DE2006032C3

DE2006032C3 - Graphltrohrküvette für Atomabsorptionsspektrometer

Info

Publication number: DE2006032C3
Application number: DE19702006032
Authority: DE
Inventors: Klaus; Manthey Kurt; 7770 Überlingen; WeIz Bernhard Dipl.-Chem. Dr. 7758 Meersburg Braun
Original assignee: Bodenseewerk Perkin-Elmer & Co GmbH, 7770 Überlingen
Filing date: 1970-02-11
Publication date: 1976-08-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Graphitrohrküvette für Atomabsorptionsspektrometer mit einem Graphitrohr, welches in einem Gehäuse zwischen zwei Elektroden für die Zufuhr eines starken Heizstromes gehaltert ist und im mittleren Bereich ein Loch in der Mantelfläche aufweist und mit einem Anschluß zur Einleitung eines Schutzgases in das Gehäuse.

Durch den hohen Strom, welcher dem Graphitrohr über die Elektroden zugeführt wird, kann das Graphitrohr auf eine sehr hohe Temperatur in der Größenordnung von 2000⁰C gebracht werden. Vor dem Erhitzen wird durch das Loch im mittleren Bereich eine zu untersuchende Probensubstanz in das Graphitrohr eingebracht. Diese Probensubstanz wird dann bei den hohen Temperaturen atomisiert, so daß innerhalb des Graphitrohres ein atomarer Dampf der Probensubstanz entsteht. Das Meßstrahlenbündel eines Atomabsorptionsspektrometers wird in Längsrichtung durch das Graphitrohr hindurchgeleitet, wobei das Meßstrahlenbündel z. B. von einer Hohlkathodenlampe ausgeht und Spektrallinien eines gesuchten Elements enthält. Aus der Schwächung dieses Meßstrahlenbündels kann dann auf die Menge der ge^cuchten Substanz in der Probe geschlossen werden. Das Schutzgas hat den Zweck, ein Verbrennen des Graphitrohres bei den hohen Temperaturen zu vermeiden. Als Schutzgas kann ein Edelgas oder beispielsweise Stickstoff verwendet werden. Dieses Schutzgas umspült das Graphitrohr außen. Es tritt durch das Loch im mittleren Bereich in das Innere des Graphitrohres ein, so daß das Graphitrohr allseitig von Schutzgas umspült ist und ein Zutritt von Frischluft nicht erfolgen kann. Das Schutzgas strömt über die offenen Enden des Graphitrohres ab.

Der Schutzgasstrom hat bei vorbekannten Graphitrohrküvetten die nachteilige Wirkung, daß er den Probendampf relativ schnell aus dem Graphitrohr heraus-SDÜlt. wodurch die zur Verfügung stehende Meßzeit

verkürzt wird.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, bei Graphitrohrküvetten der eingangs erwähnten Art die mh einer vorgegebenen Probenmenge zur Verfügung ster hende Meßzeit zu verlängern.

Der Erfindung liegt die speziellere Aufgabe zugruit de, bei einer Graphitrohrküvette der eingangs erwähn/· ten Art ein Herausspülen des Probendampfes aus dem Graphitrohr weitgehend zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das Graphitrohr weitere Löcher in der Mantelfläche im Bereich der Enden des Graphitrohres aufweist Auf diese Weise wird nicht der gesamte Schutzgasstrom durch das zentrale Loch des Graphitrohres geleitet, von wo aus er durch das Innere des Graphitrohres zu dessen beiden Enden strönit und dort austritt sondern es wird eine Parallelströmung dazu erzeugt, die an der Außenseite des Graphitrohres entlanggeht

Hierdurch lassen sich Strömungsverhältnisse erzielen, bei denen der Probendampf längere Zeit als bei den vorbekannten Einrichtungen im Inneren des Graphitrohres gehalten wird und für die Messung zur Verfügung steht

Vorteilhafterweise wird die Anordnung so getroffen, daß das G^aphitrohr an seinen Enden konisch ausgebildet ist und zwischen komplementär konischen Flächen der ebenfalls aus Graphit bestehenden, ringförmig ausgebildeten und gleichachsig zu dem Rohr angeordneten Elektroden gehalten wird. Durch den an den beiden Enden des Graphitrohres austretenden Schutzgasstrom, der auch über die Oberfläche der Elektroden streicht werden auch die Elektroden in einer Schutzgasatmosphäre gehalten und ein Verbrennen der Elektroden vermieden, auch wenn die Elektroden ebenfalls aus Graphit bestehen.

Es sind zunächst Versuche durchgeführt worden, bei denen die Löcher im Bereich der Enden des Graphitrohres von radialen Bohrungen gebildet wurden. Die Schutzgasströmung sollte so schwach wie gerade noch vertretbar sein. Hauptsächlich sind hierfür zwei Gesichtspunkte von Bedeutung:

1. Eine schwach eingestellte Strömung, deren über die lichte Weite des Graphitrohres gemessene resultierende Geschwindigkeit bereits in der Größenordnung der unvermeidlichen Luftbewegung der Umgebung liegt kann gegebenenfalls durch Zugluft so weit abgedrängt werden, daß jeweils ein Ende des Graphitrohres dem Umgebungslufteinfluß ausgesetzt und schnell zerstört wird.

2. Eine stärkere Strömung dagegen, die ein sicheres Umspülen aller gegen Verbrennen zu schützenden Teile der Graphitrohrküvette gewährleistet, treibt mit ihrem durch die mittlere Einfüllbohrung gehenden Teilstrom naturgemäß den Probendampf sehr schnell aus.

Bei radialen Bohrungen entfernt sich das durchströmende Schutzgas sofort radial von der Wandung des Graphitrohres, um sich etwa in der Achse des Rohres mit einer oder mehreren gleichen Gasströmungen regellos zu verwirbeln.

Durchgeführte Dauerversuche haben gezeigt, daß diese radiale Bewegung der Gasströmungen zu unerwünschten Abbranderscheinungen in der Nähe der Bohrungen führen kann, da die unvermeidliche Randturbulenz dieser Strömungen aus ihrer Umgebung weiteres Gas in Bewegung setzt In dem gewählten Bereich der Gesamtströmung geht dieser Effekt so weit, daß geringe Mengen Frischluft aus der Umgebung in

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d?s Rohrinnere gezogen werden, deren Sauerstoffgehalt die Abbranderscheinungen verursacht.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabt· zugrunde, die Schutzgasströmung durch geeignete Anordnung der Hüfsbohrungen so zu führen, daß uz eine verbesserte Stabilität gegen Zugluft aufweist.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Löcher im Bereich der Enden des Graphitrohres von sekantial odei fast tangential zum Rohrquerschnitt verlaufenden Bohrungen gebildet werden, so daß sie einen zyklonartig an den Wandungen des Graphitrohres entlang verlaufenden Schulzgasstrom bewirken. Eine solche zyklonartige Strömung haftet an der Innenwand der Graphitküvette und besitzt dadurch eine gewisse Stabilität gegenüber Zugluft, so daß sie in der Lage ist, auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten die Rohrwandung zuverlässig vor Frischluft »influß zu schützen. Der Versatz muß beidseitig und gleichsinnig erfolgen, damit sich innerhalb der Graphitrohrküvette über die gesamte Länge eine gleichgerichtete, zyklonähnliche Strömung ausbilden kann.

Die Wirksamkeit dieser Bohrungsanordnung wurde an mehreren, Graphitrohren erprobt Die bisher vorliegenden Ergebnisse lassen erwarten, daß sich eine wesentlich bis zu sechs Mal längere Lebensdauer der Graphitrohrküvette ergibt, die praktisch nur noch durch die allgemeine Standzeit des Rohres in seiner mittleren, heißesten Zone begrenzt wird. Solche Graphitroh-e, die in Dauerversuchen bis zur Zerstörung betrieben wurden, zeigten an ihren Enden keinerlei Abbranderscheinungen.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Graphitrohrküvette zeigt:

Ein Graphitrohr 1 ist an seinen Enden bei 2 und 3 konisch sich verjüngend ausgebildet. Mit diesen konischen Enden 2 und 3 sitzt das Graphitrohr 1 in zwei Elektroden 4 und 5, die mit komplementär konischen Flächen 6 bzw. 7 versehen sind. Die Elektroden 4 und 5 sind ebenfalls aus Graphit hergestellt. Sie haben ringförmige Gestalt und sind gleichachsig zu dem Graphitrohr 1 angeordnet. Die Außenflächen 8 bzw. 9 der Elektroden sind ebenfalls schwach konisch ausgebildet und zwar derart, daß der Außendurchmesser der Elektroden an dem Graphitrohr 1 abgewandten Ende jeweils kleiner ist als im Bereich des Graphitrohres.

Die Elektroden 4, 5 sind von Kühlmänteln iO, 11 umgeben, welche komplementär schwach konische Innenflächen besitzen. Die Elektroden sitzen somit .selbsthaftend in den Kühlmänteln 10,11, so daß die elektrischen und thermischen Obergangswiderstände zwischen den Elektroden 4, 5 und den Kühlmänteln 10 bzw. 11 klein gehalten werden. Die Kühlmäntel erstrecken sich in axialer Richtung nach innen über die Elektroden 4 bzw. 5 hinaus, derart, daß das Graphitrohr 1 im wesentlichen allseitig von den Kühlmänteln 10, 11 umgeben ist. Die Kühlmäntel 10,11 sitzen in je einem Gehäuseteil 8 bzw. 7. Über einen Anschluß 16 wird Schutzgas zugeführt

Dieses Schutzgas strömt durch eine öffnung 17 in dem mittleren Bereich des Graphitrohres 1 in das Innere des Graphitrohres. Ein dazu paralleler Schutzgasstrosn umströmt das Graphitrohr 1 an der Außenseite und tritt durch öffnungen 18, 19 im Bereich der Enden des Graphitrohres in dieses ein. Beide Schutzgasströme treten dann an den Enden des Graphitrohres aus und umspülen auch die Elektroden 4 und 5. Elektroden und Graphitrohr sind auf diese Weise gegen Verbrennen geschützt, wenn über Hochstrom-Steckverbindungen 20, 21 ein hoher Strom auf die Elektroden 4, 5 und das Graphitrohr 1 gegeben wird und das letztere dadurch auf hohe Temperatur erhitzt wird.

Eine Probe kann in das Graphitrohr 1 durch die Öffnung 17 hindurch eingeführt werden. Beim Aufheizen des Graphitrohres 1, welches dabei eine Temperatur in der Größenordnung von 2000°C annehmen kann, erfolgt eine Dissoziation der Proben in ihre Atome. Die Extinktion wird bei einer Resonanzwellenlänge eines gesuchten Elements in üblicher Weise gemessen. Dadurch, daß der Schutzgasstrom nicht durch die zentrale Öffnung 17 hindurchströmt, sondern ein dazu paralleler Strom durch die öffnungen 18 und 19 zu den Enden des Rohres 1 fließt, wird der atomisierte Probendampf im Inneren des Rohres weniger stark durch das Schutzgas herausgespült. Es lassen sich daher mit einer vorgegebenen Probenmenge längere Meßzeiten erreichen als mit vorbekannten Graphitrohrküvetten, welche nur einen dem Durchbruch 17 entsprechenden zentralen Durchbruch aufweisen.

Die Bohrungen 18, 19 sind, wie aus der Zeichnung erkennbar ist, gegen die Mittelachse des Graphitrohres 1 seitlich, und zwar beide nach der gleichen Seite, versetzt, so daß sie sekantial zum Rohrquerschnitt verlaufen. Hierdurch wird eine zyklonartig an der Innenwandung des Graphitrohres 1 entlangstreichende Schutzgasströmung hervorgerufen, die, wie geschildert, eine bessere Stabilität gegen Zugluft zeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Graphitrohrküvette für Atomabsorptionsspekitrometer mit einem Graphitrohr, welches in einem Gehäuse zwischen zwei Elektroden für die Zufuhr eines starken Heizstroms gehaltert ist und im mittleren Bereich ein Loch in der Mantelfläche aufweist und mit einem Anschluß zur Einleitung eines Schutzgases in das Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (1) weitere Locher (18, 19) in der Mantelfläche im Bereich der Enden des Graphitrohres aufweist

2. Graphitrohrküvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphiirohr (S) an seinen Enden (2, 3) konisch ausgebildet ist und zwischen komplementär konischen Flächen (6, 7) der ebenfalls aus Graphit bestehenden, ringförmig ausgebildeten und gleichachsig zu dem Rohr (ti) angeordneten Elektroden (4,5) gehalten wird. *>

3. Graphitrohrküvette nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Löcher im Bereich der Enden des Graphitrohres von sekantial oder fast tangential zum Rohrquerschnitt verlaufenden Bohrungen gebildet werden, so daß sie einen zyklonartig an den Wandungen des Graphitrohres entlang verlaufenden Schutzgasstrom bewirken.