DE2127041A1

DE2127041A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Be Stimmung von Spurenelementen in festen Proben mittels optischer Emissions Spek trometne

Info

Publication number: DE2127041A1
Application number: DE19712127041
Authority: DE
Inventors: Stefano Rom Quagha Giovanni Battista Genua Morello Bartolomeo Rom Sturlese, (Italien)
Original assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Priority date: 1970-06-05
Filing date: 1971-06-01
Publication date: 1971-12-09
Also published as: US3711201A; CH536491A; GB1339946A

Description

Centro Sperimentale Metallurgie© S.p.A., Via di Castel Romano, Rom / Italien

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Spurenelementen in festen Proben mittels optischer Emissions-Spektrometrie.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Spurenelementen in festen Proben mit Hilfe der optischen Emissions-Spektrometrie mit Erregung in kontrollierter Atmosphäre. Insbesondere sollen mit der Erfindung Analysen flüchtiger Spurenelemente vor allem in Stahlproben gemacht werden können, wobei die Vorrichtung zur Verwendung an bekannten optischen Emissions-Spektrometern gedacht ist.

Die optischen Emissions-Spektrometer, die mit Erregung in kontrollierter Atmosphäre arbeiten, z.B. unter dem Namen "Quantοvac"*—' bekannt, sind mit einer Kammer versehen, in der die kontrollierte Atmosphäre erzeugt wird und in der sowohl die Elektrode als auch die Gegenelektrode vorhanden sind, zwischen denen die Entladung stattfindet.

Gemäß den herkömmlichen Analysen-Verfahren oder -Techniken wirkt die zu analysierende Probe als Elektrode und bleibt während der zwischen ihr und der Gegenelektrode stattfindenden Entladung stationär.

Bei Anwendung dieser Verfahren ist es jedoch in vielen Fällen und für einige Komponenten des zu analysierenden Materials unmöglich, die Konzentrationsgrößen zu erlangen, die für industrielle Erfordernisse notwendig sind.

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In diesem Zusammenhang typisch ist der Fall der Analyse leicht flüchtiger Elemente, die in niedriger Konzentration (5 - 100 p.p.m.) in Metallproben vorhanden sind. Tatsächlich ist bekannt, daß beispielsweise die spektrometrische Bestimmung von Blei in korrosionsbeständigen Stählen das höchste industrielle Interesse für Mengen zwischen 5 und 60 p.p.m. besitzt. Bei. diesen Konzentrationen jedoch wird die Intensität der höchst sensiblen Spektrallinie des Bleies mit einer Wellenlänge von 2203.5 A auf solch niedrige Werte im Verhältnis zum Grundspektrum reduziert, daß dadurch die Bestimmung des Elementes unmöglich gemacht wird.

Zweck und Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hilfs-Zusatzvorrichtung für unter kontrollierter Atmosphäre arbeitende Emissions-Spektrometer zu schaffen, die die quantitive Analyse flüchtiger Elemente ermöglicht, die in äußerst geringen Konzentrationen in metallischen Materialien vorhanden sindj beispielsweise von Blei in korrosionsbeständigen Stählen.

Diese Aufgabe wird von der Erfindung mittels eines Verfahrens der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Probe während der Entladung zum'Rotieren gebracht wird. Durch dieses Rotieren während der Entladung derart, daß die Entladung zwischen der Gegenelektrode und einer fortlaufend erneuerten Oberfläche der Probe selbst stattfindet, erzielt man eine ganz erhebliche Verbesserung in der Genauigkeit der Analyse der in der Probe enthaltenen flüchtigen Elemente.

Zur besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist nach einem weiteren Merkmal derselben eine Vorrichtung vorgesehen, die in Kombination besteht aus einem Probenhalter für feste Proben, geeigneten Mitteln z'um gasdichten Befestigen des Probenhalters an einem Petrey-Tisch,

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die die Rotation des Probenhalters ermöglichen, geeigneten Antriebsmitteln für die Rotation des Probenhalters mit variabler und einstellbarer Geschwindigkeit und einer Einrichtung zum gasdichten Befestigen der Probe auf dem Probenhalter. Besondere Vorteile dieser Vorrichtung liegen in ihrem einfachen Aufbau sowie in ihrer leichten Anbringungsmöglichkeit an vorgegebenen Vorrichtungen sowie ihrer leichten und schnellen Arbeitsweise, die gut reproduzierbare Ergebnisse ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der schemafisehen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, das selbstverständlich den Erfindungsgedanken nicht einengen kann und soll, näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. und

Fig. 3 eine Eichkurve für Blei in Proben korrosionsbeständigen Stahls.

Man erkennt in Fig. 1 und 2 einen Probenhalter in Form einer kreisförmigen Platte 1 aus selbstschmierendem Ma-

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terial, z.B. Polytetrafluoräthylen, deren Mittelteil, koaxial zu de χ* Platte, eine zylindrische Vertiefung 2 zur Aufnahme einer metallischen Probe 10 vorgesehen ist. Der Boden dieser Vertiefung 2 ist infolge eines kreisförmigen Durchgangsloches 3 offen. Dieses Durchgangsloch 3 ist koaxial zur Platte 1 und der Vertiefung 2. Der Probenhalter ist an einem Petrey-Tisch 4 mit Hilfe von mindestens drei Supporten oder Stützen 5 befestigt. Diese Stützen 5 weisen jede ein Führungsrad 6 auf,'welches in eine seitliche Rille 7 in der Platte 1 faßt. Eine Bohrung 8 des Petrey-Tisches ¹I, die einen geringeren Durchmesser als der des

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Durchgangsloches 3 besitzt, ist koaxial mit einer Gegenelektrode 9 und im übrigen so angeordnet, daß die horizontalen Projektionen der beiden Löcher zueinander tangential sind. Die Probe ist so in der Vertiefung 2 ange-

resp. üheraeckt

ordnet, daß sie das Durchgangsloch 3 ausfüllte Sie wird in dieser'Lage durch Stellelemente wie Backen 11 gehalten. Jede dieser Backen 11 ist von einer Feder 12 druckbeaufschlagt, die sich in einer fest mit der Platte 1 verbundenen Führung 13 befindet.

Das Probenhalter-System kann um seine vertikale Achse mit variabler und einstellbarer Geschwindigkeit rotieren, die auf die getriebemäßig ausgebildete Kontur der Platte 1 durch Anschließen an einen variablen und einstellbaren Antriebsmotor 14 übertragen wird.

Es ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß selbstverständlich auch irgendein anderes System, welches geeignet ist, die Probe in der gewünschten Lage zu halten, sei es mechanischer, hydraulischer, pneumatischer, magnetischer oder elektromagnetischer oder anderer geeigneter Art, ebenso angewendet werden kann. Lediglich als Beispiel unter den vielen Möglichkeiten sei ein Halter-System erwähnt, bei dem die Probe mittels einer Dornapparatur gehalten werden kann, die zuvor geeignete Än-P derungen in/der Ausbildung der Platte 1 erforderlieh macht. Ein anderes Halter-System für die Probe, welches deren Rotierbarkeit ermöglicht, kann man durch Änderung der Anordnung der Probenklemme erreichen, die sich normalerweise an der zusammen mit dem.Spektrometer vorgesehenen Zusatzausrüstung befindet, so daß ihr Ende mit der Rotationsachse der Probe statt mit der Achse der Gegen-elektrode zusammenfällt, wie dies üblicherweise der Fall ist. Natürlich könnten in diesem letzteren Falle ebenfalls

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konstruktive Änderungen an der vorhandenen Ausrüstung notwendig werden, die gewisse Komplikationen bei der Anbringung und dem Abbau zur Folge haben.

Vorteilhafte Merkmale der Vorrichtung sind die Leichtigkeit, Schnelligkeit und Reproduzierbarkeit des Auf- und Abbaus, ohne daß die optische Einstellung des Aufnahmesystems und die vorhandene Ausrüstung geändert werden müssen.'

Zur weiteren Erläuterung wird im folgenden noch ein Anwendungsbeispiel der Erfindung beschrieben:

Beispiel:

Fig. 3 zeigt eine Eichkurve von Pb in Proben aus korrosionsbeständigem Stahl der Serien AISI 304 mit bekanntem Skalar-Blei-Gehalt, der zu diesem Zwecke präpariert wurde.

Die Spektrometer-Messungen wurden mit einem Vakuum-Spektrometer durchgeführt, welches mit der oben beschriebenen Vorrichtung ausgerüstet war und unter den nachfolgenden operativen Bedingungen mit der elektrischen. NuIlzu-Null-Einstellung arbeitete:

Ausgangspunkt:

Kapazität 25 yF

Induktivität 360 uH

Widerstand 5 "¹^-

Spannung . 650 V

Probe: negativ

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Gegenelektrode: Silberstab, mit 90 konischer Spitze,

positiv,

Argon-Pluß: 5 l/min,

Integrationszeit: annähernd 20 Sek. (bestimmt durch

die integrierte Intensität der Bezugslinie Pe 2714.,4 A),

Rotationsgeschwindigkeit der Probe: 3 U/min.

Aus dem Studium der Eichkurve ergibt es sich für den Fachmann klar, daß,die der Grundsubstanz äquivalente Konzentration etwa 52 p.p.m. gleichkommt. Das bedeutet, daß unter Verwendung der erfindungsgemäßen rotierenden Probenhalter-Vorrichtung - Ergebnisse erzielbar sind, die etwa

und $P*iQHtr

zehnfach vorteilhafter^sind als die, die mittels Analyse einer Probe erhalten werden, die stationär gehalten wird und der unter denselben Operationsbedingungen eine
Konzentration entspricht, die der Grundsubstanz von
600 p.p.m. äquivalent ist.

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Bestimmung von Spurenelementen in festen Proben mit Hilfe der optischen Emissions-Spektrometrie und Erregung in (unter) kontrollier- ( ter Atmosphäre,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Probe während der Entladung zum Rotieren gebracht wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß sie in Kombination besteht aus einem Probenhaitef (1) für feste Proben (10), geeigneten Mitteln (5) zum gasdichten Befestigen des Probenhalters an einem Petrey-Tisch (4), die die Rotation des Probenhalters j

ermöglichen, geeigneten Antriebsmitteln (14) für die Rotation des Probenhalters mit variabler und einstellbarer Geschwindigkeit und einer Einrichtung (11, 12, 13) zum gasdichten Befestigen der Probe auf dem Probenhalter.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Probenhalter aus einer kreisförmigen Platte (1) besteht, in deren Mittelteil sich eine zylindrische,

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mit der Platte koaxiale und die Probe aufnehmende Vertiefung (2) befindet, deren Boden durch ein kreisförmiges Durchgangsloch (3) offen ist, das mit der Platte ebenso koaxial ist wie mit deren Vertiefung.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,-

daß der Probenhalter (1) aus selbstschmierendem Material hergestellt ist und gasdicht auf dem Petrey-Tisch (4) mit Hilfe wenigstens dreier Stützen (5) befestigt ist, die' je ein Führungsrad (6) aufweisen, das von einer Rille (7) aufgenommen ist und sich in dieser entlang des Umfanges der Platte bewegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß eine Bohrung (8) des Petrey-Tisches (4) koaxial mit einer Gegenelektrode (9) ist, einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der des Durchgangsloches (3)^vund><so angeordnet ist, daß die horizontalen Projektionen der Außenlinien der beiden Löcher zueinander tangential liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5>
dadurch gekennzeichnet,

daß die Platte (1) um ihre vertikale Achse mit variabler und einstellbarer Geschwindigkeit drehbar ist, die auf den als Getriebeteil ausgebildeten Umfang der Platte mittels variablen und einstellbaren Antriebsmotors (14) übertragen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Metallprobe (10), die so in der Vertiefung der Platte (1) angeordnet ist, daß sie deren Boden bedeckt, mit Hilfe von Stellelementen (11) fixiert

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gehalten ist, von denen jedes durch eine Feder (12) druckbeaufschlagt ist, die in einer mit der Platte eine Einheit bildenden Führung untergebracht ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Probe (10) durch eine Kern- oder Dornvorrrichtung befestigbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Probe durch Druck befestigbar ist, der in zu ihr senkrechter Richtung über einen zylindrischen Stab wirkt, der koaxial zur Rotationsachse der Probe angeordnet und am Probenende befestigt ist mit einer Klemme, die einen Teil der Grundvorrichtung bildet.
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