DE1124734B

DE1124734B - Verfahren zur emissionsspektrometrischen Gasanalyse

Info

Publication number: DE1124734B
Application number: DEM29096A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Koch; Friedrich Stricker
Original assignee: Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Current assignee: Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Priority date: 1955-12-19
Filing date: 1955-12-19
Publication date: 1962-03-01

Description

Verfahren zur emissionsspektrometrischen Gasanalyse Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur emissionsspektrometrischen Gas analyse, bei dem das Analysengas in einem evakuierten Gasentladungsraum, dessen Druck zwischen 0,01 und 5 Torr liegt, durch eine konstante Hochfrequenzentladung ionisiert wird, bei dem dann die Leuchterscheinung spektral zerlegt wird und bei dem schließlich die Intensitäten der für die ionisierten Gase charakteristischen Spektrallinien lichtelektrisch gemessen werden.
Es sind Verfahren obiger Art bekannt, nach denen man Zweikomponenten-Gasgemische spektroskopisch analysiert und dabei die Konzentration der Gaskomponenten aus den von einem Mikrophotometer aufgenommenen Schwärzungskurven der betreffenden Spektrallinien durch Vergleich mit entsprechenden Lichtnormalen bestimmt. Weitere Angaben und Druckschriftennachweise zum Stand der Technik sind in der deutschen Auslegeschrift 1087378 beschrieben. Hierin ist auch bereits vorgeschlagen worden, das vorgenannte Gasanalysenverfahren zur Bestimmung des in üblicher Weise durch Vakuum-Heißextraktion erhaltenen Sauerstoffs, Wasserstoffs und Stickstoffs von Metallschmelzen anzuwenden, wobei der Druck im Gasentladungsraum konstant gehalten wird. Dadurch kann die Gasanalyse von Metall-, insbesondere Stahlschmelzen, gegenüber den herkömmlichen Analysenverfahren dieser Art sehr viel genauer und schneller durchgeführt werden.
Versuche haben nun ergeben. daß die Lichtemsission aller untersuchten Gase bei konstantem Anregungsfeld einheitlich bei Drücken um ungefähr 10-'' Torr ein Maximum durchläuft. Diese Erkenntnis kann nun für eine wesentliche Vereinfachung der emissionsspektrometrischen Gasanalyse ausgenutzt werden, indem - ausgehend von dem eingangs erwähnten Verfahren - der Gasdruck im Gasentladungsraum erfindungsgemäß von einem Wert oberhalb auf einen Wert unterhalb des Maximums der Emission der qualitativ bekannten Analysengase gesenkt wird. Dabei kann insbesondere so verfahren werden, daß die zu analysierenden Gase dem Reaktionsgas eines Prozesses, z. B. dem Gas einer vakuummetallurgischen Anlage oder anderer chemischer Umsetzungen, laufend periodisch so entnommen und dem Gasentladungsraum zugeführt werden, daß dort für eine bestimmte Zeit jeweils ein Gasdruck oberhalb des Maximums der Emission entsteht, der dann auf einen Wert unterhalb des Maximus der Emission abgesenkt wird, ehe eine neue Gaszufuhr erfolgt.
Das Verfahren nach der Erfindung sei an Hand der Zeichnung erläutert, in der eine Analysenanordnung schematisch dargestellt ist, wie sie bereits in der deutschen Auslegeschrift 1087 378 abgebildet und auch beansprucht ist. Diese Analysenanordnung besteht im wesentlichen aus dem Extraktionsofen A, der Diffusionspumpe B, dem Gasentladungsraum C mit den Ein- und Ausgangsventilen D und E, der Hochfrequenzelektrode F, dem Druckmeßgerät G und dem SpektralgerätH mit nachgeschalteter Anzeige- bzw.
Registriereinrichtung.
Die Gase werden, aus dem Extraktionsofen A oder der Diffusionspumpe B kommend, zunächst bei einem Druck von >0,01 Torr in das Entladungsgefäß C eingelassen und der Druck dann durch Evakuieren über das VentilE auf <O,OlTorr gesenkt. Dabei durchlaufen die Intensitäten der Spektrallinien ihre Maxima. Die Maximal-Intensitäten entsprechen in den Gasgemengen der Konzentration der Gase. Sie werden getrennt lichtelektrisch gemessen und registriert.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht mehr erforderlich, den Druck im Gefäß C konstant zu halten, was das unmittelbare Analysenverfahren wesentlich vereinfacht. Eine Messung der Gesamtgasmenge kann wie im Falle der deutschen Auslegeschrift 1 087 378 hinter dem Ventil E im Raum G auf bekannte Weise erfolgen.
Beim unmittelbaren Anschluß des Gerätes an eine vakuummetallurgische Anlage kann man die entweichenden Gase dadurch laufend analysieren, daß man durch das Ventil, das dann automatisch gesteuert wird, in rhythmischer Folge Gas einläßt, so daß der Druck im Raum C den Maximaldruck von etwa 0,01 Torr übersteigt. Danach wird durch das Ventil E das Gas bis auf Drucke unterhalb des Maximaldrucks laufend wieder abgezogen. Dadurch wird das Maximum der Emission in kurzen Zeitabständen immer wieder durchlaufen und so die Gaszusammensetzung laufend registriert und ihre Änderung verfolgt.
Diese kontinuierliche Gas analyse ist nicht nur bei Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff, sondern auch bei einer Reihe weiterer Gase, z. B. Kohlensäure, Halogenen sowie einer großen Zahl von Verbindungen des Wasserstoffs mit Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Silizium und anderen sowie auch bei flüchtigen Verbindungen der Halogene in gleicher Weise anwendbar. Das Verfahren kann deshalb nicht nur zur Überwachung metallurgischer Reaktionen, sondern auch zur Überwachung chemischer Prozesse eingesetzt werden. Die Spektralbedingungen, insbesondere das Auflösungsvermögen der benutzten Spektralgeräte, müssen dabei den besonderen Bedingungen jeweils angepaßt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur emissionsspektrometrischen Gasanalyse, bei dem das Analysengas in einem evakuierten Gasentladungsraum - dessen Druck zwischen 0,01 und 5 Torr liegt - durch eine konstante Hochfrequenzentladung ionisiert wird, bei dem dann die Leuchterscheinung spektral zerlegt wird und bei dem schließlich die Intensitäten der für die ionisierten Gase charakteristischen Spektrallinien lichtelektrisch gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Gasentladungsraum von einem Wert unterhalb des Maximums der Emission der qualitativ bekannten Analysengase gesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu analysierenden Gase dem Reaktionsgas eines Prozesses, z. B. dem Gas einer vakuummetallurgischen Anlage oder anderer chemischer Umsetzungen, laufend periodisch so entnommen und dem Gasentladungsraum zugeführt werden, daß dort für eine bestimmte Zeit jeweils ein Gasdruck oberhalb des Maximums der Emission entsteht, der dann auf einen Wert unterhalb des Maximums der Emission abgesenkt wird, ehe eine neue Gaszufuhr erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 628 824; USA.-Patentschrift Nr. 2577814; Kohlrausch, Praktische Physik, 19. Auflage, 1951, Bd. II, S. 354; Physikalische Zeitschrift, 33 (1932), S. 72.