的再现性产生不利影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种管式炉装置，其以降低的成本提供更精确的测量结果。
该目的通过具有权利要求1的特征的管式炉装置实现。
根据本发明的用于雾化炉的管式炉装置，特别是用于原子吸收光谱的雾化炉，包括样品载体工具和用于支撑和形成与样品载体工具的电接触的支承工具，所述样品载体工具具有形成用于接纳分析物的管状接纳空间的接纳管，所述样品载体工具在所述接纳管上具有两个支承突起，用于与所述支承工具形成连接，所述支承突起相对于所述接纳管的纵向轴线垂直地、优选正交地延伸，其中管式炉装置具有接触压力工具，通过该接触压力工具，相对于所述接纳管的圆形横截面，在前行线的方向上接触压力能够被施加到所述支承突起上。
在现有技术中已知的管式炉装置的情况下，接触压力总是在径向方向上实现，以便指向接纳管的纵向轴线，通过支承工具或通过支承座的支承工具，接触压力施加到支承突起上。相反，根据本发明的管式炉装置设置有接触压力工具，该接触压力工具设计成使得此处在支承突起上也施加接触压力以形成充分的电接触。然而，关于接纳管的圆形横截面，接触压力沿着前行线的方向施加到支承突起上，即经过接纳管或经过圆形横截面。因此，样品载体工具可以可拆卸地支撑在支承工具上或者夹紧在支承工具上，并且还可以设置有电接触，而接触压力或接触压力的力分量没有在接纳管处导向。因此，接纳管不需要具有特别厚的壁或壁厚或用于转移接触压力的加强肋。接纳管的壁厚也可以显著减小，这有利地减少了接纳管的加热时间。而且，由于没有加强肋，接纳管和样品载体工具的结构不那么复杂，因此可以以较低的成本生产。考虑到样品载体工具必须定期更换的事实，这是特别有利的。而且，接触压力将不在接纳管的热膨胀方向上导向，这提高了测量结果的再现性。
有利地，管式炉装置可以完全由石墨制成。在这种情况下，管式炉装置可以由多个部件制成，并且管式炉装置的所有部件或单个部件可以热解涂覆，这允许实现管式炉装置和特别是样品载体工具的更长的使用寿命。
此外，接纳管通过支承突起可以设置为能够横向电加热。这允许确保接纳管的整个长度上的温度一致性。
支承突起可以由支承主体和支撑腹板(web)构成，支撑腹板能够将支承主体连接到接纳管。支撑腹板可以与接纳管一体形成，并且支承体又可以与支撑腹板一体地形成。因此，接纳管也可以与两个支承突起一体制成。以这种方式形成的样品载体工具可以通过机械加工石墨体来生产。如果相应的支承主体和支撑腹板在接纳管的纵向轴线的方向上以连续轮廓的方式设计，则样品载体工具的制造特别简单，这是因为不必形成特殊的几何轮廓，例如加强肋。
此外，接触压力工具可以具有两个接触压力元件，并且每个接触压力元件可以与支承突起相关联。借助于接触压力元件，因此可以独立地向每个支承突起施加接触压力。
接触压力元件可以布置在支承突起上，使得接触压力可以相对于支承突起的纵向轴线垂直地、优选正交地施加到支承突起上。优选地，支承突起的纵向轴线可以正交于接纳管的纵向轴线延伸并与接纳管的纵向轴线相交。这确保了接触压力不再直接作用在接纳管上，而是仅作用在支承突起上。接触压力元件也可以松散地布置在支承突起上，这允许样品载体工具从支承工具中取出，并且如果需要，可以通过简单地松开接触压力工具来更换，这取决于是否施加接触压力。此外，可以通过接触压力元件为支承突起提供电接触，特别是如果接触压力元件彼此不直接电接触或者彼此电隔离。
在一个接触压力元件中，可以形成通道开口，该通道开口可以与形成在用于接纳分析物的接纳管的壁中的开口共轴。例如，这允许分析物容易地通过接触压力元件中的通道开口引入接纳管中的开口中并因此进入接纳空间。因此，所讨论的接触压力元件也将大于另一个接触压力元件。接触压力元件布置在接纳管上方或样品载体工具上方并且除了通道开口之外覆盖接纳管的事实导致接纳管的有利的热屏蔽。
支承工具可以具有两个支承座，并且每个支承座可以与支承突起相关联。支承座可以相对于接纳管的纵向轴线对称布置，在这种情况下，一个支承座也可以比另一个支承座大，这允许接纳管的盖借助支承座在接纳管下方形成。特别地，支承座可以设计成为支承突起提供电接触，这意味着支承座不会彼此导电连接，即彼此电隔离。
支承突起可以分别布置在接触压力元件和支承座之间。以这种方式，每个支承突起可以接纳在接触压力元件和支承座之间并且设置有电接触。
在该上下文中，相应的接触压力元件和相应的支承座可以相对于彼此布置，使得形成电隔离间隙，该电隔离间隙将相应的接触压力元件和相应的支承座彼此电隔离。以这种方式，还可以使电流通过支承突起在垂直方向上相对于接纳管流过接纳管，以横向加热接纳管。电隔离间隙可以由电介质、特别是由空气形成。
特别是由于接触压力元件和支承座不直接相互连接，因此可以设计接触压力元件及其相关的支承座，使得它们形成用于支撑样品载体工具的浮动支承。因此，另一接触压力元件及其相关联的其他支承座可以形成用于支撑样品载体工具的固定支承。然而，原则上，管式炉装置也可以具有两个浮动支承。通过形成浮动支承，可以允许在垂直于接纳管的纵向轴线的样品载体工具的热膨胀和长度变化而不会使接纳管受到由于长度变化而可能使接纳管变形的力。
支承突起和支承座可各自形成具有支承突起的支承表面的接触表面对和支承座的座表面。因此，支承突起的支承表面抵靠支承座的座表面搁置，这允许样品载体工具被支撑并在接触压力的作用下通过接触表面对而设置有电接触。
接触表面对可以实现为使得避免接触压力对接纳管的力作用。根据接触表面对的布置和设计，可以防止接触压力或接触压力的力分量作用在接纳管上。在特别简单的实施方式中，接触表面对布置在共用的接触表面平面中，接纳管的纵向轴线延伸穿过该平面。
座表面还可以具有两个部分表面，其中第一部分表面可以是平行于接触压力的有效方向，第二部分表面可以垂直于接触压力的有效方向，接触压力的力分量通过第二部分表面可以施加到第一部分表面上。可选地，两个部分表面也可以垂直于接触压力的有效方向，例如，部分表面相对于竖直平面或前行线布置成V形。在这两种情况下，可以沿其有效方向穿过部分表面而在部分表面上施加接触压力，使得支承座的支承突起或相应的部分表面压靠在座表面的部分表面上。因此，一方面可以将支承突起牢固地固定到相应的支承座上，另一方面可以同时建立可靠的电接触。
此外，管式炉装置可包括用于在接纳管上形成气流的气体传导工具。如果借助于气体传导工具形成在接纳管处直接导向的气流，则可以避免现有技术中已知的烟囱效应，从而允许向接纳器形成保护气的更恒定供应，以及因此也允许由于气流的潜在冷却效应带来的接纳管的更高的温度一致性。
每个支承座可以形成气体传导工具的气体导管。因此，气体或保护气可以通过支承座引导到样品载体工具。气体导管可以是简单的通道孔。
支承突起可以具有气体传导工具的通孔，其可以朝向接纳管的方向延伸。多个通道孔可以形成在支承突起上，例如在接纳管的纵向轴线上方和下方的排中。气体可以通过气体传导工具的气道供应到通道孔。在支承突起中的这种通道孔易于生产并且确保气体的均匀分布和在接纳管上的流动。
此外，通道孔可以通过接触表面对以密封方式连接到相应的气体导管。特别地，如果可以通过接触压力实现接触表面对的足够的表面压力，则支承表面可以与座表面密封接触，这允许相应的气体有利地供应到通道孔。
支承座可各自由连接销形成，用于将管式炉装置连接到雾化炉的管式炉座。采用相应的连接销，支承座和基本上整个管式炉装置因此可以支撑在雾化炉的管式炉座上。也可以通过连接销提供能量和气体。连接销可以从现有技术中已知的连接销来实现，使得已知的样品载体工具可以简单地用根据本发明的管式炉装置代替。
管式炉装置可包括用于覆盖样品载体工具的纵向端的盖工具，并且盖工具可由板状盖元件组成，所述盖元件具有与接纳管共轴的通道开口。借助于板状盖元件，因此可以形成样品载体工具的外壳型盖元件，通过该盖可以建立到接纳管的保护气的供应，并且可以部分地建立隔热。借助于通道开口，仍然可以光学地测量接纳空间中的分析物，因为通道开口优选地与接纳空间的直径一样大或大于接纳空间的直径。
分析设备，特别是用于原子吸收光谱的分析设备，可包括雾化炉，该雾化炉具有根据本发明的管式炉装置。根据回引权利要求1的装置权利要求，分析设备的其他实施方式变得显而易见。
附图说明
在下文中，将参考附图更详细地解释本发明的优选实施方式。
在图中：
图1示出管式炉装置的立体图；
图2示出管式炉装置的局部立体图；
图3示出接触压力工具的立体图；
图4示出管式炉装置的前视图；
图5示出样品载体工具和支承工具的前视图；
图6示出样品载体工具的前视图；
图7示出样品载体工具的俯视图；
图8示出样品载体工具的立体图；
图9示出支承工具的立体图；和
图10示出管式炉装置的局部立体图。
具体实施方式
图1至10的组合视图以不同视图示出了管式炉装置10及其部件。管式炉装置10完全由石墨制成，并配置用于雾化炉，特别是用于原子吸收光谱的雾化炉。管式炉装置10包括样品载体工具11，用于支撑和形成与样品载体工具11的电接触的支承工具12，以及接触压力工具13，通过该接触压力工具13，用箭头14表示的接触压力可以施加到样品载体工具11的支承突起15上。
样品载体工具11还具有接纳管16，其形成用于接纳分析物(未示出)的管状接纳空间17，支承突起15一体地形成在接纳管16上。在该情况下，支承突起15正交于接纳管16的纵向轴线18延伸，支承突起15的另一纵向轴线19与纵向轴线18正交地交叉。接触压力工具13特别地布置和配置成使得相对于接纳管16的圆形横截面21，在前行线20的方向上，接触压力可以施加到支承突起15上。
接触压力工具13具有两个接触压力元件22和23，通道开口24形成在接触压力元件22中，所述通道开口24与形成在接纳管16的壁25中的孔26共轴，用于供应分析物。接触压力元件22大于接触压力元件23并且基本上朝向顶部覆盖样品载体工具11。在每个接触压力元件22和23上，一体地形成接触压力销27，通过该接触压力销27，可以在各个情况下引入接触压力。此外，接触压力元件22和23通过间隙28彼此隔开一定距离布置，使得它们彼此电隔离。
支承工具12具有两个支承座29和30，它们也通过间隙28彼此间隔开。在每个支承座29和30上，连接销31一体地形成，通过该连接销31，支承座29和30可以连接到雾化炉的管式炉座(未示出)。在每个支承座29和30中形成直的通道孔33形状中的气体导管32。支承座29尤其比支承座30大，支承座29朝向底部覆盖样品载体工具11，因此将其热屏蔽。
样品载体工具11的支承突起15各自由支承主体34和板状支撑腹板35组成，支撑腹板35在各个情况下将支承主体34连接到接纳管16。在支承主体34上形成支承表面36，支承表面36抵靠座表面37放置，座表面37在各个情况下由支承座29和30中的一个形成。这样形成的接触表面对38允许在样品载体工具11和支承工具12之间形成导电连接。特别地，座表面37具有第一部分表面39和第二部分表面40，第一部分表面39平行于由箭头14表示的接触压力的有效方向，第二部分表面40垂直于所述有效方向。通过将第二部分表面40布置在相对于接触压力的有效方向成45°的角度处，实现接触压力的力分量(未示出)，其通过支承主体34在第一部分表面39上施加力分量。因此，支承表面36的第一部分支承表面41与第一部分表面39接触，第二部分支承表面42与第二部分表面40接触。
在每个支承主体34中，气体传导装置43通过通道孔44形成在另一纵向轴线19的方向上。每个通道孔44通过气体传导工具43的分配室45与相应的通道孔33连通，接触压力的力分量将第一部分表面39以密封方式压靠在第一部分支承表面41上，使得保护气可以通过气体导管32流入分配室45并随后通过通道孔44并且以导向方式到接纳管16上。因此，可以避免保护气的不希望的涡流或烟囱效应。来自分配室45，通道孔44布置在上排46和下排47中，在上排46中，它们在支撑腹板35上方终止，并且在下排47中，它们在支撑腹板35下方终止。保护气因此可有利地围绕接纳管16流动。此外，设置管式炉10的盖工具48，其由两个板状盖元件49和50组成，通道开口51形成在盖元件49和50的每一个中。因此，通道开口51布置成紧邻接纳管15的纵向端52。
由于与接触表面对38连接的接触压力工具13不在接纳管16上施加径向压力，接纳管16的圆形横截面21可以特别是薄壁的并且同时在尺寸上是稳定的。这可以实现更好的分析结果和更高的加热速率。同时，通过通道孔44以针对性方式可以施加外部气流并进行优化，这也允许改进的分析结果。为了补偿样品载体工具11的潜在热膨胀，可以构思通过雾化炉(未示出)实现与支承座29连接的接触压力元件22和/或与支承座30连接的接触压力元件23和/或实现作为浮动支承的连接销31的支撑方式。

Claims (18)

1.一种用于雾化炉的管式炉装置(10)，所述管式炉装置包括样品载体工具(11)和用于支撑所述样品载体工具、且形成与所述样品载体工具电接触的支承工具(12)，所述样品载体工具具有形成用于接纳分析物的管状接纳空间(17)的接纳管(16)，所述样品载体工具在所述接纳管上具有两个支承突起(15)，用于与所述支承工具形成连接，所述支承突起相对于所述接纳管的纵向轴线(18)垂直地延伸，
其特征在于，
所述管式炉装置具有接触压力工具(13)，通过所述接触压力工具(13)，相对于所述接纳管的圆形横截面(21)能够将接触压力(14)施加到所述支承突起上，
所述管式炉装置(10)完全由石墨制成，
所述接触压力工具(13)具有两个接触压力元件(22,23)，每个接触压力元件与一个支承突起(15)相关联，并且所述接触压力元件(22,23)布置在所述支承突起(15)上，使得所述接触压力(14)能够相对于所述支承突起的纵向轴线(19)垂直地施加到所述支承突起上。
2.根据权利要求1所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述管式炉装置(10)是用于原子吸收光谱的雾化炉。
3.根据权利要求1所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述接纳管(16)能够通过所述支承突起(15)而被横向地电加热。
4.根据权利要求1所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述支承突起(15)由支承主体(34)和支撑腹板(35)组成，所述支撑腹板将所述支承主体连接到所述接纳管(16)。
5.根据权利要求1所述的管式炉装置，
其特征在于，
通道开口(24)形成在一个接触压力元件(22)中，所述通道开口与形成在用于接纳分析物的所述接纳管(16)的壁(25)中的孔(26)共轴。
6.根据权利要求1所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述支承工具(12)具有两个支承座(29,30)，每个支承座与一个支承突起(15)相关联。
7.根据权利要求6所述的管式炉装置，
其特征在于，
每个支承突起(15)布置在接触压力元件(22,23)和支承座(29,30)之间。
8.根据权利要求7所述的管式炉装置，
其特征在于，
相应的所述接触压力元件(22,23)相对于彼此布置，使得所述接触压力元件(22,23)之间形成电隔离间隙(28)，并且相应的所述支承座(29,30)相对于彼此布置，使得所述支承座(29,30)之间形成电隔离间隙(28)。
9.根据权利要求8所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述接触压力元件(22,23)和相关联的所述支承座(29,30)一起形成用于支撑样品载体工具(11)的浮动支承。
10.根据权利要求7所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述支承突起(15)和所述支承座(29,30)各自形成接触表面对(38)，其具有支承突起(15)的支承表面(36)和支承座(29,30)的座表面(37)。
11.根据权利要求10所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述接触表面对(38)形成为使得避免接触压力(14)在接纳管(16)上的力作用。
12.根据权利要求10所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述座表面(37)具有两个部分表面，第一部分表面(39)平行于接触压力(14)的有效方向，第二部分表面(40)垂直于所述接触压力(14)的所述有效方向，所述接触压力的力分量能够通过所述第二部分表面施加到所述第一部分表面上。
13.根据权利要求10所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述管式炉装置(10)包括用于在所述接纳管(16)上形成气流的气体传导工具(43)。
14.根据权利要求13所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述支承座(29,30)分别形成所述气体传导工具(43)的气体导管(32)。
15.根据权利要求14所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述支承突起(15)具有所述气体传导工具(43)的通道孔(44)，其在所述接纳管(16)的方向上延伸。
16.根据权利要求15所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述通道孔(44)通过接触表面对(38)以密封方式连接到相应的气体导管(32)。
17.根据权利要求6所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述支承座(29,30)各自具有用于将所述管式炉装置(10)连接到雾化炉的管式炉座上的连接销(31)。
18.根据权利要求1所述的管式炉装置，
其特征在于，
所述管式炉装置(10)包括用于覆盖所述样品载体工具(11)的纵向端(52)的盖工具(48)，所述盖工具由具有与所述接纳管(16)共轴布置的通道开口(51)的板状盖元件(49,50)组成。
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