DE19940095A1

DE19940095A1 - Zeeman-Atomisiereinrichtung für gelöste und feste Proben

Info

Publication number: DE19940095A1
Application number: DE19940095A
Authority: DE
Inventors: Klaus Eichardt; Steffen Lindner
Original assignee: Analytik Jena AG
Current assignee: Analytik Jena AG
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-01
Also published as: US6545757B1; WO2001014861A1; EP1123500A1

Abstract

Atomisiereinrichtung für die Atomabsorptionsspektroskopie nach dem Zeeman-Verfahren, wobei sowohl zur Untersuchung flüssiger Proben mit Eingabe von oben als auch zur Untersuchung fester Proben von der Seite ein an sich über Flügel quergeheizter rohrförmiger Atomisierofen mit horizontal verlaufender Ofenrohrrichtung sich mit seinen Flügeln zwischen vertikal angeordneten Elektroden befindet und sich der sich vertikal erstreckende Atomisierofen seitlich zwischen Magnetpolen befindet.

Description

Der Stand der Technik auf dem Gebiet der Graphitrohr- Atomabsorptionsspektroskopie (GF-AAS) sind rohrförmige Ofenkörper und Atomisieröfen auf Graphitbasis sowie Zeeman-Magnetfeldanordnungen zur Kompensation unerwünschter Meßsignale und ist ausführlich in DE 42 43 766 C2, DE 42 43 767 C2, EP 0364539 B1, EP 0363457 und DE 21 65 106 C2 beschrieben.

Unterschieden wird generell zwischen längs- und quergeheizten Ofenkörpern, wobei im Innern des Ofenteils separate oder mit dem Ofenkörper verbundene Probenträger, sogenannte "Plattformen" vorgesehen sein können. Die quergeheizte Ofenkörpergeometrie hat dabei für den Anwender eindeutige analytische und kostenseitige Vorteile.

Stand der GF-AAS-Analytik ist es, für gelöste (flüssige) und feste Proben jeweils eine separate, der Probenform zugeordnete und angepaßte Atomisiereinrichtung, die einen quer- oder längsgeheizten Ofenkörper beinhaltet, einzusetzen. D. h., ein Labor, das beide Probenformen zu analysieren hat, muß dieses über zwei unterschiedliche Komplettsysteme an Atomabsorptionsspektrometer einschließlich der Zubehöreinheiten, wie z. B. Probenperipheriegeräte, realisieren.

Die Proben werden typischerweise in die Mitte des Innenraums des Ofenkörpers durch einen Zufuhrautomaten, auch "Probengeber" genannt, eingebracht. Für gelöste Proben erfolgt dabei die Zufuhr in den Ofenkörper senkrecht oder schräg von oben. Feste Proben werden zunächst auf einem löffelartigen Probenträger aus Graphit außerhalb des Ofens gelagert und quantifiziert (erfassen Probengewicht), bevor der Träger mit der Probe annäherend horizontal über seitliche Öffnungen in die Atomisiereinrichtung eingeführt wird.

Stand der GFAAS-Analytik ist es auch, zur Untergrundkompensation den soge nannten "Zeeman-Effekt" auszunutzen.

Solche Systeme sind beispielsweise aus der EP 0364539 B1, EP 0363457 B1 und DE 21 65 106 C2 bekannt. In EP 036357 B1 und DE 21 65 106 C2 werden Atomabsorptionsspektrometer dargestellt, bei denen jeweils ein Ofen, der von einem Meßlichtbündel durchstrahlt wird, zur Erzeugung des Zeeman-Effektes im Luftspalt eines Elektromagneten angeordnet ist.

In DE 216 55 106 C2 ist eine GFAAS-Atomisiereinrichtung mit zur Ofenrohrachse quergestellten Zeeman-Magneten beschrieben, die die Nutzung von quergeheizten Ofenkörpern nicht zuläßt.

Die geschlossene quergeheizte Konstruktion der Atomisiereinrichtung und der Magnetpole nach EP 036357 B1 gestattet keine horizontale Probenzufuhr von Feststoffen, es können nur gelöste Proben über eine Einfüllöffnung senkrecht von oben eingegeben werden. Einerseits müssen aber die longitudinal angeordneten sperrigen Magnetpole sehr dicht an die stirnseitigen Endflächen des Ofenrohrs herangeführt werden, um die für die Analytik notwendige maximale magnetische Feldstärke von ca. 1 Tesla zu realisieren. Andererseits ist aber gerade dadurch das Einsatzgebiet des analytisch so vorteilhaften quergeheizten Ofenrohrs in Kombination mit einer longitudinalen Magnetfeldanordnung auf nur gelöste Proben eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Atomisiereinrichtung mit quergeheizten Ofenkörper und Elektromagnet zur Untergrundkorrektur nach dem Zeeman- Effekt für ein Atomabsorptionsspektrometer zu realisieren, die für die Analyse von festen und gelösten Proben in gleicher Weise geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird eine Atomisiereinrichtung für gelöste und feste Proben dadurch realisiert, daß ein quergeheiztes Ofenrohr in vertikal gestellte Elektroden über seine Kontaktstücke eingespannt wird und die Kontaktstücke des Ofens mit mittig gelagerten Bohrungsdurchbrüchen zum Eintrag gelöster Proben, der Zu- und Abfuhr von Schutzgasen sowie der Erfassung der Rohrstrahlung zum Zwecke der Temperatursteuerung des Ofens versehen sind. Durch diese Vertikalstellung des quergeheizten Ofens gelingt es, erstens den notwendigen Freiraum für die dicht an den Ofen heranzuführenden Magnetpole einer quer-(transversal) orientierten Zeeman- Magnetfeldanordnung zu schaffen und zweitens die stirnseitigen Bereiche des rohrförmigen Teils des Ofens so freizuhalten, daß auf einer Seite eine horizontale, zeitweise auch mit einem optischen Fenster verschließbare Einfuhröffnung für feste Proben auszubilden, vorzugsweise auf der linken Ofenstirnseite. Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme zur Schaffung des notwendigen Freiraums für den Feststoffprobeneintrag ist die asymmetrische Anordnung der geometrischen Mitten von Ofen und Magnetpolen zueinander.

Erfindungsgemäß sind des weiteren die beiden Einfüllöffnungen für gelöste und feste Proben mit leicht wechselbaren Graphitadaptern ausgestattet. Dadurch ist einerseits eine schnelle geometrische Anpassung an den jeweiligen in Benutzung befindlichen Probengeber sowie der schnelle Verschluß des gerade nicht genutzten Kanals gegeben und andererseits aber auch eine einfache Reinigungsmöglichkeit realisiert, die ohne die komplette Demontage der Atomisiereinrichtung auskommt.

Die erfinderische Lösung weist insbesondere folgende Vorteile auf:
"Massman"-Ofentechnik mit Zeemanmagnetfeld für feste und gelöste Proben, d. h. halbgeschlossener Atomisator mit zwei den möglichen Probenformen angepaßten rohrförmigen Ofenteilen sowie getrennte äußere und innere Schutzgasströme.

Die der Probenform angepaßten Graphitwechselteile - 2× Ofenrohr und 3× Kanaladapter - sind leicht auszutauschende und kostengünstig herzustellende Graphitverschleißteile.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend anhand der schematischen Darstellungen näher beschrieben.

Aufstellung der Figuren und der verwendeten Bezugszeichen Fig. 1: Längsschnitt durch die Atomisiereinrichtung

1

Atomisierofen

2

Obere Elektrode

3

Untere Elektrode

4

,

5

Fensterstutzen rts./lks.

6

,

7

Ofenfenster rts./lks.

8

Bohrung in unterer Elektrode

9

Äußerer Schutzgaskanal

10

Pipettieröffnung

11

Pipettiereinsatz und -adapter

12

,

13

Gehäuseteile

14

Scharnier zwischen Gehäuseteilen

15

Pneumatisches Betätigungselement

16

,

17

Kühlkanäle

18

Temperatursensor

19

Liquidadapter
A Ofenrohrachse
Z1, Z2 Zufuhrstutzen innere Gasströme

Fig. 2: Querschnitt entlang der Ofenrohrachse A

20

,

21

Magnetpole

22

,

23

Spulen

24

Plattform

Fig. 3: Vergrößerter Ausschnitt Fig. 2

25

Ausfräsung Plattform

Fig. 4: Längsschnitt Atomisierofen für gelöste Proben

26

Längsbohrungen

27

,

32

Öffnungen

28

,

29

Ofenflügel

30

Plattformfuß

31

Bohrung
B Schnittachse

Fig. 5: Räumliche Darstellung Atomisierofen für gelöste Proben Fig. 6: Teilausschnitt von Fig. 1 mit Schutzgasströmen

Sa Äußerer Schutzgasstrom
Si Innere Schutzgasströme

Fig. 7: Explosivdarstellung der Elemente der Atomisiereinrichtung für gelöste Proben Fig. 8: Schnittdarstellung Atomisiereinrichtung für feste Proben

32

Blindeinsatz und -adapter

33

Atomisierofen für feste Proben

34

Eingabekanal Festproben

Fig. 9: Explosivdarstellung der Elemente der Atomisiereinrichtung für feste Proben Fig. 10: Längsschnitt Atomisierofen für feste Proben Fig. 11: Räumliche Darstellung Atomisierofen für feste Proben

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Atomisiereinrichtung mit einem hier nicht dargestellten Zeeman-Magneten. Der noch im Detail in weiteren Figuren dargestellte Atomisierofen 1 ist quergeheizt und zwischen einer oberen Elektrode 2 und einer unteren Elektrode 3 vertikal angeordnet.

Seitlich schließen sich in der unteren Elektrode 3 Fensterstutzen 4 und 5 sowie Ofenfenster 6 und 7 an, wobei die Fenster 6 und 7 jeweils Zufuhrstutzen Z1, Z2 zur Zuführung innerer Gasströme aufweisen.

Im Fensterstutzen 6 ist ein Liquidadapter 19 vorgesehen, der symmetrische Verhältnisse für die inneren Gasströme gewährleistet und im Betriebsmodus "Feststoff" zur besseren Zuführung von Feststoffproben von der Seite herausgenommen wird.

Die untere Elektrode 3 weist weiterhin eine Bohrung 8 auf, durch die über einen äußeren Gaskanal 9 Schutzgas von unten an den Atomisierofen herangeführt wird. Weiterhin ist über diese Bohrung die Erfassung der Ofentemperatur über einen unterhalb dieser Bohrung angeordneten Temperatursensor 18 möglich.

Der Ausgang des äußeren Schutzgasstroms sowie der inneren Spülgasströme erfolgen im Betriebsmodus "Liquid" über eine obere Pipettieröffung 10 zur Zuführung der flüssigen Proben über eine nicht dargestellte Probengebereinrichtung.

In dieser Öffnung befindet sich im Betriebsmodus "Liquid" ein von oben zugänglicher Pipettiereinsatz 11.

Die Anordnung ist von zwei Gehäuseteilen 12, 13 umgeben, wobei das obere Gehäuseteil zum Auswechseln des Atomisierofens über ein Scharnier 14 nach oben aufklappbar ausgebildet ist.

Zur Betätigung ist hier vorteilhaft ein pneumatisches Betätigungselement 15 vorgesehen.

In den Gehäuseteilen 12, 13 sind über nicht dargestellte Kühlstutzen versorgte und nur schematisch angedeutete mäanderförmige Kühlkanäle 16, 17 vorgesehen.

Im Betriebsmodus "Feststoff", auf den in weiteren Darstellungen noch eingegangen wird, ist anstelle des Pipettiereinsatzes 11 ein Blindeinsatz (Verschlußstopfen Fig. 8-32) vorgesehen, der bis zum Ofenkörper heranreicht.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie der Ofenrohrachse A in Fig. 1 mit Blickrichtung in Richtung des Pfeils.

Hier sind den Ofenkörper des Atomisierofens 1 seitlich umschließende Magnetpole 20, 21 sowie Spulen 22, 23 erkennbar, die optimal an den Ofenkörper herangeführt sind.

Erkennbar ist, daß vorteilhaft der Ofenkörper nicht in der Mittenachse der Magnetpole sondern asymmetrisch dazu angeordnet ist.

Weitere Elemente wurden bereits anhand Fig. 1 erwähnt.

In Draufsicht ist eine Plattform 24 im Ofenrohr erkennbar, die die flüssige Probe von oben aufnimmt.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2 ohne äußere Teile und Magneten.

Hier ist erkennbar, daß die Plattform 24 im Innern eine Ausfräsung 25 aufweist, die die gelöste Probe aufnimmt.

Deutlich erkennbar ist auch der nur im Betriebsmodus "Liquid" eingesetzte Liquidadapter 19.

Die Plattform ist nur in diesem Modus Bestandteil des Rohres des Atomisierofens 1, der im Feststoffmodus durch eine andere Ausführung (Fig. 8-33) ersetzt wird, die noch beschrieben wird.

Abb. 4 zeigt einen Längsschnitt durch den Atomisierofen im Liquid-Modus sowie eine Seitenansicht aus Richtung B, der eine untere Längsbohrung 26 zur Zuführung eines äußeren Schutzgaskanals aufweist, die an Öffnungen 27 den sich verjüngenden Ofenflügel 28 durchbricht, wodurch die Schutzgasströme dort austreten können, um weiter den Ofenkörper 1 von außen zu umströmen.

Die Bohrung 26 ist nach an ihrem oberen Ende durch den eingesetzten Fuß 30 der Plattform 24 verschlossen.

Eine obere Bohrung 31 dient der Zuführung flüssiger Proben.

An Öffnungen 32, die wie Öffnungen 27 im unteren Flügel 28 im oberen Flügel 29 zustande gekommen sind, tritt der äußere Schutzgasstrom teilweise wieder ein und strömt von dort nach oben aus der Pipettieröffnung heraus (Fig. 1).

In Fig. 5 ist der Atomisierofen gemäß Fig. 4 räumlich schräg von der Seife dargestellt.

Fig. 6 zeigt einen Teil von Fig. 1, mit dargestellten Richtungen des äußeren Schutzgasstromes Sa sowie der inneren Schutzgasströme Si.

Fig. 7 zeigt eine Explosivdarstellung der Elemente aus Fig. 6, mit den an der unteren Elektrode 3 angesetzten Fensterstutzen 4, 5.

In Fig. 8 ist die Atomisiereinrichtung für die Feststoffanalytik im Schnitt dargestellt, mit dem erwähnten Blindeinsatz 32 zum Verschluß der oberen Ofenhälfte sowie mit herausgezogenem Liquidadapter (19).

Weiterhin ist ein modifizierter Atomisierofen 33 vorgesehen, der keine Probenplattform 24 mit Fuß 30 enthält.

Dieser ist, wie in Fig. 10, 11 dargestellt, in bekannter Weise zweiflüglig und quergeheizt ausgebildet und weist in der Nähe des Ofenrohrs in bekannter Weise einen sich verjüngenden Längsschnitt entlang der Schnittlinie d im ersten Längsschnitt auf.

Die Bohrungen 26, 31 sind wie in Fig. 4 vorhanden, sie reichen allerdings nicht in das Ofenrohr hinein.

Die Beschickung erfolgt von der Seite über einen Eingabekanal 34 und die größere Öffnung des Fensterstutzens 4. Die Ofenfensterbaugruppe 6 ist im Fall der Feststoffanalytik nicht an der Atomisiereinrichtung befestigt; sowohl innere als auch äußere Schutzgasströme Sa, Si können somit seitlich über den Eingabekanal 34 austreten.

Fig. 9 zeigt eine Explosivdarstellung der Elemente des Atomisierofens für feste Proben gemäß Fig. 8.

Fig. 10 zeigt zwei Längsschnitte durch den Atomisierofen für feste Proben.

Fig. 11 ist der Atomisierofen für feste Proben gemäß Fig. 10 räumlich schräg von der Seite dargestellt.

Claims

1. Atomisiereinrichtung für die Atomabsorptionsspektroskopie nach dem Zeeman- Verfahren, wobei sowohl zur Untersuchung flüssiger Proben mit Eingabe von oben als auch zur Untersuchung fester Proben von der Seite ein an sich über Flügel quergeheizter rohrförmiger Atomisierofen mit horizontal verlaufender Ofenrohrrichtung sich mit seinen Flügeln zwischen vertikal angeordneten Elektroden befindet.

2. Atomisiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der sich vertikal erstreckende Atomisierofen sich seitlich zwischen Magnetpolen befindet.

3. Atomisiereinrichtung nach Anspruch 2, wobei die geometrischen Mittenachsen vom Atomisierofen und den Magnetpolen asymmetrisch zueinanderverschoben sind.

4. Atomisiereinrichtung nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei zur Untersuchung flüssiger gelöster Proben ein Atomisierofen mit nach oben zeigender Einfüllöffnung in das Ofenrohr und einem durch einen Flügel ver laufenden Einfüllkanal in Richtung einer Pipettieröffnung vorgesehen ist.

5. Atomisiereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei zur Untersuchung fester Proben ein Atomisierofen seitlich beschickbar ist,
wobei der Einfüllkanal für die gelösten Proben auf der Ofenoberseite verschlossen ist.

6. Atomisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, daß zur geometrischen Anpassung der Innenraumverhältnisse der Atomisier einrichtung an einen Probengeber für feste Proben und zur besseren Beschickung des ofenrohrförmigen Abschnitts ein seitlicher entfernbarer Einsatz vorgesehen ist.

7. Atomisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jeweils über seitlich am Ofenrohr angeordnete Fenster die Meßstrahlung verläuft und über die Fenster oder die Fensterfassung mindestens ein innerer Schutzgasstrom eingeleitet wird.

8. Atomisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich unterhalb des Atomisierofens ein an diesen heranführender Kanal zur Zuführung des äußeren Schutzgases und/oder zur Erfassung der Ofentemperatur durch Strahlungsmessung erstreckt.

9. Atomisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im Flüssigbetrieb die äußeren und inneren Teilschutzgasströme über die Pipettieröffnung austreten.

10. Atomisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei im Feststoffbetrieb ein innerer Schutzgasteilstrom, der von der Atomisiereinrichtungsseite mit Fenster eingeführt wird, über die seitliche Beschickungsseite austritt.