DD143178B1

DD143178B1 - Hohlkatodenlampe fuer die emissionsspektralanalyse

Info

Publication number: DD143178B1
Application number: DD79212628A
Authority: DD
Inventors: Heinz Falk; Erwin Hoffmann; Christian Luedke
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1979-05-03
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1986-05-07
Also published as: DE3013354C2; FR2455797B1; FR2455797A1; DE3013354A1; US4318614A; CH644951A5; GB2052145B; DD143178A1; GB2052145A

Description

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine athermische Strahlungsquelle fur die Druchfuhrung der Emissionsspektralanalyse anzugeben zur Bestimmung von Spurenelementen in kleinen Probenmengen, wobei eine direkte Wechselwirkung der anregenden Gasentladung mit der Probe vermieden und eine möglichst hohe Konzentration des Probendampfes im Anregungsraum erreicht werden soll Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß thermische Verdampfung und athermische Anregung der Probe durch voneinander unabhängige Vorgange im gleichen Volumen erfolgen Zweckmaßigerweise wird die athermische Anregung durch eine Hohlkatodenentladung realisiert Es wird eine athermische Strahlungsquelle vorgeschlagen, die als Verdampfungs- und Anregungsvolumen ein zylindrisches Heizrohr, beispielsweise aus Graphit, aufweist

Nach der erfindungsgemaßen Losung wird der Trockenruckstand oder die feste Probe direkt im Verdampfungsraum der Strahlungsquelle angeregt, indem dort eine Hohlkatodenentladung brennt Bevor die Probe verdampft wird, wird die Vorrichtung mit dem fur die Hohlkatodenentladung notwendigen Gas gefüllt und die Entladung gezündet Die Hohlkatodenentladung wird bei relativ niedrigem Entladungsstrom betrieben, so daß die dadurch bewirkte Probenzerstaubung sehr gering bleibt Durch eine sehr schnelle Aufheizung des Kathodenzylinders erfolgt eine stoßweise Verdampfung der Probe Dieser Verdampfungsvorgang erfolgt unabhängig von der Glimmentladung Die bei der erfindungsgemaßen Losung angewandte schnelle Aufheizung der Hohlkatode von ca 1 000 K/s bewirkt, daß die Verdampfungszeit der Probe kleiner ist als die fur das Abdiffundieren des Probendampfes benotigte Zeit Auf diese Weise wird eine maximale Dichte der nachzuweisenden Atome im Plasma der Entladung erreicht

Im Temperaturbereich oberhalb 2000 K tritt zwar erwartungsgemäß eine drastische Verminderung der Brennspannung der Hohlkatodenentladung ein, diese ist jedoch zumeist nicht mit einer bedeutenden Verringerung der Atom-Linienintensitat verbunden Dieses Verhalten wurde experimentell festgestellt

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert werden Die zugehörige Zeichnung zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemaß ausgebildeten athermischen Strahlungsquelle Der Verdampfungs- und Anregungsraum der Vorrichtung ist als beispielsweise aus Graphit bestehendes zylindrisches Heizrohr 5 ausgebildet Dieses Heizrohr 5 wird in Kugelkalotten gehalten, um Verspannungen zu vermeiden Über die Bauteile 3 und 6 wird die Heizspannung fur das Heizrohr 5 zugeführt Mit Hilfe der Federn 7 und des beweglichen Teils 6 wird gewahrleistet, daß das Heizrohr 5 bei Temperaturanderungen seine Lange verandern kann, ohne dabei Störungen des elektrischen Kontaktes hervorzurufen Die elastischen Elemente 9 dienen sowohl zur Vakuumabdichtung als auch zur elektrischen Isolation zwischen den Bauteilen 3 und 6 Die Probenzufuhrung erfolgt über einen Vakuumverschluß durch die Bohrung 4 in das Heizrohr 5, ζ B mittels einer ^-Pipette Die Erzeugung der fur die Anregung erforderlichen Hohlkatodenentladung geschieht dadurch, daß das Teil 1 als Anode und das Heizrohr 5 als Katode geschaltet wird, weshalb sich zwichen Teil 1 und Teil 3 der elektrische Isolator 2 befindet Dabei kann die Entladung sowohl mit Gleichspannung als auch mit Rechteckimpulsen betrieben werden Die letztgenannte Betriebsart hat den Vorteil, einfach verarbeitbare Signale zu liefern In Verlängerung der Achse des Heizrohres 5 besitzt das Entladungsgefäß Fenster 11 Damit sind neben Emissions- auch Absorptionsmessungen möglich. Das Entladungsgefäß ist über die Stutzen 10 an eine Vakuumpumpe und ein Gas-Zirkulationssystem angeschlossen Letztere schützt die Fenster 11 vor Verunreinigung Die erfindungsgemaße Vorrichtung weist gegenüber bekannten Losungen wesentliche Vorteile auf Auch kleine Probenmengen sind zur Bestimmung von Spurenelementen der Analyse zugänglich Der Probendampf befindet sich im gemeinsamen Verdampfungs- und Anregungsvolumen, mögliche chemische Reaktionen mit der Gefaßwandung verhindern nicht die Analyse Dadurch laßt sich die Nachweisempfindlichkeit wesentlich verbessern

Claims

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Erfindungsanspruch:

1 Hohlkatodenlampefur die Emissionsspektralanalyse, gekennzeichnet dadurch, daß der Katodenraum so ausgebildet ist, daß bei unabhängig voneinander stattfindender thermischer Verdampfung und athermischer Anregung einer Probe, das Verdampfungs- und Anregungsvolumen identisch sind und die fur die thermische Verdampfung angewandte Aufheizgeschwindigkeit der Katode ca 1000Ks"¹ betragt
2. Hohlkatodenlampe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Verdampfungs- und Anregungsvolumen ein zylindrisches Heizrohr verwendet wird

3 Hohlkatodenlampen nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das zylindrische Heizrohr aus Graphit besteht

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur emissionsspektralanalytischen Bestimmung von Spurenelementen in kleinen Probenmengen

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Die üblicherweise angewandten Hohlkatodenlampen fur die Emissionsspektralanalyse (AES) benutzen die Hohlkatodenentladung gleichzeitig zur Probenverdampfung und Anregung der Probendampf-Atome Durch diese Kopplung zwischen Verdampfungs- und Anregungsvorgang lassen sich beide Vorgange nicht optimal wählen Zur Behebung dieses Mangels wurde bereits eine Hohlkatodenlampe fur die Emissions-Spektralanalyse angegeben (DDR-PS 63897 Kl 42 h, 20/01), deren Katodenblock ein heizbares Verdampfungsgefaß aufweist, dessen Innenraum durch ein Zufuhrungsrohr mit der Hohlkatode verbunden ist Die Hohlkatode ist mit einem von der Heizung des Verdampfungsgefaßes unabhängigen Heizsystem ausgestattet Bei dieser Vorrichtung wird die Analysenprobe zunächst thermisch verdampft und anschließend der Probendampf in einer Hohlkatodenentladung angeregt Die Vorrichtung nach WP 63897 ist besonders fur die Analyse von größeren Probenmengen (mg-g-Bereich) geeignet, da eine direkte Wechselwirkung der anregenden Glimmentladung mit der Probe vermieden wird Bei der Untersuchung sehr geringer Probenmengen (im дд-ВегеісЫ zeigt sich jedoch der Nachteil, daß nur ein Teil des gesamten Probendampfes im Anregungsraum vorliegt Es tritt eine diffusionsbestimmte Zeitkonstante fur den Übergang des Probedampfes vom Verdampfungsgefaß in den Anregungsraum auf Außerdem können chemische Reaktionen mit der Wandung des Verdampfungsgefaßes auftreten Beide Einflüsse vermindern die mögliche Konzentration des Probendampfes im Anregungsraum und damit das Nachweisvermogen, insbesondere bei kleinen Probemengen Versuche zur direkten Einbringung von Probensubstanz in die Hohlkatodenlampe und deren direkte Verdampfung unter Einwirkung des Entladungsplasmas zeigten, daß unter diesen Bedingungen sprunghafte Änderungen von Entladungsspannung und emittierter Intensität zu beobachten sind Dieser Effekt mit der Konsequenz unbefriedigender Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse tritt insbesondere bei höheren Katodentemperaturen auf (H FaIk, Spectrochim Acta 21, 423 [1965]) Die störenden Schwankungen der Entladungsbedingungen sind auf die Veränderung der Stromverteilung innerhalb der Hohlkatode als Folge der Freisetzung von Probendampf zurückzuführen

Durch Arbeiten mit sog „heißen Hohlkatoden", bei denen die Hohlkatode mittels eines hohen Entlastungsstromes aufgeheizt wird, ist bekannt, daß die Glimmentladung oberhalb ca 2000°C in eine bogenartige Entladung übergeht (P J Slevin, WW Harrison, Appl Spectrosc Rev 10(2], 223 [1975]) Die Bogenentladung laßt eine bedeutende Verschlechterung des Signal-Rauschverhaltnisses der Anregungsquelle verglichen mit der Glimmentladung erwarten (H FaIk, Spectrochim Acta 32 B, 437 [1977])

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der emissionsspektralanalytischen Bestimmung von Spurenelementen eine hohe Nachweisempfindlichkeit fur kleine Probemengen zu erreichen