DE2427921C2 - Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes an Elementen in flüssigen Proben und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes an Elementen, wie C, H, O, N, in flüssigen Proben, welche in eine Verbrennungsapparalur eingespritzt, verdampft und in Anwesenheit von Kipferoxid verbrannt werden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind Methoden zur Bestimmung solcher Elemente in Gasen, Feststoffen oder Flüssigkeiten ebenso wie automatisch gesteuerte Verb;ennungsapparatüren bekannt (vgl. GIT Fachzeitschrift für das Laboratorium 14,617,1970).

Die Erfindung bezweckt ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung zu verbessern und den Anwendungsbereich einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu vergrößern. Insbesondere ist es Auf- <*> gäbe vorliegender Erfindung, die Bestimmung von Substanzen in flüssigen Medien hinsichtlich ihrer Schnelligkeit und Exaktheit zu verbessern und zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die flüssige Probe zuerst auf ein mit Kupfer- ^&5 oxid beschichtetes Silikagel aufgegeben, verdampft und danach vollständig verbrannt wird.

Es hat sich bewährt, die der Verbrennung vorgeschaltete Verdampfung bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 300⁰C auszuführen.

Ferner hat es sich bewährt, die Verdampfung inner halb einiger Minuten durchzuführen.

Besonders bewährt hat es sich, daß die Probe bei Raumtemperatur injiziert wird, weil dadurch die VoIumendosierung der neuen Probe erleichtert wird.

Die Verbrennungsapparatur zur Durchführung des Verfahrens in einem Verbrennungsrohr, dessen Aufgabestutzen mit einem Einspritzkopf versehen ist, zeichnet sich dadurch aus, daß im Aufgabestutzen kupferoxidbeschichtetes Silikagel enthalten ist und wenigstens der das beschichtete Silikagel enthaltende Bereich von einer Heizwendel umgeben ist.

Besonders bewährt hat sich eine Verbrennungsapparatur, bei der der Einspritzkopf gekühlt ist. Eine Probenaufgabe in den gekühlten Einspritzkopf gestattet eine einfache und sichere Handhabung.

Bewährt hat sich auch, die Heizwendel des Verbrennungsrohres automatisch von der Verdampfungsteniperatur auf die höhere Verbrenr.jngstemperatur umzuschalten. Diese Umschaltung erfolgt in bevorzugter Weise von einem elektronischen Steuer- und Regelgerät nach einem voreinstellbaren Temperatur/Zeit-Programm.

Die Vorteile der Erfindung sind offensichtlich:

Dadurch, daß die flüssige Probensubstanz nicht direkt in das als Ofen wirkende heiße Verbrennungsrohr eingespritzt wird, sondern diesem Ofen noch eine Vorverdampfer- oder Vortrocknungsstufe vorgeschaltet wird, ist es möglich, die erfindungsgemäße Verbrennungsapparatur auch für die Mikro-Elementaranalyse von Seren und anderen eiweißhaltigen Lösungen oder ähnlichen Flüssigkeilen einzusetzen. Versuche haben gezeigt, daß die erfindungsgemäße Verbrennungsapparalur es gestattet, auch Flüssigkeiten wie Blut, Seren, Extrakte aus biologischen Materialien, Getränke. Abwässer u.dgl. schnell und exakt zu analysieren. Auch können mit der erfindungsgemäßen Verbrennungsapparatur solche Substanzen analysiert werden, die auf Grund ihrer Flüchtigkeit unzersetzt sublimieren oder destillieren können. Insbesondere ist auch das Analysieren alkoholhaltiger Lösungen möglich.

Die mit der erfindungsgemäßen Verbrennungsapparatur erzielten Analysenergebnisse reichen mit hoher Genauigkeit an die theoretisch zu erwartenden Ergebnisse heran. Im Gegensatz dazu wurden bei bekannten Methoden, /.. B. bei Versuchen mit Stickstoff-Uniiersubstanz, nur Ergebnisse um 50 bis 80% des theoretischen Wertes für die genannten Flüssigkeitsproben erzielt. Die Erfindung ermöglicht Spurenanalysen, mit denen früher angegebene untere Bestirnmungsgrenzen noch wesentlich unterschritten werden können. Wie Versuche gezeigt haben, ist eine Nachweisempfindlichkeitssteigerung um den Faktor 25 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Verbrennungsapparatur /u erzielen und außerdem die Analysenzeit zu senken.

Das Umschalten von der Vorverdampfungs- bzw. Vortrocknungstemperatur auf die höhere Verbrennungstemperatur geschieht mit Hiife einer Steuerelektronik, welche eine Überwachung des Analysenablaufs nicht mehr erfordert. Diese Steuerung gestattet, verschiedene Analysenparameter einzustellen und ein bestimmtes Temperatur/Zeit-Programm zu fahren. Besonders bewährt hat es sich, die Verbrennungszeit im Bereich zwischen einer und zwei Minuten und die Verbrennungstemperatur im Bereich zwischen 950° und 1000⁰C zu wählen bzw. bei dieser TeniDcratur zu ovro-

lysieren. Für die Vorverdampfung bzw. Vortrocknung hat sich als besonders günstig eine Temperatur im Bereich zwischen !00° und 30O⁰C und eine Zeitdauer von etwa 2 Minuten erwiesen. Die einzelnen Verfahrensparameter können an den Sollwertstellern des elektronisehen Steuer- und Regelgerätes je nach Probenart und -menge in gewünschter Weise eingestellt werden.

Ein Ausfihrungsbeispiel atr Erfindung ist in der Zeichnung rein schematisch dargestellt. Das elektronische Steuer- und Regelgerät sowie die übrigen Teile >o der Verbrennungsapparatur, außer dem Verbrennungsrohr, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Hierzu wird auf die eingangs zum Stand der Technik zitierte Literaturstelle verwiesen.

Das Verbrennungsrohr 1 aus Quarzglas wird mit einem Gemisch aus Kupferoxid und Quar-.splittern bei 2 angefüllt. Im Stutzen 3 des Verbrennungsrohres f, der diesem gegenüber einen kleineren Durchmesser aufweist, ist eine Füllung 4 aus kupferoxidbeschichteteni Silikagel vorgesehen. Diese wird in dem Eingangsteil bzw. der Vorstufe zum Verbrennungsrohr 1 zwischen zwei Lagen von Quarzwolle 5 und 6 gehalten. Der Aufgabestutzen 3, welcher das kupferoxidbeschichtete Silikagel enthält, ist von einer Heizwendel 7 umgeben. Diese liegt nicht an der Quarzglaswandung an, sondern weist einen kleinen Zwischenraum auf. Sie ist am Gehäuse der Verbrennungsapparatur befestigt. Auf den Aulgabestutzen 3 ist der Einspritzkopf SO für die Probenaufgabe aufgesetzt. Der verwendete Einspritzkopf soll bevorzugt eine Wasserkühlung aufweisen. Erst die gekühlte Probenaufgabe gestaltet eine einfache und sichere Handhabung. Am Ausgang 8 des Verbrennungsrohres 1 enthält dieses Silberwolle. Das unte, <_■ F.nde 9 des Verbrennungsrohres 1 ist ebenfalls mit Kupferoxid und Quarzglassplittern angefüllt. Der mit dem Ausgang 8 verbundene Stutzen ist vorteilhafterweise in Höhe der Einschnürung des Verbrennungsrohres I an dieses angesetzt. Hierdurch wird eine bessere Durchströmung des Verbrennungsrohres 1 und damit ein besserer Reaktionsablauf erzielt.

Die Funktion der erl'indungsgemäßen Verbrennungsapparatur sei nachstehend rein beispielsweise für eine Stickstoffbestimmung in Seren beschrieben:

Die flüssige Probe wird über den Einspritzkopf in den Aufgabestutzen injiziert. Dies erfolgt bei Raumtemperatur von etwa 20"C, welche auch der gekühlte Einspritzkopf am Eingang des Verbrennungsrohres 1 zu Beginn des Einspritzvorganges aufweist. Durch Betätigen einer Startiaste am elektronischen Steuer- und Regelgerät wird die Heizwendel 7 an eine Spannungs-

quelle angeschlossen. Der Verdampfungs- bzw. Trocknungsprozeß beginnt und die injizierte Probe trocknet bzw. verdampft auf der großen Oberfläche des kupfer oxidbeschichteten Silikagels bis die eingestellte Temperatur erreicht ist. Diese Temperatur wird über das eingestellte Zeitintervall aufrechterhalten. Danach schaltet sich die Heizwendel 7 automatisch ab.

Bei Proben mit sehr geringen Stickstoffgehalten und damit sehr kleinen Volumina können erforderlichenfalls mehrere Injektionen und Verdampfungs- bzw. Trocknungsabläufe hintereinander erfolgen und erst nach dem letzten Zyklus die Verbrennung durchgeführt worden.

Nach Beendigung der Verdampfungs- bzw. Trocknungsphase wird die Heizwendel 7 auf eine höhere Temperatur (bis etwa 1000^cC) aufgeheizt. Die Umschaltung von der einen auf die andere Heizsiufe erfolgt ebenfalls automatisch. Diese Temperatur wird vorher am elektronischen Steuer- und Rcgelgerat eingestellt und kann je nach Probenart und -menge variiert werden. Das elektronische Steuer- und Regelgerät regelt auch die Gaszuleitung aus den beiden Gasquellen Kohlendioxid (CO:) und Sauerstoff (O:). Die Probensubstanz wird im Sauerstoffstrom verbrannt, wobei das Kupferoxid die Oxidation der Probensubstanz katalysiert. Die Verbrennungsgase werden anschließend mit Kohlendioxid über Kupferoxid und Kupfer in den A/.otomatcn geleitet und der Stickstoff volumetrisch bestimmt. Das Meßergebnis wird digital angezeigt und kann wahlweise ausgedruckt oder einem Rechner zugeführt werden. Eine Programmschaltung mit Steuerwalze und einem variablen Zcitglied sorgt dafür, daß der gesamte Analysenvorgang vollautomatisch ablauft.

Danach folgt ebenfalls vom elektronischen Stcuer- und Regelgerät gesteuert ein Durchspülen sowie eine Abkühlphase, in der sich der Probenaufgabebereich im Verbrennungsrohr bis zum Ende der Analyse wieder auf etwa 20⁰C abkühlt. Hierdurch ist es möglich, die Volumcndosicrung der neu zu injizierenden flüssigen Probe unter optimalen Bedingungen durchzuführen. Die gesamte Analysenzeit beträgt nur wenige Minuten. Die Analysenergebnisse können nicht nur gezählt, sondern auch ausgedruckt werden bzw. einem Prozeßrechner zugeführt werden. Der gesamte Analysenzyklus läuft, wie beschrieben, automatisch ab, und es ist somit auch möglich, ohne Übcrwachungspcrsonal die Stickstoffbestimmung in Seren, eiweißhaltigen Flüssigkeiten und ähnlichen Proben einschließlich der Spurcnbcstimmung durchzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

24 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes an Elementen, wie C, H, O, N, in flüssigen Proben, welehe in eine Verbrennungsapparatur eingespritzt, verdampft und verbrannt werden in Anwesenheit von Kupferoxid, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Probe zuerst auf ein mit Kupferoxid beschichtetes Silikagel aufgegeben, verdampft und danach vollständig verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 300⁰C verdampft wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2. >5 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung innerhalb einiger Minuten durchgeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe bei Raumtemperatur injiziert wird.

5. Verbrennungsapparatur zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Verbrennungsrohr, dessin Aufgabestutzen mit einem Einspritzkopf versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Aulgabestutzen kupferoxidbe- *5 schichtetes Silikagel enthalten ist und wenigstens der das beschichtete Silikagel enthaltende Bereich von einer Heizwendel umgeben ist.

6. Verbrennungsappa^atur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß det Einspritzkopf igekühlt ist.

7. Verbrennungsapparatur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel des Verbrennungsrohres automatisch von der Verdampfungstemperatur auf die Verbrennungstemperatur umschaltbar ist.

8. Verbrennungsapparatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umschaltung ein elektronisches Steuer- und Regelgerät mit voreinstellbarem Temperatur/Zeit-Programm vorhanden ist.