DE2336050A1 - Microwave plasma burner for spectral analysis - quartz glass sleeve around base of flame - Google Patents
Microwave plasma burner for spectral analysis - quartz glass sleeve around base of flameInfo
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Abstract
Description
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Mikrowellenplasmabrenner für die Emissionsspektralanalyse Microwave plasma torch for emission spectral analysis
Die Anmeldung betrifft einen Mikrowellenplasmabrenner mit einem hohlen Außenleiter und einem koaxial hierzu angeordneten Innenleiter, an dessen freiem Ende die Ansatzelektrode für die Plasmafackel sitzt, wobei der Innenleiter aus einem doppelwandigen Hohlzylinder besteht, dessen durch die Doppel wandung gebildeter Raum zur Aufnahme des Kühlmittels, und dessen innerer Zylinderraum zur Zufuhr des Arbeitsgases und des Probengutes dient, wobei die Ansatzelektrode mehrere Bohrungen aufweist, durch die das im Innenleiter strömende Arbeitsgas und Probengut in die Plasmafackel gelangt.The application relates to a microwave plasma torch a hollow outer conductor and an inner conductor arranged coaxially thereto, at the free end of which the attachment electrode for the plasma torch sits, the inner conductor consists of a double-walled hollow cylinder whose through the Double wall formed space for receiving the coolant, and its inner cylinder space for supplying the working gas and the sample material is used, wherein the attachment electrode has several bores through which the flowing in the inner conductor Working gas and sample get into the plasma torch.
Ein Mikrowellenplasmabrenner dieser Art ist in der OS 1 598 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung befindet sich die Ansatzelektrode für die Plasmafackel etwa auf gleicher Höhe wie der Abschluß des Außenleiters. Dadurch wird erreicht, daß sich die Ansatzelektrode im Ge-A microwave plasma torch of this type is disclosed in OS 1,598 described. In this known device, the attachment electrode for the plasma torch is approximately at the same level as the conclusion of the outer conductor. This ensures that the attachment electrode is in the
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biet der höchsten im Wellenleitersystem vorkommenden Feldstärke befindet, so daß ein optimaler Energieübergang vom Mikrowellenfeld in das Plasma hierdurch erzielt wird.offers the highest field strength occurring in the waveguide system so that an optimal energy transfer from the microwave field into the plasma is achieved.
Es hat sich gezeigt, daß bei der bekannten Anordnung wegen der geringen Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases und der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Plasmas im Bereich der Ansatzelektrode eine gewisse Tendenz zu Überschlagen vom Innen- zum Außenleiter besteht. Solche Überschläge beeinträchtigen aber die Einsatzmöglichkeit des Brenners. Es liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Konstruktion des Mikrowellenplasmabrenners nach der Hauptanmeldung weiter zu verbessern, und zwar insbesondere im Hinblick auf eine Vermeidung elektrischer. Überschläge, um eine noch weitergehende örtliche und zeitliche Stabilisierung der Plasmafackel zu erreichen.It has been shown that in the known arrangement because of the low flow rate of the working gas and Due to the high electrical conductivity of the plasma in the area of the attachment electrode, there is a certain tendency to flashover consists of the inner to the outer conductor. Such flashovers, however, impair the possibility of using the burner. The invention is therefore based on the object of designing the microwave plasma torch according to the main application to improve further, in particular with a view to avoiding electrical. Rollover to to achieve an even more extensive local and temporal stabilization of the plasma torch.
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der An sat ζ elektrode und dem Außenleiter im Bereich des Brennennauls ein hohlzylinderförmiger Körper aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten bei der Arbeitsfrequenz angeordnet ist.According to the basic idea of the invention, this object is achieved in that between the To sat ζ electrode and the Outer conductor in the area of the focal point is a hollow cylindrical body made of a material with low dielectric properties Losses at the working frequency is arranged.
Zweckmäßigerweise besteht der hohlzylinderförmige Körper aus Quarzglas oder einem hoch siliziumdioxidhaltigen Glas, doch kommen auch keramische oder andere temperaturbeständige Materialien in Frage. Der hohlzylinderf örmige Körper sitzt vorteilhafterweise unmittelbar auf der Ansatzelektrode auf. Seine Länge richtet sich nach der spektralanalytisch genutzten Zone der Plasmafackel. Im allgemeinen ist es ausreichend, wenn er ebvra 5 bis 20 mm über den Abschluß des Außenleiters hinaustagt.The hollow cylindrical body expediently consists of Quartz glass or a glass with a high silicon dioxide content, but ceramic or other temperature-resistant materials can also be used in question. The hollow cylindrical body is advantageously seated directly on the attachment electrode. Its length depends on the zone of the plasma torch used for spectral analysis. In general it is sufficient if it protrudes ebvra 5 to 20 mm beyond the termination of the outer conductor.
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Neben den Üb er schlagen im Bereich des Brennermaulls kommen, auch Überschläge in dem sich anschließenden Bereich des Hohlleitersystems vor. i)ie Ursache für diese Störungen liegt darin, daß das durch den Innenleiter in die Fackel eingeführte Probengut, meist in Form eines nassen oder trockenen Aerosols, vom Brennermaul her.in das Hohlleitersystem eindringt. Dort können sich dann Niederschläge an den Wänden bilden, die die erwähnte Neigung zu Überschlägen und eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Systems hervorrufen. Eine weitere Verbesserung im Sinne der zu Grunde liegenden Aufgabe besteht deshalb darin, daß zwischen dem Innen- und dem Außenleiter ein sich an beide Leiter dicht anlegendes Verbindungsstück angeordnet ist. Das gleiche Ziel kann jedoch auch erreicht werden, wenn durch den durch den hohlzylinderförmigen Körper einerseits und den Außenleiter.andererseits gebildeten Ringspalt ein schwacher Gasstrom von innen aus dem Brennermaul herausgeführt wird. Dieser Gasstrom lenkt herabfallende Partikel ab und verhindert so ebenfalls deren Eindringen in das Hohlleitersystem.In addition to the overturns in the area of the burner mouth, also flashovers in the adjoining area of the waveguide system. i) the cause of these malfunctions lies that the sample material introduced into the torch through the inner conductor, usually in the form of a wet or dry aerosol, penetrates the waveguide system from the burner mouth. there Precipitation can then form on the walls, causing the aforementioned tendency to flashover and deterioration the electrical properties of the system. Another improvement in terms of the underlying The task is therefore that between the inner and the outer conductor a tight fit on both conductors Connector is arranged. The same goal can, however, also be achieved if through the hollow cylinder-shaped Body on the one hand and the outer conductor on the other hand, an annular gap formed a weak gas flow from the inside the burner mouth is led out. This gas flow deflects falling particles and thus also prevents them Penetration into the waveguide system.
Eine weitere Stabilisierung der Plasmafackel läßt sich dadurch erreichen, daß die ganze Plasmafackel zusätzlich durch ein vorzugsweise auf den Außenleiter aufgesetztes Schutzgehäuse mit einem UV-durchlässigen Fenster gegen äußere Luftströmungen geschützt ist. Diese Maßnahme ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Plasmafackel leicht solchen äußeren Luftströmungen ausgesetzt ist, die beispielsweise durch das Kühlgebläse des HF-Generators verursacht sein können.A further stabilization of the plasma torch can thereby achieve that the entire plasma torch is additionally protected by a protective housing that is preferably placed on the outer conductor is protected against external air currents with a UV-permeable window. This measure is particular advantageous when the plasma torch is easily exposed to such external air currents, for example could be caused by the cooling fan of the HF generator.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener AusführungsbeispieleFurther features of the invention emerge from the following Description of various exemplary embodiments
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der Erfindung sowie aus den Patentansprüchen. Von den Zeichnungen zeigtof the invention as well as from the claims. From the drawings shows
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Brennersystem in schematischer Darstellung mit den Merkmalen der Erfindung,Fig. 1 is a vertical section through the burner system in a schematic representation with the features of the invention,
Fig. 2 eine vorteilhafte Ausbildung des Brennerkopfes,2 shows an advantageous design of the burner head,
Fig. 3 eine Ausführungsform des Brennerkopfes mit einer Abdichtung zwischen dem Innen- und dem Außenleiter, 3 shows an embodiment of the burner head with a seal between the inner and outer conductors,
Fig. 4- eine andere Ausführungsform des Brennerkopfes mit Maßnahmen zur Verhinderung des Eindringens von Probengut in das Leitersystem, undFig. 4- another embodiment of the burner head with measures to prevent sample material from penetrating into the conductor system, and
Fig. 5 eirea erfindungsgemäßen Brennerkopf mit eingebauter Zündelektrode.Fig. 5 eirea burner head according to the invention with built-in Ignition electrode.
Das Brenner syst em umfaßt ein aus dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 2 bestehendes Wellenleitersystem in koaxialer Anordnung. An dem freien Ende 5 äes Leiters 4, der mit dem Innenleiter 2 verbunden ist, wird der Innenleiter an den HF-Generator angeschlossen, während der Anschluß des Außenleiters 1 über das Anschlußende 3 erfolgt. Der Ring 6 dient als Abstandshalter zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter. Mit Hilfe des Kurzschlußschiebers 7 innerhalb der Stichleitung 8 wird die Anpassung der Plasmafackel 9 an den HF-Generator vorgenommen. Der Innenleiter 2 besteht aus einem äußeren Bohr 10 und einem inneren Rohr 11. Durch den durch die beiden Rohre 10 und 11 gebildeten Zwischenraum 12 wird ein Kühlwasserstrom hinaurchgeleitet.The burner syst em comprises a coaxial waveguide system consisting of the outer conductor 1 and the inner conductor 2 Arrangement. At the free end 5 äes conductor 4, which is connected to the Inner conductor 2 is connected, the inner conductor is connected to the HF generator, while the connection of the outer conductor 1 takes place via the connection end 3. The ring 6 serves as a spacer between the inner conductor and the outer conductor. With the help of the short-circuit slide 7 within the stub 8, the adaptation of the plasma torch 9 to the HF generator made. The inner conductor 2 consists of an outer drill 10 and an inner tube 11. Through the through The space 12 formed by the two tubes 10 and 11 is passed through a flow of cooling water.
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Den Abschluß des Außenleiters bildet das Brennermaul 15, das am Ende des Hohlzylinders 16 sitzt, der in dem Außenleiter verschiebbar angeordnet ist. Der Innenleiter 2 ist durch die Ansatzelektrode 17 abgeschlossen. Die Spitze der Ansatzelektrode 17 endet bündig mit der äußeren Fläche des Brennermaules 15· Auf der Ansatzelektrode I7 ist ein Hohlzylinder 18 aus Quarzglas angeordnet. Der Durchmesser dieses Hohlzylinders 18 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der öffnung 19 des Brennermauls 15» und überragt die äußere Fläche des Brennermauls um etwa 5 bis 20 mm. Statt aus Quarzglas kann der Hohlzylinder 18 auch aus anderen temperaturbeständigen Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante bestehen.The burner mouth 15, the sits at the end of the hollow cylinder 16, which is arranged displaceably in the outer conductor. The inner conductor 2 is through the Approach electrode 17 completed. The tip of the neck electrode 17 ends flush with the outer surface of the burner mouth 15 · There is a hollow cylinder on the attachment electrode I7 18 made of quartz glass. The diameter of this hollow cylinder 18 is slightly smaller than the diameter of the opening 19 of the burner mouth 15 »and protrudes beyond the outer surface of the burner mouth by about 5 to 20 mm. Instead of quartz glass The hollow cylinder 18 can also consist of other temperature-resistant materials with a high dielectric constant.
Auf dem Brennermaul ist das Schutzgehäuse 21 zur Abschirmung der Plasmafackel 9 vor Luftströmungen angeordnet. Auf einer Seite des Schutzgehäuses 21 ist ein Fenster 22 vorgesehen, das durch die Quarzglasscheibe 23 abgedeckt ist, durch die hindurch die Plasmafackel 9 beobachtet wird.The protective housing 21 for shielding the plasma torch 9 from air currents is arranged on the burner mouth. On a Side of the protective housing 21 is provided a window 22 which is covered by the quartz glass pane 23 through which the plasma torch 9 is observed through it.
In Figur 2 sind in vergrößerter Darstellung weitere Einzelheiten des Brennerkopfes wiedergegeben. Die Ansätζelektrode 25 hat eine für bestimmte Anwendungszwcke besonders geeignete Ausbildung. Sie weist nämlich eine zentrale Bohrung auf, die sich nach" unten in das Rohr 27 fortsetzt. Das Rohr 27 ist konzentrisch zu dem inneren Rohr 11 des Innenleiters angeordnet. Während das Arbeitsgas auf diese Weise durch das Rohr 11 geleitet wird und aus den Bohrungen 28, 29 der Ansatzelektrode ausströmt, kann das Probenmaterial in fester oder flüssiger Form durch die zentrale Bohrung 26 in die Plasmafackel eingefühlt werden.In Figure 2, further details of the burner head are shown in an enlarged view. The seeding electrode 25 has a particularly suitable one for certain application purposes Education. This is because it has a central bore which continues "downward" into the tube 27. The tube 27 is arranged concentrically to the inner tube 11 of the inner conductor. While the working gas through the Tube 11 is passed and from the bores 28, 29 of the attachment electrode flows out, the sample material in solid or liquid form through the central bore 26 into the Plasma torch to be felt.
Es hat sich weiter gezeigt, daß ein guter Kontakt zwischenIt has also been shown that good contact between
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der Ansatzelektrode und dem Innenleiter wichtig ist, und zwar sowohl wegen der elektrischen Leitfähigkeit als auch wegen der Kühlung der Ansatzelektrode. Infolgedessen besteht eine zweckmäßige Anordnung darin, daß die Ansatzelektrode mit dem Innenleiter verschraubt ist. Zu diesem Zweck ist am Ende des hohlen Doppelrohres 10,11 ein mit einem Innengewinde versehenes Anschlußstück 31 angeordnet, und die Ansatzelektrode 25 ist in ihrem unteren Teil mit einem Gewinde versehen und in das Anschlußstück 31 eingeschraubt.the attachment electrode and the inner conductor is important, namely both because of the electrical conductivity and because of the cooling of the attachment electrode. As a result, there is a expedient arrangement in that the attachment electrode is screwed to the inner conductor. To this end is at the end of the hollow double tube 10, 11 is provided with an internally threaded connection piece 31, and the extension electrode 25 is provided with a thread in its lower part and screwed into the connection piece 31.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Brennermaul 33 und der Ansatz elektrode 34- ein Dichtkörper 35 angeordnet. Der Dichtkörper 35 hat die Form eines Hohlzylinders und besteht beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen oder einem anderen geeigneten Material. Er legt sich einerseits gegen die ringförmige Ausnehmung 36 entlang der öffnungi des Brennermauls 33» und auf der anderen Seite gegen die Ausnehmung 37 der Ansatzelektrode 34- an. Die übrige Konstruktion des Brennerkopfes kann der bereits beschriebenen Ausführungsform entsprechen.In the embodiment shown in Figure 3 is between the burner mouth 33 and the approach electrode 34- a sealing body 35 arranged. The sealing body 35 has the shape of a hollow cylinder and consists, for example, of polytetrafluoroethylene or another suitable material. On the one hand, it lies against the annular recess 36 along the opening i of the burner mouth 33 "and on the other side against the Recess 37 of the attachment electrode 34-. The rest of the construction of the burner head can correspond to the embodiment already described.
Bei der Ausführungsform nach Figur 4- steht zur Verhinderung des Eindringens von festen oder flüssigen Teilchen in das Leitersystem der Innenraum des Außenleiters 39 unter Überdruck. Zu diesem Zweck ist in der Wand des Außenleiters 39 ein Anschlußstück 40 für einen Gasschlauch angeordnet. Der hier eingeleitete schwache Gasstrom strömt in Richtung der eingezeichneten Pfeile durch den von dem Brennermaul 41 und dem Hohlzylinderkörper 18 gebildeten Ringspalt nach außen, und reißt so herabfallende fest oder flüssige Teilchen mit.In the embodiment according to Figure 4-, there is a prevention the penetration of solid or liquid particles into the Conductor system the interior of the outer conductor 39 under excess pressure. For this purpose 39 is in the wall of the outer conductor a connection piece 40 for a gas hose is arranged. Of the The weak gas stream introduced here flows in the direction of the arrows through the burner mouth 41 and the annular gap formed in the hollow cylinder body 18 to the outside, and thus entrains falling solid or liquid particles with it.
Da bei einem nach der Erfindung aufgebauten Brennerkopf die Zündung der Plasmafackel u.U. Schwierigkeiten bereitet, istSince the ignition of the plasma torch may cause difficulties with a burner head constructed according to the invention
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in Figur 5 eine weitere Ausführungsform dargestellt, mit der diese Schwierigkeit umgangen wird. Zu diesem Zweck ist in der Ansat ζ elektrode 4-3 ein von oben nach unten durchgehendes Isolationsröhrchen 44 angeordnet, innerhalb dessen eine Zündelektrode 4-5 angeordnet ist. Die Zündelektrode 4-5 ist durch den hohlen Innenleiter nach außen geführt, und kann in senkrechter Richtung um ein "bestimmtes Stück herausgeschoben werden. Als Gegenelektrode bei der Zündung dient die Spitze der Ansatzelektrode 4-3. Zur Zündung der Plasmafackel wird also die Elektrode 4-5 herausgeschoben und zwischen dieser und der Spitze der Ansatzelektrode eine Funkenentladung erzeugt . Dadurch kommt die Plasmafackel sofort in Gang, vorausgesetzt , daß der Mikrowellengenerator arbeitet.in Figure 5 shows a further embodiment, with the this difficulty is circumvented. For this purpose, the Ansat ζ electrode 4-3 is a continuous from top to bottom Insulation tube 44 arranged, within which an ignition electrode 4-5 is arranged. The ignition electrode 4-5 is through the hollow inner conductor led to the outside, and can be pushed out in the vertical direction by a "certain distance. The tip of the attachment electrode 4-3 serves as the counter electrode during ignition. It is used to ignite the plasma torch So the electrode 4-5 is pushed out and a spark discharge is generated between this and the tip of the attachment electrode . This starts the plasma torch immediately, provided that it is that the microwave generator is working.
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Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732336050 DE2336050C3 (en) | 1973-07-14 | Microwave plasma torch for emission spectral analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732336050 DE2336050C3 (en) | 1973-07-14 | Microwave plasma torch for emission spectral analysis |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2336050A1 true DE2336050A1 (en) | 1975-02-06 |
| DE2336050B2 DE2336050B2 (en) | 1975-08-28 |
| DE2336050C3 DE2336050C3 (en) | 1976-04-01 |
Family
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0104109A1 (en) * | 1982-09-16 | 1984-03-28 | ANVAR Agence Nationale de Valorisation de la Recherche | Plasma torches |
| FR2547693A1 (en) * | 1983-06-17 | 1984-12-21 | Air Liquide | Plasma torch, especially for metal welding or cutting |
| FR2616614A1 (en) * | 1987-06-10 | 1988-12-16 | Air Liquide | MICROWAVE PLASMA TORCH, DEVICE COMPRISING SUCH A TORCH AND PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF POWDER IMPLEMENTING SAME |
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| US4611108A (en) * | 1982-09-16 | 1986-09-09 | Agence National De Valorisation De La Recherche (Anuar) | Plasma torches |
| FR2547693A1 (en) * | 1983-06-17 | 1984-12-21 | Air Liquide | Plasma torch, especially for metal welding or cutting |
| FR2616614A1 (en) * | 1987-06-10 | 1988-12-16 | Air Liquide | MICROWAVE PLASMA TORCH, DEVICE COMPRISING SUCH A TORCH AND PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF POWDER IMPLEMENTING SAME |
| EP0296921A1 (en) * | 1987-06-10 | 1988-12-28 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Microwave plasma torch, device comprising such a torch and production procedure for powder operating them |
| US4924061A (en) * | 1987-06-10 | 1990-05-08 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Microwave plasma torch, device comprising such a torch and process for manufacturing powder by the use thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2336050B2 (en) | 1975-08-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |