DD275922B5

DD275922B5 - Anordnung zur elektrothermischen atomisierung

Info

Publication number: DD275922B5
Application number: DD32036888A
Authority: DD
Inventors: Klaus Dipl-Phys Eichardt; Ingo Gregory
Original assignee: Zeiss Carl Jena Gmbh
Priority date: 1988-10-03
Filing date: 1988-10-03
Publication date: 1994-03-31
Also published as: DD275922A1; DE3924839A1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie ist In der Gerätetechnik für die Atomabsorptions-, Atomemissions- und Atomfluoreszenzspektroskopie einsetzbar. In der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie ist es üblich, sogenannte halboffene Ofensysteme nach dem Massmanprinzip zu verwenden, nach dem ein zylindrisches Graphitrohr von 20-30mm Länge und 4-8mm Innendurchmesser zugleich als Heizelement und Analysenküvette fungiert.

Das Graphitrohr ist stirnseitig zwischen zwei Graphitelektroden eingeklemmt und wird vollständig von einem zylindrischen Graphitschutzmantel in zwei wassergekühlten Metallblöcken umgeben. Von beiden Rohrstirnseiten her wird das Graphitrohr innen und außen von Schutzgas umspült. Die Schutzgaszuführung, die symmetrisch zu den Rohrstirnseiten erfolgt, ist so ausgelegt, daß das Schutzgas senkrecht zur Küvettenachse über Gaszuführkanäle als innerer Gasstrom in den Raum zwischen Küvettenfenster und Rohrstirnseite und als äußerer Gasstrom zwischen Graphitschutzmantel und äußerer Rohrmantelfläche eintritt. Beide Gasströme sind in Richtung Graphitrohrmitte gerichtet und verlassen vereint über einen Dosierkanal das Küvettensystem. Funktion und Aufgabe der Gasströme ist es, das Graphitrohr und alle übrigen Graphitteile vor Verbrennungen durch Luftsauerstoff zu schützen, störende Probenzersetzungsprodukte, die in den Vorbehandlungsstufen Trocknung und Veraschung entstehen, als Rauch oder Dampf abzuführen und erforderlichenfalls die Dichteverteilung der freigesetzten Analysenatome im Küvettenraum räumlich und zeitlich zu steuern. Bekannte Lösungen sind in der DE-PS 2413782 und der DE-OS 3228245 sowie im DD-WP 200050 und der DE-AS 2413782 beschrieben. Bekannt ist es auch, den inneren Gasstrom kurz vor der Freisetzung der Analysenatome, d. h. kurz vor dem Atomisierungsschritt, zu unterbrechen, um eine räumlich begrenzte, symmetrische Atomdampfwolko mit einer hohen Dichte und Verweilzeit im Rohrmittenbereich zu erzielen (DE-AS 2314 207). Das wird in der DD-PS 213063 dadurch unterstützt, daß während der Atomisierungsphase eine Druckerhöhung erfolgt. Die Erfindung geht nunmehr von der Aufgabe aus, auf einfache Weise und mit geringem technischen Aufwand die analytische Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit zu erhöhen.

Zu diesem Zweck sollen die in der Atomisierungsphase auf die Atomwolke wirkenden Verlustmechanismen weiter reduziert bzw. beseitigt werden

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß der innere und äußore SchuUg&sstrom mit festem Verhältnis zueinander regelbar sind

und beide zugleich definiert unterbrochen werden und somit eine zumindest iweKe wirkende, der thermischen Expansion des

Schutzgases und damit auch einer Verdünnung der Analytatomdichte im Atomisatorinnonraum entgegen wirkende Abtrennung

des ruhenden Schutzgasvolumens zwischen Atomisatorinnenraum und den Zuführungskanälen erfolgt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung, die in einem zweiteiligen,

kühlbaren Gehäuse Zuführungen für einen inneren Schutzgssstrom in axialer Richtung durch ein Atomisatorrohr mit radialer

Mittelbohrung enthält, das zwischen zwei hermetisch miteinander verbundenen, zentral durchbrochenen Elektroden und axial

angre'-enden, durch Fenster verschlossenen Hohlräumen gehaltert und von einem ringförmigen Raum umgeben ist, der zur

Führung eines äußeren Schutzgasstromes über Bohrungen in den Elektroden mit jeweils einem zur Rohrachse konzentrisch

verlaufenden Ringkanal in jedem Gehäuseteil in Verbindung steht.

Pie Zuführungen für den inneren Schutzgasstrom besitzen ein festes Querschnittsverhältnis zu den Bohrungen in den Elektroden

und werden durch mindestens einen von jedem Ringkanal ausgehenden Verbindungskanal gebildet, der in den Hohlraummündet. Jeder Verbindungskanal weist zumindest zeitweise wirkende, eine thermische Expansion des Schutzgases und der

Atomwolke mindernde Widerstandselemente auf. Vorteilhafterweise ist in jedem Verbindungskanal als expansionsminderndes Element mindestens eine Düse vorgesehen, die

gleichzeitig ein festes Verhältnis von innerem zu äußerem Schutzgasstrom herstellt.

In anderen vorteilhaften Ausführungen weist jeder Verbindungskanal an seiner Austrittsöffnung Strömungswiderstände in Form von porösen Mitteln auf, oder jeder Verbindungskanal ist mechanisch steuerbar zeitweise vorschließbar. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die effektive Verweilzeit der Atomwolke im Meßstrahlengang weiter erhöht, da die

thermische Expansion des Schutzgases, das die Atome aus der heißen Zone des Atomisatorrohres in Richtung der Rohrendenbis an die Küvettenfenster und in das Gaszuführungssystem transportiert, eingeschränkt wird. Außerdem wird der Absaugeffektüber die Pipettieröffnung durch eine gleichzeitige Drosselung bzw. Unterbrechung von innerem und äußerem Schutzgasstromaufgehoben.

Es erweitern sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Einsatzmöglichkeiten der flammenlosen Atomisierung auf

bisher im Grenzbereich des Nechweisvermögens liegende Anwendungsfälle, oder eine Analyse wird überhaupt erst ermöglicht.

Ausfuhrungsbeltplel Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Die Figur zeigt oinen Schnitt

durch eine Graphitrohrküvette.

Ein als Graphitrohr ausgebildetes Atomisatorrohr 1, das als Pipettieröffnung eine radiale Mittelbohrung 2 aufweist, wird von

zwei, mit Durchbrüchen 3,4 versehenen Elektroden 5, β, die in gekühlten Gehäuseteilen 7,8 eingepaßt und nach außenhermetisch verbunden sind, gehalten. An die Durchbrüche 3, 4 grenzen axial durch Küvettonfonster 9,10 vorschlossene

Hohlräume) 11,12 an. Mit der Mittelbohrung 2 fluchtet ein Doslerkanal 13. Ein ringförmiger Raum 14, der das Atomisatorrohr 1

umgibt, steht über Bohrungen 15 in den Elektroden 5,6 mit jeweils einem zur Rohrachse x-x konzentrisch verlaufenden

Ringkanal 16,17 und mit der Pipettioröffnung 13 in Verbindung. Von den Ringkanälon 16,17, die zur Gaszufuhr dienende Anschlußstutzen besitzen (nicht dargestellt), gehen Verbindungskanäle 18,19 zu weiteren, in Fensterrichtung axial versetzten Ringkanälen 20,21 aus, die in die Hohlräume 11,12 münden. In den Verbindungskanälen 18,19 sind Düsen 22,23 eingebracht,

die in einem festen Querschnittsverhältnis in einem Bereich von 1:5 bis 1:15 zu den Bohrungen 15 stehen.

Zum Wechseln des Atomisatorrohres 1 ist die Graphitrohrküvette durch Trennen der Gehäuseteile 7,8 voneinander zu öffnen. Die Temperatur im Atomisatorrohr 1 wird durch einen nicht dargestellten Temperaturfühler in Verbindung mit elnor Kontrolleinheit kontrolliert oder durch einen Temperatureinstellalgorithmus bestimmt, der nicht Gegenstand dieser Erfindung

ist. Bei letzterer Variante kann auf den Temperaturfühler auch verzichtet werden.

Eine derartige Temperatureinstellung ist z. B. in DD-WP 200823 beschrieben. Das Schutzgas einer mittels Rechner stellbaren Gasquello (nicht dargestellt) wird über die Anschlußstutzen zu gleichen Mengen

auf jeden der Ringkanäle 16,17, die als Sammelkanäle dienen, aufgeteilt. Es erfolgt eine Aufspaltung in äußere

Schutzgasströme 24 und innere Schutzgasströmo 25, deren Mengenverhältnis zueinander durch die Querschnittsverhältnisse

der Bohrungen 15 zu den Düsen 22,23 bestimmt wird. Die Düsen 22,23 wirken außerdem expansionseinschränkend auf die

Atomwolke in der Atomlsierungsphase, da die wirkende Gasaustrittsfläche der Düsen 22,23 sehr klein ist im Verhältnis zum Flächenquerschnitt der Hohlräume 11,12. Die Düsen 22,23 bilden gogenüber der sehr schnell ablaufenden Gasexpansion einen

unendlich großen Strömungswiderstand.

Die in beide Hohlräume 11,12 eintretenden inneren Schutzgasströme 25 umspülen zunächst die Küvettenfenster 9,10 und

gelangen anschließend zur Mitte des Atomisatorrohres 1, bevor der gemeinsame Austritt mit den äußeren Schutzgasströmen 24durch den Dosierkanal 13 erfolgt.

Wird während der Atomlsierungsphase mit eln'im Gasstop oder vermindertem Gasfluß gearbeitet, tritt durch die gemeinsame

und zeitgleiche Regulierung von äußeren und inneren Schutzgasströmen 24,25 kein auf die Atomwolke wirkender Absaugeffektauf. Der gleichzeitige Gasstop bzw. die Minderung des Gasflusses der Schutzgasströme 24,25 kann deshalb realisiert werden, dadie Graphitrohrküvette Ober ein hochwirksames Lippendichtsystem 26 zur Abschirmung gegenüber Luftsauerstoff verfügt. Dasin der Atomlsierungsphase expandierende Schutzgasvolumen der äußeren Schutzgasströme 24 verhindert den kurzzeitigen

Eintritt des Luftsauerstoffes über den Dosierkanal 13. Eine weitere Möglichkeit, während der Atomisierung expansionseinschränkend auf das Gasvolumen und damit auf die Atomwolke zu wirken, ist dadurch realisierbar, daß in den Verbindungskanälen 18,19 Strömungswiderstände in Form von

porösen Mitteln, wie z. B. Fritten, Sinterbronze o. 8., vorgesehen sind.

Schließlich ist es in einer weiteren Variante möglich, die Verbindungskanäle 18,19 mechanisch und steuerbar zeitweilig zu

vorschließen.

Da diese zwei Möglichkeiten durch den Fachmann ohne weiteres realisierbar sind, sei auf eine zeichnerische Darstellung

verzichtet.

Claims

1. Am.··dnung zur elektrothermischen Atomisierung, enthaltend ein elektrisch beheizbares Atomisierungsrohr, in dem eine Atomisierungswolke erzeugt wird, sowie Gasführungskanäle zur Erzeugung eines inneren und äußeren Schutzgasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Atomisierungsrohr und den Gaszuführungskanälen für den inneren und äußeren Schutzgasstrom Widerstandselemente zur Minderung der thermischen Expansion des aus Schutzgas und Atomwolke gebildeten analytischen Gasvolumens angeordnet sind.

2. Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer radialen Mittelbohrung versehene Atomisierungsrohr von einem zweiteiligen, kühlbaren Gehäuse mit den Gaszuführungskanälen für den inneren Gasstrom in axialer Richtung durch das Atomisierungsrohr umgeben ist, wobei das Atomisierungsrohr zwischen zwei hermetisch miteinander verbundenen, zentral durchbrochenen Elektroden und axial angrenzenden, durch Fenster verschlossenen Hohlräumen gehaltert wird und von einem ringförmigen Raum umgeben ist, der mit den Zuführungskanälen für den äußeren Schutzgasstrom in Form von Bohrungen in den Elektroden, die zu je einem konzentrisch zur Rohrachse verlaufenden Ringkanal in jedem Gehäuseteil führen, in Verbindung steht.

3. Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführungskanäle für den inneren Gasstrom durch mindestens einen von jedem Ringkanal ausgehenden Verbindungskanal zum Hohlraum gebildet werden und ein festes Verhältnis zu den Bohrungen in den Elektroden aufweisen, wobei das Widerstandselement im Verbindungskanal angeordnet ist.

4. Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Verhältnis zwischen innerem und äußerem Schutzgasstrom in einem Bereich von 1:5 bis 1:15 liegt.

5. Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung nach den Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Widerstandselement eine Düse vorgesehen ist, die gleichzeitig ein festes Verhältnis von innerem zu äußerem Gasstrom herstellt.

6. Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandselement Strömungswiderstände an der Austrittsöffnung der Verbindungskanäle in Form von porösen Mitteln vorgesehen sind.

7. Anordnung zur elektrothermischen Atomisierung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement mechanisch steuerbar und zeitweise verschließbar ist.