DE2323774B2

DE2323774B2 - Rohrartige, elektrisch leitende Probenaufnahme- und Heizvorrichtung für die flammenlose Atomabsorptions-Spektrometrie

Info

Publication number: DE2323774B2
Application number: DE19732323774
Authority: DE
Inventors: Rolf Guenter Arnold 7777 Salem Tamm; Wolfgang Wilhelm Fritz Dipl.-Phys. Dr. 7770 Ueberlingen Witte
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1973-05-11
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2323774A1; DE2323774C3

Description

Die Erfindung betrifft eine rohrartige, elektrisch leitende Probenaufnahme- und Heizvorrichtung für die flammenlose Atomabsorptions-Spektrometrie.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt in Form sogenannter »Graphitrohre«. Übliche Graphitrohre sind glatte zylindrische Röhrchen aus Graphit, die mit konischen Stirnflächen zwischen entsprechenden ringförmigen Elektroden gehalten werden. In der Mitte weisen diese Graphitröhrchen üblicherweise eine Probeneingabebohrung auf, durch welche hindurch eine flüssige Probe in das Graphitröhrchen eingebracht werden kann. Es wird dann ein starker elektrischer Strom durch das Graphitrohr hindurchgeleitet, so daß dieses auf hohe Temperaturen aufgeheizt wird. Es erfolgt zunächst eine Trocknung und gegebenenfalls Veraschung der Probensubstanz. Schließlich wird bei einer weiteren Heizstufe das Graphitrohr soweit aufgeheizt, daß die Probe atomisiert witd, d. g. innerhalb des Graphitrohres eine Atomwolke bildet, in welcher die einzelnen in der Probe enthaltenen Elemente in atomarem Zustand vorliegen. Ein Meßlichtbündel eines Spektralphotometers, welches vorzugsweise eine Resonanzlinie eines in der Probe enthaltenen gesuchten Elementes enthält, wird in Längsrichtung durch das Graphitrohr hindurchgeleitet, so daß aus der Absorption, der das Meßlichtbündel unterworfen ist, auf den Anteil des gesuchten Elementes in der Probe geschlossen werden kann.

Das Graphitrohr erfüllt dabei mehrere Funktionen. Es dient zunächst als Träger für die einzubringende Probe. Weiterhin soll es durch geeignetes Aufheizen des Graphitrohres die Probe schrittweise auf die erforderliche Verdampfungs-, Veraschungs- und Atomisierungs-Temperaturen bringen. Schließlich dient das Graphitrohr zum Zusammenhalten der entstehenden Atomwolke. Um eine schnelle Atomisierung der Probe zu erreichen und die Atomwolke möglichst lange im Inneren des Graphitrohres zu halten, ist es wünschenswert, daß die Probe möglichst in der Mitte des Rohres gehalten wird. Hier sind nämlich die Temperaturen, auf die das Rohr aufgeheizt wird, am höchsten, da eine Wärmeableitung an den Enden über die Elektroden erfolgt. Außerdem kann die in der Mitte des G-aphitrohres gebildete Atomwolke am längsten in dem Graphitrohr gehalten werden, bevor sie durch Diffusion und Schutzgasströmung aus dem Graphitrohr entweicht.

Bei einem bekannten Graphitrohr in Form eines Hohlzylinders mit glatten Innenwänden besteht die Gefahr, daß sich gut benetzende Proben, wie z. B. öle, beim Erwärmen stark ausbreiten. Solche Proben können bis zu den Rohrenden kriechen und dort zwischen Rohrenden und Elektroden kapillar eingesaugt werden. Dabei geht ein im allgemeinen unreproduzierbarer Teil der Probe für die Analyse verloren. Das Meßsignal wird nicht nur geschwächt, sondern auch in unreproduzierbarer Weise beeinflußt. Das öl in der Nähe der Rohrenden wird infolge der dort herrschenden geringeren Temperaturen nicht vollständig ther-

misch zersetzt und stört beim nachfolgenden Atomisieren durch das nachträgliche Entstehen weiterer Zersetzungsprodukte die Messung. Außerdem können auch nachfolgende Messungen gestört werden, da Probenreste in der Nähe der Rohrenden durch Ausheizen nicht vollständig beseitigt werden können.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Probenaufnahme- und Heizvorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine Ausbreitung der Probe in Längsrichtung der Rohrlänge stark behindert _!U wird.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß bei Behinderung der Ausbreitung in Längsrichtung des Rohres die Ausbreitung der Probe in Umfangsrichtung gefördert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß trotz der Behinderung einer Ausbreitung der Probe in Längsrichtung in Abhängigkeit von der Menge der eingebrachten Probe ein mehr oder weniger großer Bereich der Rohrinnenfläcl-e von der eingebrachten Probe bedeckt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß mindestens ein Teil der Rohrinnenfläche mit Rillen ₂-> versehen ist, die im wesentlichen quer zur Rohrachse verlaufen.

Gemäß der Erfindung verlaufen auf der Innenseite des Graphitrohres (o. dgl.) Rillen entweder senkrecht zur Rohrachse oder die schließen mit dieser Richtung jo einen nur kleinen Winkel ein. Bringt man dann eine flüssige Probe in der Rohrmitte auf den Boden des waagerecht liegenden Rohres, dann füllt die Probe zunächst eine oder mehrere benachbarte Rillen aus. Das Überkriechen der Flüssigkeit in die nächsten noch freien j-, Rillen wird durch die zwischen den Rillen gebildeten Stege behindert, insbesondere wenn die Stege scharfe Kanten aufweisen. Kriecht dennoch etwas Flüssigkeit über einen Steg in die nächste freie Rille, dann sammelt sie sich zunächst in dieser Rille, denn das Weiterkrie- -10 chen wird durch den folgenden Steg wiederum behindert. Selbst stark benetzte Proben, die auch über eine Kante noch teilweise hinwegkriechen, werden also in ihrer Ausbreitung stark gehemmt. Die Ausbreitung in Umfangsrichtung wird dagegen nicht behindert. Sie -r, wird durrh die Kapillarwirkung der Rillen sogar gefördert. Die Probe kann sich in dieser Richtung ausbreiten, ohne daß die für die Analyse günstigste Stelle, nämlich die Rohrmitte, verlassen wird. Dadurch vergrößert sich die vorn Rohr aufnehmbare Proben- ,o menge.

Es kann jede Rille in sich geschlossen sein. Die Rillen können sich jedoch auch wendelförmig aneinander anschließen.

Es kann die gesamte Innenfläche des Rohres mit v> Rillen versehen sein. Häufig ist es jedoch vorteilhafter, wenn ein Teil oder mehrere Teile der Innenwand des Rohres frei von Rillen gehalten sind. Zweckmäßig ist es, wenn die Innenwand des Rohres in der Nähe der Rohrenden frei von Rillen gehalten ist. Es kann auch ein m) sich axial längs des Rohres erstreckender Bereich der Innenwand frei von Rillen gehalten sein. Das Rohr wird dann im Gebrauch so in das Gerät eingesetzt, daß dieser Bereich oben liegt. Eine solche Anordnung der Rillen mit einem frei von Rillen gehaltenen axialen Bereich μ kann dadurch erhalten werden, daß die Rillen exzentrisch zur Rohrachse eingeschnitten sind.

Wenn das Rohr mit einer Probeneingabebohrung versehen ist, ist zweckmäßigerweise die Innenfläche des Rohres im Bereich dieser Probeneingabebohrung frei von Rillen gehalten. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der von Rillen freigehaltene Bereich im Eiereich der Probeneingabebohrung über den gesamten Umfang des Rohres. Wird nämlich die Probe in den Rillen kapillar bis in die Nähe der Probeneingabebohrung herangebracht, dann kann sie durch diese Bohrung nach außen kriechen. Das wird durch die erwähnte Ausbildung vermieden.

Die Rillen und die zwischen den Rillen gebildeten Stege können etwa gleich breit sein. Die Rillen und die zwischen den Rillen gebildeten Stege können jedoch auch ungleich breit sein, beispielsweise derart, daß die Rillen breiter sind als die Stege.

Der Rillenquerschnitt kann ein gerundetes Profil aufweisen. Der Rillenquerschnitt kann aber auch ein kantiges Profil aufweisen. Entsprechend kann auch der Querschnitt der zwischen den Rillen gebildeten Stege entweder ein gerundetes oder ein kantiges Profit aufweisen.

Um eine gleichmäßige Beheizung des Rohres über seine gesamte Länge hinweg zu erreichen, kann die Außenfläche des Rohres im Bereich der Rillen ring- oder wendeiförmige Vorsprünge aufweisen, derart, daß die Qu^rschnittsfläche des Rohres über dessen gesamte Länge im wesentlichen konst?nt bleibt.

Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausfübrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1—5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Längsschnitt.

Fig.6 + 7 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in Stirnansicht.

F i g. 1 zeigt ein Graphit.Ohr 10 im Längsschnitt mit gewindeartig eingeschnittenen Rillen 12. Zwischen den Rillen 12 werden Stege 14 gebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Rillen 12 und Stege 14 gleich breit und in ihren Querschnitten gerundet. Sie erstrecken sich über die gesamte Länge des Graphitrohres 10. Die Außenwandung des Graphitrohres ist glattzylindrisch.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich in dreifacher Weise von dem Ausführurigsbeispiel nach Fig. 1: Die Rillen 16 erstrecken sich nur üb-r einen mittleren Teil des Rohres 18. Jede Rille 16 ist ringförmig in sich geschlossen. Die Profile der Rillen 16 und der dazwischen gebildeten Stege 20 sind dreieckförmig. An den Enden weist das Graphitrohr 18 glattzylindrische Innenwandungen 22 auf. Mit 24 in F i g. 2 ist eine Probeneingabeboh/ung bezeichnet.

Die glatten Endteile des Graphitrohres 18 verhindern ein Ausbrechen der Stege 20 an den Enden, was ande.enfalls bei unvorsichtigem Hantieren oder auch schon bei der Fertigung leicht geschehen könnte. Weiterhin werden Wirbelbildungen an den Äohrenden reduziert, wenn Schutzgas durch die mittlere Probeneingabebohrung 24 in das Graphitrohr 18 eingeleitet wird. Solche Wirbel könnten z. B. Zersetzungsprodukte um die Rohrenden herum an die Kontaktkörper führen, wo sie sich niederschlagen können. Bei der nachfolgenden Atomisierung könnte dieser Niederschlag wenigstens teilweise wieder freigesetzt werden und die Messung stören.

Die glatten Endtrile weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine Wandstärke auf, die dem arithmetischen Mittelwert aus Wanddicke der Rillen und Wanddicke der Stege entspricht, so daß keine Beeinflussung des

Temperaturprofils hervorgerufen wird. Man kann aber auch für eine bewuüte Beeinflussung des Temperaturprofils, aus fertigungstechnischen Gründen, aus Stabilitätsgründen, zur Erhöhung der elektrischen Kontaktfläche usw. von dieser mittleren Dicke abweichen. Beispielsweise kann die Wandstärke der Endteile gleich der Wandstärke der Stege 20 oder der Rillen 16 gemacht werden,

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist die Mitte des Graphitrohres 26 im Bereich der Probeneingabebohrung 28 bei 30 glatt zylindrisch und frei von Rillen gehalten. Dadurch wird verhindert, daß die in das Graphitrohr 26 durch die Probeneingabebohrung 28 eingebrachte Probenflüssigkeit zu der Probeneingabebohrung 28 kriechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Rillen 32 ein rundes und die dazwischen gebildeten Stege 34 ein im wesentlichen rechteckiges Profil.

Fig. 4 zeigt ein Graphitrohr 36, bei welchem die

Rillen 38 wesentlich breiter sind als die Stege 40.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 sind Innen- und

Außenseite des Graphitrohres 42 mit je einem Gewinde 44 bzw. 46 versehen, derart, daß die Wandstärke de< Graphitrohres 42 über die gesamte Länge desselben hinweg im wesentlichen konstant bleibt.

Die F i g. 6 und 7 zeigen zwei Graphitrohre 48 bzw. 50 in Stirnansicht. Die Rillen 52 bzw. 54 sind nicht über den gesamten Umfang geführt, sondern bedecken nur einen unteren Teil der Rohrinnenfläche. In Fig.6 sind die Rillen 52 in halber Höhe unterbrochen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 werden die Rillen 54 exzentrisch zur Rohrachse eingedreht.

In der vorstehenden Beschreibung wird von Rohren r> oder Graphitrohren gesprochen, ohne daß dadurch die Anwendung der Erfindung auf rohrähnliche Atomisierungsvorrichtungen, z. B. mit über die Länge variablem Durchmesser oder mit nichtkreisförmigem Querschnitt oder andere Materialien ausgeschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrartige, elektrisch leitende Probenaufnahme- und Heizvorrichtung für die flammenlose Atomabsorptions-Spektrometrie, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Rohrinnenfläche mit Rillen (12,16,32,38,44,52,54) versehen ist, die im wesentlichen quer zur Rohrachse verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rille (16) in sich geschlossen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (12, 14) sich wendelförmig aneinander anschließen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Innenfläche des Rohres (10) mit Rillen (12) versehen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (22,30) oder mehrere Teile der Innenwand des Rohres (18, 26) frei von Rillen gehalten sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (22) des Rohres (18) in der Nähe der Rohrenden frei von Rillen gehalten ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich axial längs des Rohres erstreckender Bereich der Innenwand frei von Rillen gehalten ist (F i g. 6 und 7).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (54) exzentrisch zur Rohrachse eingeschnitten sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pohr (26) mit einer Probeneingabebohrung (28) versehen ist und die Innenfläche (30) des Rohres (2H im Bereich dieser Probeneingabebohrung (28) frei von Rillen (32) gehalten ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der von Rillen freigehaltene Bereich (30) im Bereich der Probeneingabebohrung (28) sich über den gesamten Umfang des Rohres (26) erstreckt

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (12) und die zwischen den Rillen (12) gebildeten Stege (14) etwa gleich breit sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (38) und die zwischen den Rillen gebildeten Stege (40) ungleich breit sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (38) breiter sind als die Stege (40).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rillenquer- « schnitt ein gerundetes Profil aufweist (F i g. 1).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rillenquerschnitt ein kantiges Profil aufweist (F i g. 2).

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, m> dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der zwischen den Rillen (12) gebildeten Stege (14) ein gerundetes Profil aufweist (F i g. 1).

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der zwischen den Rillen (16) gebildeten Stege (12) ein kantiges Profil aufweist (F i g. 2).

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Rohres (42) im Bereich der Rillen (44) ring- oder wendeiförmige Vorsprünge (46) aufweist, derart, daß die Querschnittsfläche des Rohres (42) über dessen gesamte Länge im wesentlichen konstant bleibt.