DE1262047B

DE1262047B -

Info

Publication number: DE1262047B
Application number: DE19641262047
Authority: DE
Priority date: 1963-06-06
Filing date: 1964-06-05
Publication date: 1974-04-18
Also published as: AT247291B; CH456987A; DE1262047C2; GB1070024A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIn

Deutsche Kl.; 421-3/07

Nummer: 1262047

Aktenzeichen: G 40777IX b/421

Anmeldetag: 5. Juni 1964

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die Erfindung betrifft die Anwendung eines von der Radiochemie her in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen. Bei der radiochemischen Untersuchung organischer Substanzen ist es notwendig, diese zunächst zu veraschen. Dies wurde früher im elektrischen Glühofen bei hoher Temperatur vorgenommen, wobei aber flüchtige Isotope verloren gingen. Arbeitete man bei Temperaturen um 500° C herum, so dauerte die Veraschung unerträglich lang. Als sicherer Ausweg blieb nur — wenn man an den flüchtigen Isotopen interessiert war — die umständliche und im Fall fettreicher biologischer Proben (z. B. Fische) unangenehme Methode der nassen Veraschung. Um hier abzuhelfen, wurde ein Tieftemperaturveraschungsgerät geschaffen, mittels welchem die Oxydation von organischen Substanzen erreicht wird. Dieses bekannte Gerät erlaubt eine vollständige Oxydation bis zu einem Gramm pro Stunde bei einer Temperatur unter 100° C. Im Gerät wird der Sauerstoff in einem hochfrequenten elektrischen Feld dissoziiert. Dieses ionisierte Gas leuchtet intensiv blau. Dieses Gerät kann in der klinischen Chemie, der medizinischen Forschung und auf dem Gebiet des Strahlenschutzes und in der Industrie verwendet werden. Mit diesem bekannten Gerät kann eine große Anzahl von Stoffen verascht werden, wie Knochen, Gewebe, Blut, Filterpapier, Öl, Ionenaustauscherharze, Kohle, Boden, zoologische und biologische Proben.

Bei der Entwicklung dieses bekannten Gerätes lagen elementaranalytische Überlegungen überhaupt nicht nahe. Aus den entsprechenden Veröffentlichungen ist für den Fachmann auch nicht andeutungsweise erkennbar, daß sich das dem Gerät zugrunde liegende Verfahren hervorragend zur Anwendung auf die Elementaranalyse eignet. Die Fachgebiete der Radiochemie und der Elementaranalyse sind heute in der Praxis des Labors sehr weit voneinander entfernt. Bei der quantitativen Elementaranalyse, beispielsweise bei der Bestimmung von C, H, O, N usw. wird bisher nach dem Prinzip der Verbrennungsanalyse gearbeitet, wobei durch Verbrennung aus C und H die Verbindungen CO₂ bzw. H₂O gebildet werden, die man dann quantitativ bestimmt. Die bei diesen bekannten Verfahren auftretenden Nachteile sollen durch die vorliegende Erfindung behoben werden.

Erfindungsgemäß wird bei der quantitativen Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen ein an sich bekanntes Verfahren verwendet, bei dem man durch angeregte Gase die einzelnen in Anwendung eines von der Radiochemie
her in seinem Grundprinzip
bekannten Verfahrens auf die quantitative
Elementaranalyse

Anmelder:

Dr. Fritz Grasenick, Graz (Österreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G, Leiser, Patentanwälte,

8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder bekannt:

Dr, Fritz Grasenick, Graz (Österreich)

Beanspruchte Priorität:

Österreich vom 6. Juni 1963 (5 A 4548/63)

der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt. In vorteilhafter Weise kann dadurch die Analyse in kürzester Zeit auch bei Raumtemperatur, ja sogar an gekühlten Substanzen bei tiefen Temperaturen durchgeführt werden. Vornehmlich handelt es sich dabei um Oxydationsreaktionen, und es wird demgemäß aktivierter Sauerstoff verwendet. Die Aktivierung kann im Prinzip durch Energiezufuhr auf beliebige Art erfolgen. Vorzugsweise bedient man sich in bekannter Weise elektrischer Entladungen, wobei sich z. B. die elektrodenlosen Hochfrequenzentladungen bewährt haben. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß man durch eine Hochfrequenzentladung unter vermindertem Druck angeregte Gase erzeugt und mit diesen im Entladungsraum die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß man durch energiereiche Strahlung angeregte Gase erzeugt und mit diesen die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt. Mit Vorteil kann man das Verfahren auch derart durchführen, daß man die Probe auf einen Träger aus

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einem die Zersetzung der Probe katalytisch fördernden Material aufbringt, mit einer Hochfrequenzentladung unter vermindertem Druck einerseits den Träger erwärmt, andererseits angeregte Gase erzeugt und mit diesen die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

In bestimmten Fällen kann es besonders vorteil-

Eine Verschiebung der Hochfrequenzspule über dem Reaktionsrohr ist natürlich leicht möglich, aber meist gar nicht erforderlich. Durch den verminderten Druck, welchen die Hochfrequenzentladung erfordert, werden unnötige Gasmengen vermieden.

Es ist möglich, unmittelbar im Reaktionsgefäß die Restgase zu bestimmen, was z. B. mit den modernen, leistungsfähigen Partialdruckbestimmungsgeräten ge-

haft sein, wenn man durch angeregte Gase die ein- 10 schehen kann, z. B. dem Omegatron, dem Hochfre-

zelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen quenzmassenfilter usw. Die Hochfrequenzspule über

Elemente bei Zimmertemperatur oder bei tiefen dem Reaktionsraum kan auch dazu dienen, die Gase

Temperaturen in für die Analyse geeignete, leicht spektroskopisch durch Emission oder Absorption zu

nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt. In bestimmen. In besonderen Fällen läßt sich auch ein

anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, daß man 15 leistungsfähiger Massenspektrograph unmittelbar an

durch angeregte Gase die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in der Weise in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt, daß man die Substanz dabei schichtweise abbaut.

In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß man das in der Substanz zu bestimmende Element Sauerstoff mit angeregtem Wasserstoff in Wasserdampf und die übrigen zu bestimmenden Elemente aber mit angeregtem Sauerstoff in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

Um Oxydationsreaktionen wird es sich meist dann handeln, wenn Elemente außer Sauerstoff selbst be-

das Gerät anschließen. Mittels Sammelpumpen ist es ferner möglich, das Gas außerhalb des Reaktionsraumes anzureichern und dort auf irgendeine bekannte Weise zu bestimmen (Gaschromatographie, Wärmeleitfähigkeit, Absorption usw.).

Es ist möglich, den Abbau schichtweise von der Oberfläche der zu untersuchenden Substanz her bei normaler oder tiefer Temperatur durchzuführen, so daß Substanzen auch auf den Grad der Homogenität ihres Aufbaues untersucht werden können. Die Zusammensetzung der abgebauten Schichten beispielsweise eines Kunststoffilms, kann laufend registriert werden.

Statt der Hochfrequenzentladung kann auch eine

stimmt werden sollen. Wenn Sauerstoff selbst direkt 30 Gleichstrom-, eine Penningsche- oder Siemenssche bestimmt werden soll, so verwendet man als angereg- Entladung (auch bei Normaldrucken) oder Elektrotes Gas angeregten Wasserstoff (zur Bildung von nenstoßanregungen verwendet werden. Sowohl der H₂O, das dann in bekannter Weise bestimmt wird). Reaktionsraum als auch die Art der Anregung kön-Angeregter Waserstoff ist weiterhin wichtig für die nen so gewählt werden, daß die Entladung das ganze Bestimmung der Halogene, Schwefel u. a. Alle fol- 35 Gefäß ausfüllt. Schließlich ist es auch möglich, gegenden, der Einfachheit halber auf aktivierten Sauer- kühlte Schiffchen abzuschirmen und Beschleunigungsstoff bezogenen Ausführungen gelten daher grund- oder Ablenkungselektroden anzubringen,
sätzlich auch für angeregten Wasserstoff bzw. für ein Das Verfahren ist nicht auf organische Substananderes angeregtes Gas, wenn sich dessen Verwen- zen beschränkt. Sowohl die Oxydation als auch die dung bei besonderen, gegebenen Umständen als nütz- 40 Hydrierung können auch auf anorganische Substanlich oder erforderlich erweisen sollte. zen angewendet werden (z. B. Schwefelbestimmung

Der angeregte Sauerstoff erlaubt die vollständige oder Reduktion von Sulfaten).

Oxydation der Substanzen wie erwähnt auch bei Wie gleichfalls bereits erwähnt, kann auch die

Raumtemperatur oder tiefen Temperaturen. Bei der Verwendung anderer angeregter Gase als Sauerstoff

praktischen Durchführung des Verfahrens wird z. B. 45 oder Wasserstoff sinnvoll sein. Die bekannte Bestim-

zur Aktivierung des Sauerstoffes eine Hochfrequenzspule über das Reaktionsrohr der Preglschen Verbrennungsapparatur geschoben. Das Hochfrequenzfeld kann auch seitlich der Substanz zur Einwirkung

mung von Sauerstoff als CO in organischen oder anorganischen Verbindungen sowie in Legierungen durch Zumischen von Kohlenstoff oder in einem aus Kohlenstoff bestehenden Reaktionsgefäß kann nach

gebracht werden, so daß der angeregte Sauerstoff 50 dem Verfahren einfach durchgeführt werden. Bei der nur durch Diffusion an die Substanz herankommt. praktischen Durchführung des Verfahrens wird bei-Auch ein zweiteiliger Aufbau der Spule, wobei sich spielsweise so vorgegangen, daß eine Testsubstanz, das Substanzschiffchen in der Mitte befindet, ist mög- die z. B. nur aus den Elementen C, H und O bestelich. Die erzeugte Hochfrequenzenergie kann zur Er- hen möge, in ein Schiffchen eingefüllt wird, welches wärmung eines Probeschiffchens oder -netzes ver- 55 sich in einer üblichen Verbrennungsapparatur befindet, welche aber nicht aus thermisch hochresistentem Glas bestehen muß. Die durchzuführende Reaktion sei eine Oxydationsreaktion, zu bestimmen seien

wendet werden, die als Katalysatoren in der Verbrennungsapparatur vorhanden sind. So können kleine Substanzmengen verdampft werden, wobei der Dampf sofort vom angeregten Sauerstoffplasma erfaßt wird.

Angeregter Sauerstoff ist ohne weiteres imstande, Kohlenstoffschichten zu oxydieren. Sollte sich daher beim Verdampfen oder Zersetzen etwas Substanz an den Wänden der Apparatur niederschlagen, so wird

also C als CO₂ und H als H₂O, das Reaktionsgas i däß Sff

ist demgemäß angeregter Sauerstoff.

Die Hochfrequenzspule, mit welcher beispielsweise die Anregung des Sauerstoffs erfolgen soll, befindet sich, in der Strömungsrichtung des Sauerstoffs gesehen, vor dem die Testsubstanz enthaltenden SchifE-diese durch den aktivierten Sauerstoff zuverlässig 65 chen. Der Druck im Reaktionsgefäß beträgt 10~² bis oxydiert — im Gegensatz zu den niedergeschlagenen 10~³ mm Hg. Die Oxydation kann jedoch auch sta-Substanzmengen bei der gewöhnlichen Verbrennungs- tisch erfolgen, indem der Reaktionsraum mit einer analyse. entsprechenden Menge Sauerstoff gefüllt wird (even-

tuell nach Evakuierung) und dieser im abgeschlossenen Raum angeregt wird.

Das gebildete Gasgemisch wird entweder in üblicher Weise Absorptionsgefäßen für CO₂ und H₂O zugeführt, und C und H werden somit gravimetrisch bestimmt.

Alternativ kann das Gasgemisch mit einem der in neuester Zeit entwickelten leistungsfähigen Partialdruckbestimmungsgeräte analysiert werden.

Im ersten Fall ist die Genauigkeit der Analysenergebnisse derjenigen üblicher Analysenmethoden mindestens gleichwertig, im zweiten Fall ist sie viel höher und kann an sich beliebig gesteigert werden, überdies ist sie auf jeden Fall viel schneller.

Claims

Patentansprüche:

1. Anwendung eines von der Radiochemie her

in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen, bei den man durch angeregte Gase die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

2. Anwendung eines von der Radiochemie her in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen, bei dem man durch eine Hochfrequenzentladung unter vermindertem Druck angeregte Gase erzeugt und mit diesen im Entladungsraum die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

3. Anwendung eines von der Radiochemie her in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen, bei dem man durch energiereiche Strahlung angeregte Gase erzeugt und mit diesen die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

4. Anwendung eines von der Radiochemie her in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen, bei dem man die Probe auf einen Träger aus einem die Zersetzung der Probe katalytisch fördernden Material aufbringt, mit einer Hochfrequenzentladung unter vermindertem Druck einerseits den Träger erwärmt, andererseits angeregte Gase erzeugt, und mit diesen die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

5. Anwendung eines von der Radiochemie her in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen, bei dem man durch angeregte Gase die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente bei Zimmertemperatur oder bei tiefen Temperaturen in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

6. Anwendung eines von der Radiochemie her in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen, bei dem man durch angeregte Gase die einzelnen in der Substanz zu bestimmenden chemischen Elemente in der Weise in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt, daß man die Substanz dabei schichtweise abbaut.

7. Anwendung eines von der Radiochemie her in seinem Grundprinzip bekannten Verfahrens auf die quantitative Elementaranalyse von vorzugsweise organischen Substanzen, bei dem man das in der Substanz zu bestimmende Element Sauerstoff mit angeregtem Wasserstoff in Wasserdampf, die übrigen zu bestimmenden Elemente aber mit angeregtem Sauerstoff in für die Analyse geeignete, leicht nachweisbare gasförmige Verbindungen überführt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Kerntechnik, 5. Jahrgang (1963), H. 1, S. 35.