DE1598677C3

DE1598677C3 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Hochfrequenz-Plasmafackel als spektroskopische Lichtquelle

Info

Publication number: DE1598677C3
Application number: DE19661598677
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-07-08
Filing date: 1966-07-08
Publication date: 1976-05-20

Description

Fig.3 die in Fig.2 dargestellte Spitze in der Aufsicht,

Fig.4 eine Ansatzelektrode der Leiterspitze mit einem Einsatzstück,

Fig.5 eine Spitze des Mittelleiters aus vier Stiften, die kegelförmig zusammengeführt sind, und

Fig.6 die in Fig.5 dargestellte Spitze im Längsschnitt.

Die Vorrichtung besteht aus dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 2 in koaxialer Ausführung. Über die Anschlußenden 11 bzw. 14 werden Außen- und Innenleiter an den HF-Generator angeschlossen. Durch die parallelgeschaltete Stichleitung 3, 4 wird die Vorrichtung mit einem nicht dargestellten Kurzschlußschieber so an den HF-Generator angepaßt, daß im Gebiet des Brennermaules 7 eine hohe Feldstärke (etwa 1 kV/cm) zwischen dem Außenleiter 8 und der Ansatzelektrode 22 des Mittelleiters entsteht.

In der der Stichleitung 3, 4 gegenüberliegenden Leitung 6 ist zwischen dem Ansatz 10 und dem Leitungsstück 11, das über die Muffe 12 mit dem Ansatz 10 verbunden ist, ein Isolierkörper 13 angeordnet, der zur Lagerung des Innenleiters 14 dient. Der Innenleiter 4, 14 trägt den als doppelwandigen Hohlzylinder ausgebildeten Mittelleiter 15. Dieser ist an seinem oberen Ende durch die Leiterspitze 16 abgeschlossen.

Durch den durch das Innenrohr 17 und das Außenrohr 18 gebildeten Hohlraum 19 wird Kühlwasser durch nicht dargestellte Anschlüsse geleitet.

Der von dem Innenrohr 17 gebildete Hohlraum mit verhältnismäßig großem Querschnitt von größenordnungsmäßig 12 mm Durchmesser dient zur Zuführung des Arbeitsgases, dem das Probengas beigemischt ist. Zweckmäßig wird das Probengut in kolloidaler Verteilung in einem gasförmigen Dispersionsmittel (Aerosol) zugeführt. Es wird am unteren Ende 20 in das Rohr 17 eingeleitet und tritt durch die in der Leiterspitze 17 angebrachten öffnungen 21 in das Brennermaul aus. Die öffnungen 21 sind in Richtung parallel zur Achse des Rohres 17 angebracht. Außerdem sind in dem Düseneinsatz weitere öffnungen 28 in radialer Richtung angebracht, die ebenfalls mit dem Hohlraum des Innenrohres 17 in Verbindung stehen und durch die das Gas ebenfalls austritt. Die Leiterspitze 16 weist auf ihrer Außenseite mittig angeordnet die Ansatzelektrode 22 auf.

Eine andere Ausführungsform für die Leiterspitze ist in den Fig.2 und 3 dargestellt. Wie insbesondere Fig.3 zeigt, sind eine Reihe von öffnungen 21 kreisförmig um die Ansatzelektrode 22 herum angeordnet. Die Ansatzelektrode 22 selbst ist in einer entsprechenden Bohrung in der Leiterspitze 16 eingesetzt.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform einer zylindrischen Ansatzelektrode 23, bei der die eigentliche Spitze ausgebohrt und in dieser Bohrung ein Einsatzstück 24 aus einem Material eingesetzt ist, das eine besonders gute Elektronenemission aufweist. Die Ansatzelektrode 23 kann z. B. aus Molybdän und das Einsatzstück 24 aus thoriertem Wolfram, d. h. aus mit Thoriumoxyd überzogenem Wolfram, bestehen, wobei der Thoriumanteil 0,1 bis 2% Thoriumoxyd betragen kann.

Eine andere Ausführungsform für die Leiterspitze ist in den Fig.5 und 6 gezeigt. Hier werden über der Öffnung des Mittelleiters eine Reihe von dünnen Stiften — zwei bis zwölf Stifte von 1 bis 2 mm Durchmesser — aus geeignetem Material zu einer Kegelspitze zusammengeführt, wo dann der Elektronenaustritt erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Hochfrequenz-Plasmafackel als spektroskopische Lichtquelle in Form eines offenen Koaxialleiters, dessen Mittelleiter in eine Spitze mündet, an der die Entladung ansetzt, und der gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelleiter (15) als Mehrfach-Hohlzylinder derart ausgebildet ist, daß durch einen oder mehrere Hohlräume (19) das Kühlmittel hindurchgeleitet wird, und daß mindestens ein weiterer Hohlraum (20) mit Öffnungen (21) in der Leiterspitze (16) verbunden ist, durch die der Entladung Gas zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit den Öffnungen (21) in der Leiterspitze (16) verbundener Hohlraum (20) des Mehrfach-Hohlzylinders zur gemeinsamen Zufuhr einer Mischung von Arbeitsgas und einem das Probengut in kolloidaler Verteilung enthaltenden Aerosol vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit den Öffnungen in der Leiterspitze verbundene Hohlräume zur getrennten Zufuhr von Arbeitsgas und einem das Probengut in kolloidaler Verteilung enthaltenden Aerosol vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterspitze (16) eine zentrisch angeordnete Ansatzelektrode (22) aufweist, die von den Öffnungen (21) umgeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (21) auf einem konzentrisch zur Ansatzelektrode (22) liegenden Kreis angeordnete axiale verlaufende Bohrungen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterspitze durch kegelförmig zusammengeführte Stifte (26) gebildet wird und daß die Lücken zwischen diesen Stiften (26) die öffnungen für die Einführung des Arbeitsgases und/oder des das Probengut enthaltenden Aerosols in die Plasmafackel bilden.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzelektrode (22) aus einem Material mit einem solchen Elektronenemissionsvermögen besteht, daß unter Betriebsbedingungen die Elektronendichte vor der Ansatzelektrode 10¹⁰ bis 10¹⁶ Elektronen pro cm¹ beträgt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzelektrode (23) ein Einsatzstück (24) aus'einem Material mit hohem Elektronenemissionsvermögen aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzelektrode (22) oder das Einsatzstück (24) aus Molybdän, Wolfram, thoriertem Wolfram oder aus einer Alkali- und/oder Erdalkaliverbindung besteht.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterspitze (16) radial verlaufende, mit dem Hohlraum (20) in Verbindung stehende öffnungen (28) aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Hochfrequenz-Plasmafackel als spektroskopische Lichtquelle in Form eines offenen Koaxiallciters. dessen Mittelleiter in einer Spitze mündet, an der die Entladung ansetzt, und der gekühlt ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung, dieser Art wird das Arbeitsgas durch den Zwischenraum zwischen dem Mittelleiter und dem Außenleiter in die Plasmafackel eingeführt.

ίο Es hat sich gezeigt, daß es außerordentlich schwierig ist, bei dieser bekannten Vorrichtung eine stabile Plasmafackel zu erzeugen. Als Folge davon unterliegt die Temperatur des Plasmas Schwankungen. Änderungen in der Temperatur des Plasmas führen aber zu Schwankungen in der Linienintensität, so daß dadurch die Anlysenwerte verfälscht werden.

Es ist ferner bekannt, bei induktiven Plasmafackeln gekühlte Mehrfach-Hohlzylinder zum Zuführen von Probengas zu verwenden. Sie dienen hier jedoch nicht als Elektrode oder Ansatzpunkt einer Entladung.

Außerdem ist es bekannt, einer Plasmafackel ein Arbeitsgas und ein Probengas getrennt zuzuführen, wobei das Probengas unmittelbar in die Entladungszone eingeführt wird.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung so weiterzuentwickeln, daß stabile und in ihrer Temperatur konstante Plasmafakkeln aufrechterhalten werden, so daß dadurch spektralanalytische Untersuchungen mit hoher Meßgenauigkeit möglich werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Mittelleiter als Mehrfach-Hohlzylinder derart ausgebildet ist, daß durch einen oder mehrere Hohlräume das Kühlmittel hindurchgeleitet wird, und daß mindestens ein weiterer Hohlraum mit Öffnungen in der Leiterspitze verbunden ist, durch die der Entladung Gas zugeführt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung wird erreicht, daß die Spitze der Mittelelektrode von einem Gebiet laminarer Gasströmung umgeben wird, vorausgesetzt, daß das Gas mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten zugeführt wird. Dadurch wiederum wird die Plasmafackel stabilisiert, so daß nunmehr eine hohe Temperaturkonstanz erreicht wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Für ein einwandfreies Arbeiten der Vorrichtung ist es wichtig, daß vor der Spitze der Mittelelektrode die

Elektronendichte 10¹⁰ bis 10¹⁶ Elektronen pro cm³ beträgt.

Diese Elektronendichte kann in an sich bekannter Weise durch Auswahl geeigneter Materialien mit hohem Elektronenemissionsvermögen, wie Molybdän. Wolfram oder Wolfram-Thorium-Legierungen mit etwa 1,3% Thorium für die Spitze der Mittelelektrode erreicht werden.

Es ist aber nicht unbedingt erforderlich, daß die notwendigen Elektronen ausschließlich aus dem Material der Mittelelektrode stammen. Man kann nämlich auch dem Gas Zusätze beifügen, die leicht ionisierbar sind, wie z. B. Alkaliverbindungen. Dadurch wird gegebenenfalls die Zündung der Plasmafackel erleichtert.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung im Längsschnitt,

F i g. 2 eine Spitze des Mittelleitcrs im Längsschnitt.