DE2437704A1 - Spektrochemischer analysator - Google Patents

Spektrochemischer analysator

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DE2437704A1
DE2437704A1 DE2437704A DE2437704A DE2437704A1 DE 2437704 A1 DE2437704 A1 DE 2437704A1 DE 2437704 A DE2437704 A DE 2437704A DE 2437704 A DE2437704 A DE 2437704A DE 2437704 A1 DE2437704 A1 DE 2437704A1
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/66Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
    • G01N21/68Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using high frequency electric fields

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Description

  • Spektrochemischer Analysator Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur atomabsorptions- und atomemis sionsspekfralanalyüs ehen Be -stimmung von Spurenelementen in einer chemischen Matrix, das dadurch charakterisiert ist, dass unter Anwendung einer flammenlosen, mit hohem Wirkungsgrad ausgezeichneten Probenatomisierungsmethode eine simultane Bestimmung der Absorptions- und Emissionswerte durchgeführt werden kann und dass hierbei die unspezifische Lichtabsorption durch Lichtstreuung der Matnxbestandteile bei der Resonanzwellenlänge des zu analysierenden Elementes automatisch eliminiert wird, ohne einen Kontinuumstrahler als Sekundärlichtquelle zu verwenden.
  • Bei der Atomabsorptionsanalyse AA wird in der Dampfphase eine Wolke freier Elementatome, die sich im Neutral- oder Grundenergiezustand befinden, aus einem zu untersuchenden Analysenmaterial erzeugt und diese mit einfallender Strahlung geeigneter Wellenlänge in Wechselwirkung gebracht. Es wird dann die bei der Durchdringung der Atomwolke geschwächte Intensität der einfallenden Resonanz strahlung als Mass für die Konzentration des interessierenden Elementes bestimmt.
  • In der Atom-Emissionsspektroskopie AE werden die von dem zu untersuchenden Probenmaterial erzeugten, sich im Grundzustand befindlichen Elementatome unter Anwendung verschiedener Anregungsmechanismen, wie Funken, Bogen, Flamme und Mikrowellenentladung, in höhere Energieniveaus auf ihre Anregungsstufen gebracht. Nach einer Verweilzeit von etwa 10 8sec. kehren die angeregten Atome in den Grundzustand zurück und geben ihre Energie in Form von für das Element charakteristischer, emittierter Strahlung, d. h. Atomstrahlung ab, deren Spektrallinien-Intensität als Mass für die Bestimmung der Elementkonzentration dient.
  • Zur Atomisierung einer Probensubstanz als notwendige Voraussetzung für die Anwendung der vorher genannten spektrochemischen Untersuchungsverfahren sind verschiedene Methoden bekannt. Als Atomisierungsmittel werden nach dem Stand der Technik die von Brennern verschiedenster Bauform mit indirekter und direkter Zerstäubung der Probe erzeugten laminaren und turbulenten Gasflammen und die flammenlosen Techniken5 beispielsweise elektrisch aufgeheizte Graphitküvetten, Graphit schiffchen, Platins chiff -chen, Platin-, Wolfram- und Molybdändrähte sowie Bogenentladungen, Plasmen- und Hohlkathodenanordnungen, verwendet. Es sind weiterhin Methoden für die elektrolytische Vorabscheidung metallischer Bestandteile und ihrer nachfolgenden thermischen Verdampfung von einer festen Unterlage bekannt. Schliesslich sind auch Reduktions- und Hydrierverfahren bekannt, um Metalle in eine Dampfphase mit freien Atomen zu überführen.
  • Die Verwendung von Gasflammen als Atomisierungsmittel hat den grossen Nachteil, dass für die meisten Brennersysteme mit vorgeschalteter Mischkammer 90 %0 oder mehr des Probenmaterials bei dem Zerstäubungsvorgang ungenutzt bleibt und nur ein Bruchteil von dem, der die Flamme erreicht, atomisiert wird. Der relativ geringe Wirkungsgrad dieses genannten Prozesses ist zum Teil auch auf die sehr kurzen Verweilzeiten der Probensubstanzen in der Flamme zurückzuführen. Durch die für einige Elemente in der Flamme vorliegende partielle Atomisierung wird die analytische Empfindlichkeit begrenzt und die Möglichkeit zu einer "chemischen" Interferenz gegeben. Weiterhin sind mit den in Flammen erzeugten Atomdämpfen die unerwünschten Charakteristiken verbunden, wie thermisch bedingte Absorptions - Linienve rbreite rung, Gasmolekülabso rption, physikalische Spektrallinien-Interferenz und die auf thermische Anregung beruhende Untergrundstrahlung, die sich auf einen grossen Spektralbereich erstreckt.
  • Ausserdem ist die Anwendung von Gasflammen durch die für die Übertragung auf das Probenmaterial zur Verfügung ste-.
  • hende Wärmeenergie begrenzt. Um die Flamme als Atomisierungsmethode erfolgreich anwenden zu können, müssen feste Proben zuerst in Lösung gebracht werden, ein Vorgang, der schwierig und zeitraubend sein kann.
  • Mit den anstelle von Flammen in den letzten Jahren bekanntgewordenen flammenlosen Atomisierungste chniken, bei denen insbesonders für die AA-Spektroskopie zur Erzeugung einer Wolke von freien Atomen durch Zersetzung der Moleküle des zu untersuchenden Probenmate rials elektrisch aufgeheizte Küvetten, Schiffchen, Stäbe und Drähte verwendet werden, konnten aufgrund ihres günstigen Wirkungsgrades extrem niedrige Nachweisgrenzen der Elemente mit geringsten Probenmaterialmengen erreicht werden. Diese Atomisierungsvorrichtungen weisen jedoch viele voneinander abhängige Parameter auf, mit denen die Konzentration der freien Atome beeinflusst werden kann und sind zudem für die praktische Analyse nicht frei von Matrixeffekten.
  • Alle bisher beschriebenen und angewandten Techniken zur Probenatomisierung haben den weiteren Nachteil, dass sie nur für eine einzige Art der spektrochemischen Analyse ausreichend gut geeignet sind. In handelsüblichen Spektralgeräten wird am häufigsten für die AA-Spektroskopie die Atomwolke durch Einsprühen einer Lösung der Probensubstanz in eine Flamme oder durch thermische Zersetzung und Verdampfung des festen oder flüssigen Probenmaterials in elektrisch aufgeheizten Küvetten, Schiffchen und ähnlichen flammenlos en Vorrichtungen erzeugt, während für die AE-Spektroskopie bevorzugt Bogen, Funken und Mikrowellenentladung als Anregungsmechanismen ausgenutzt werden.
  • Weitere Nachteile der bekannten Verfahren zur Kompensation der nichtspezifischen Absorption durch Lichtstreuung der Matrixbestandteile, die hierzu ein breites Spektralband einer zusätzlichen, kontinuierlichen Strahlungsquelle verwenden, bestehen darin5 dass der Beitrag, der in diesem Wellenlängenband vorhandenen spezifischen Atomabsorption vernachlässigt wird, dass die Abhängigkeit der Lichtstreuung von der Wellenlänge nicht exakt Berücksichtigung findet und dass es erforderlich ist, identische Lichtwege für die Linien- und Kontinuumstrahlung durch- den Probenbereich zu erreichen, womit ein erheblicher optischer und mechanischer Aufwand verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit dem simultan die AA- und AE-Spektralanalyse zur Bestimmung von Spurenelementen in einer chemischen Matrix unter Verwendung der gleichen, mit hohem Wirkungsgrad versehenen Probenatomisierungsmethode durchgeführt werden kann, wobei sich die Auswahl der Betriebsart nach dem Kriterium der höchsten Nachweisempfindlichkeit der Elemente orientiert und bei dem die Kompensation der nichtspezifischen Absorption in einfachster Weise automatisch bei der Resonanzwellenlänge des zu bestimmenden Elementes erfolgt.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren derart auszubilden, dass es bei einer vorteilhaften Ausgestaltung für eine mechanisierte Probenzufuhr und bei Verwendung einer Gasdosierungsautomatik auch für den vollautomatischen Ablauf der einzelnen Bestimmungen geeignet ist.
  • Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Atomisierung der Probensubstanz in einem evakuierten dielektrischen Gefäss unter der Einwirkung einer im Unterdruck betriebenen HF-Edelgasentladung vorgenommen wird, wobei der hierbei auftretende "Sputtering-'Effekt zusätzlich auch durch eine thermische Zersetzung und Verdampfung des Probenmaterials unterstützt werden kann, dass die HF-Edelgasentladung und eine Hohlkathodenlampe HKL gepulst werden, deren Taktfrequenz eine Phasenverschiebung von 900 aufweist, dass eine spektroskopische Anordnung vorgesehen ist, die Mittel zur Isolierung der Elementwellenlänge gegenüber den unerwünschten Edelgaslinien, zur Umwandlung der optischen in elektrische Signale und zur Anzeige und Registrierung der Messwerte aufweist und dass schliesslich eine mit dem Ausgang der Photoempfangseinrichtung verbundene, elektrische Verarbeitungsstufe zur Verarbeitung der bei dem Verfahrensablauf auftretenden impulsformigen, elektrischen Meßsignale vorgesehen ist, an dessen Ausgang Auswahlstufen, Speicher und andere geeignete elektronische Operationsglieder zur Ermittlung der Absorptions- und Emissionswerte angeschlossen sind.
  • Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1) Schematisch die Hauptkomponenten einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
  • Fig. 2a) Diagramm über die Phasenlage der einzelnen Zündfolgen von Hohlkathodenlampe und HF-Plasma.
  • Fig. 2b) Elektrischer Signalverlauf.
  • In Figur 1 ist eine zylindrische, dielektrische Küvette 1, vorzugsweise aus Quarzmaterial, dargestellt, die zur Evakuierung über eine Leitung 2 an eine Vakuumpumpenanlage 3 angeschlossen ist. Die in die Küvette 1 über eine Öffnung mit Planschliff eingebrachte Analysensubstanz 4, welche auf einer planen, im Unterdruck selbsthaftenden Trägerplatte angeordnet und durch die Energie eines HF-Plasmas in Atome zersetzt werden soll, wird durch den Evakuierungsvorgang eingetrocknet. Danach wird der Küvette 1 aus einer Vorratsflasche 5 über eine Leitung 6, mittels eines Nadelventils 7 eine dosierte Menge eines monoatomigen Gases, vorzugsweise Argon, Neon oder Helium, bis zu einem konstanten Partialdruck, der typischerweise im Bereich von 1-10 Torr liegt, zugeführt. Die Einrichtung gemäss eines Ausführungsbeispieles enthält als Energiequelle einen HF-Generator 8, dessen Ausgang unter Verwendung von bekannten kapazitiven oder induktiven Kopplungstechniken auf die in der Küvette 1 eingeschlossene Probe 4 und das in der Küvette 1 im Unterdruck befindliche Edelgas einwirkt. Durch die Hochfrequenzleistung wird in der Küvette 1 ein Plasma erzeugt, das einen Bereich aus einem stark ionisierten Edelgas mit sehr energiereichen Elektronen bildet, wobei die Entladungscharakteristik von der geometrischen Form der Küvette 1 mit beeinflusst wird. Die Ionen und Elektronen des Plasmas werden durch die elektrischen Felder des das Plasma erzeugenden Hochfrequenzfeldes beschleunigt und übertragen ihre beträchtliche kinetische Energie durch Stossvorgänge auf das an geeigneter Stelle in der Küvette 1 eingebrachte Analysengut 4, das unter deren Wirkung teilweise sublimiert, wobei chemische Verbindungen aufgespalten werden und nach dem Prinzip des bekannten "Sputtering"- oder Zerstäubungseffektes in freie Atome zersetzt werden.
  • Das Hochfrequenzfeld kann durch einen geeigneten Steuermechanismus bereits während der Edelgasdosierung dazu benutzt werden, um in der Probe vorhandenes Kristallwasser zu entfernen und organische, leicht flüchtige Bestandteile zu veraschen.
  • Der Betrag der pro Stoss zur Verfügung stehenden Energie und die Anzahl der Stösse pro Zeiteinheit bestimmen die vom Plasma übertragene Leistung. Die bei einem Stoss für die Übertragung zur Verfügung stehende Energie hängt bei monoatomaren Gasen u. a. von dem Gasdruck, von der Ionisierungsspannung des Gases und der Masse der Gas atom ab. Damit ausreichend freie Weglängen der Edelgasionen als Stosspartner gewonnen werden können, wird die Edelgasentladung im Unterdruck betrieben.
  • Für den Fall, dass die Effektivität des "Sputtering"-Prozesses bei seiner Energieübertragung auf die Probe ausreicht, um insbesondere die nachzuweisenden Metallatome aus den chemischen Bindungen ihrer Verbindungen freizusetzen, kann damit bereits die erste Phase im Arbeitsablauf des erfindungsgemäusen Verfahrens, die Probenatomisierung, als abgeschlossen betrachtet werden.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist jedoch auch vorgesehen, dass der Probensubstanz, falls der "Sputtering"-Prozess im Edelgasplasma die zu analysierende Probensubstanz nicht zu atomisieren vermag, thermisch Energie zugeführt wird, um diese in einen Dampf von freien Atomen umzuwandeln, die sich in ihren Grundenergiezuständen befinden. Hierzu kann eine leitende Unterlage in Form eines Platinschiffchens oder Graphittiegels, die als Träger der Probensubstanz dient, geschaffen werden, die ihrerseits aus dem Hochfrequenzfeld Verlustleistung zu entziehen vermag und sich damit selbst definierbar erwärmt oder die thermische Zersetzung und Verdampfung der Probe durch eine5 von ausserhalb der Küvette eingestrahlte, stark konzentrierte Infrarotstrahlenbündelung, z. B. mit einer handelsüblichen Lötlampe, erfolgt. Wenn es die Problemverhältnisse erfordern, steht mit einer geeigneten Kombination von Zerstäubungsvorgang und thermischer Aufheizung eine wirksame Technik der Probenatomisierung zur Verfügung, bei der u. a. auch Matrixbestandteile als Rauchteilchen und niedermolekulare, gasförmige Bruchstücke freigesetzt werden.
  • Die nach dem vorhergenannten Verfahrensschritt freigesetzten und verdampften Metallatome, auf deren Konzentrationsbestimmung die spektrochemische Analyse im wesentlichen ausgerichtet ist, verteilen sich stationär in der umgebenden Edelgas atmosphäre und bilden darin einen geringen Partialdruck. In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Einrichtung bleibt der Konzentrationsbereich der Metallatome in derart niedrigen Grenzen, dass ihre Kondensation an der Wandung und an den Fenstern 9 und 10 der Quarzküvette 1 durch nichtausreichende Übersättigung, die nach der Weberschen Theorie, beschrieben in dem Buch: Condensation and Evaporation, Nucleation and Growth Kinetics by J-P. Hirth and G.M. Pound, Pergamon Press, Oxford- London-Paris -Frankfurt, 19 6 3, für die Keimbildung erforderlich ist, verhindert wird.
  • Der gewonnene Partialdruck der zu untersuchenden Elemente bleibt unter der Einwirkung des HF-Plasmas im Mittel stationär erhalten.
  • Die Energie zur Erzeugung eines HF-Feldes, das auf die Edelgas atome und metallischen Atome einwirkt, wird nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung von dem HF-Generator 8 als Energiequelle in Form von Impulsen mit Rechtecksteuerung zugeführt, die mit einer vorbestimmten Taktfrequenz von wenigen 100 Hertz moduliert werden.
  • Hierdurch gestaltet sich der Einfluss des HF-Feldes dahingehend, dass in der Brennphase des HF-Edelgasplasmas sämtliche metallischen Atome infolge ihrer gegenüber den Edelgasatomen geringeren Ionisierungsenergie vollständig ionisiert werden, während sie in der Phase des abgeschalteten Hochfrequenzfeldes aufgrund der hohen Elektronendichte im Plasma sehr schnell zu neutralen Atomen rekombinieren.
  • Der Anregungsmechanismus stellt somit eine stationäre Überführung der Elemente von Ionen in neutrale Atome und umgekehrt dar. Nach erfolgter Elementbestimmung im Sinne einer der oben beschriebenen spektrochemischen Methoden AA oder AE, wird die Küvette 1 unter Beibehaltung der Entladungscharakteristik mit Edelgas gespült, so dass sowohl Element- als auch Matrixbestandteile entfernt werden und damit eine Bereitschaft für eine nachfolgende Elementbestimmung gewährleistet ist. Mit dieser beschriebenen Ausgestaltung der HF-Entladung ist eine Anordnung vorgegeben, die für die Zwecke der spektrochemischen Analyse AA und AE eindeutig ausgenutzt werden kann. Zum Verständnis der Funktion und des Betriebs ablaufes der erfindungsgemässen Einrichtungen werden anhand der Figuren 1, 2a-und 2b noch die folgenden detaillierten Erläuterungen gegeben.
  • Wie sich aus der Figur 1 ergibt, enthält die spektroskopische Vorrichtung für die AA- und AE-Spektralanalyse in bekannter Weise einen Monochromator 11 zur Isolierung der Elementwellenlänge, eine Abbildungsoptik 12, die die von der zylindrischen Quarzküvette 1 in axialer Richtung durchgelassene oder emittierte elektromagnetische Strahlung auf den Eintrittsspalt des Monochromators ll unter Anpassung der Äperturverhältnisse konzentriert, eine Photoempfangseinrichtung 13, eine elektronische Messeinrichtung 14 und eine Anzeige- und Registriereinrichtung 15. Für die AA-Spektralanalyse ist zusätzlich als Linienemissionsquelle eine Hohlkathodenlampe 16 vorgesehen, deren ausgesandte Strahlung mit geeigneter Abbildungsoptik 17 auf dem mittleren Bereich der Küvette 1 fokussiert wird.
  • Für die Zwecke der AA-Spektralanalyse wird durch das Edelgasplasma, das im getakten Hochfrequenzfeld brennt, die gepulste Linienstrahlung der Hohlkathodenlampe 16 hindurchgeleitet. In der abgeschalteten Phase des Hochfrequenzfeldes wird diese Linienstrahlung durch die in der Küvette 1 vorhandenen Elemente dahingehend geschwächt, dass nach dem Lambert Beer'schen Gesetz die gemessene Extinktion der gesuchten Elementkonz entration proportional ist. Während der Brennphase des HF-Feldes, in der die Metallatome ionisiert sind, ist die selektive Resonanz absorption der Linienstrahlung nicht möglich. Eine Lichtschwächung durch in der Küvette 1 enthaltene Matrixbestandteile ist in beiden Plasmaphasen vorhanden und trägt nur zur unspezifischen und nicht atomaren Lichtschwächung durch Streuung des einfallenden Lichtes bei.
  • Beispielsweise wird in der Zeitschrift Analytical Chemistry 34 (1966) S. 614 - 617 das Phänomen der nicht atomaren Absorption auf die Streuung des einfallenden Lichtes an Fremdgasatomen oder -molekülen zurückgeführt. Durch entsprechende Dekodierung der Signalwerte in der Messelektronik des spektrochemischen Photometers, die der abgeschalteten und brennenden Phase des Edelgasplasmas zugeordnet sind und durch anschliessende Differenzbildung wird ein echtes Mass für die Elementpopulation gewonnen, wobei die unspezifische Lichtschwächung in beiden Fällen den gleichen Anteil hat und bei der Differenzbildung eliminiert wird.
  • Gegenüber an sich bekannten Verfahren zur Kompensation der unspezifischen Absorption liegt der eindeutige Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung darin, dass zur Kompensation der nichtatomaren Absorption keine zusätzliche Sekundärlichtquelle als Kontinuumstrahler benötigt wird, wodurch der Aufwand der spektrophotometrischen Anordnung eine wesentliche Vereinfachung erfährt, und dass durch schnelle Messungen die Kompensation automatisch erfolgt.
  • Bei der Untersuchung einzelner Elemente5 beispielsweise Alkali- und Erdalkalimetalle, ist in der Brennphase des HF-Edelgasplasmas mit einem nicht vernachlässigbaren Anteil an Emissionsstrahlung zu rechnen, so dass in diesen vorliegenden Fällen nicht nur die Lichtschwächung eine Rolle spielt, sondern der überlagerte Emissionsanteil mit berücksichtigt werden muss. Deshalb ist bei der erfindungsgemässen Einrichtung vorgesehen, dass auch die Hohlkathodenlampe 16 im Puls betrieb arbeitet.
  • Die Zündung der Hohlkathodenlampen und des Edelgasplasmas erfolgen in Rechtecksteuerung, wobei die Phasenlage der einzelnen Zündfolgen gegeneinander um 900 verschoben ist. Es entstehen somit 4 Messbedingungen, die sich periodisch wiederholen. Die Phasenlage der Zündfolgen und der elektronische Signalablauf mit Signalauswertung sind in den Fig. 2a und 2 b wiedergegeben.
  • Messbedingung I: Die Hohlkathodenlampe 16 brennt, das Edelgasplasma ist abgeschaltet und der Dekodierschalter 18 geschlossen.
  • Die Linienstrahlung der Hohlkathodenlampe 16erfährt in der Küvette 1 eine Lichtschwächung, die auf die Elementabsorption und Rayleigh-Streuung zurückzuführen ist. Am Speicher 19 liegt somit der vom Photomultiplier 20 registrierte und über den Vorverstärker 21 verstärkte Signalwert I1 an, für den die folgende Beziehung gilt: wobei I - das ungeschwächte Signal der Hohlkathodenlampe, 0 i p- der Extinktionskoeffizient; c1- die Elementkonzentration, d1 - die Schichtdicke, k t- der Streukoeffizient, c2 - die Konzentration der Matrixbestandteile und d2 - der wirksame Streuweg bedeuten.
  • Messbedingung II: Die Hohlkathodenlampe und das Edelgasplasma brennen, der Dekodierschalter 22 ist geschlossen.
  • Die Linienstrahlung der Hohlkathodenlampe 16 unterliegt nur der Lichtstreuung in der Küvette 1. Allerdings kann in Einzelfällen ein Emissionsanteil der Elementstrahlung mit vorhanden sein. Für das am Speicher 23 anliegende Signal I2 besteht die folgende Beziehung: Messbedingung III: Das Edelgasplasma brennt und die Hohlkathodenlampe ist abgeschaltet. Der Dekodierschalter 24 ist geschlossen.
  • Die Elementeigenstrahlung wird als Emissionssignal 13 registriert und liegt am Speicher 25 an, wobei I3 = IE gilt.
  • Messbedingung IV: Hohlkathodenlampe und Hochfrequenzfeld sind abgeschaltet, die Dekodierschalter 18, 22 und 24 sind geöffnet.
  • In dieser Phase kann der Abgleich für alle Verstärker vorgenommen werden.
  • Durch Verknüpfung der beschriebenen Signalwerte 115 12 und I3 in dem elektronischen System, kann die nur auf die Elementabsorption beruhende, geschwächte Intensität der Hohlkathodenlampe 16 ermittelt werden, die proportional der Elementkonzentration c1 ist, wobei der Rayleigh-Streufaktor eliminiert wird. Hierzu wird bei geschlossenem Dekodierschalter 26 der Signalwert I1 dem logarithmischen Verstärker 27 zugeführt, an dessen Ausgang die Signalfunktion log 10 ansteht. Bei geöffneten Dekodierschaltern 28 und 29 werden 1 dem Differenzverstärker 30 die Signale I2 und 13 zugeführt und die Funktion I2 - I3 gebildet. Nach anschliessender Logarithmierung dieser Werte über einen log-Verstärker 31 steht an dessen Ausgang die Funktiort log zur Verfügung. Die Zuführung der Funktionen log kQ 11 und log zum Differenzverstärker 32 liefert als Resultat an dessen Ausgang direkt den Extinktionswert EA, der nach dem Lambert Beer' schen Gesetz mit der Elementkonzentration q in folgender Beziehung steht: Messbedingung III liefert unmittelbar den Emissionsanteil der Elemente, der nach den bekannten Eichverfahren in eine einfache Beziehung zu der Elementkonzentration gebracht werden kann.
  • Die erfindungsgemässe Einrichtung ist somit bei sehr geringem apparativem Aufwand geeignet, die Atom-Absorption- und Atom- Emissions spektralanalyse mit einer Atomisierungsmethode, die einen sehr hohen Atomisierungsgrad aufweist, durchzuführen, wobei die "unspezifische" Absorption durch Lichtstreuung der Matrixbestandteile in einfacher Weise eliminiert wird. Gegenüber den bisher bekannten Verfahren zur Kompensation der "unspezifischen" Absorption durch einen zusätzlichen Kontinuumstrahler als Sekundärlichtquelle hat das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil, dass es die Lichtstreuung durch Matrixbestandteile bei der Resonanzwellenlänge des entsprechenden Elementes berücksicht igt und eliminiert.
  • Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert, das jedoch in mannigfacher Weise durch bekannte Techniken, insbesondere zur automatischen Probenzufuhr und zur automatischen Gasdosierung, abgewandelt werden kann.
  • Patentansprüche:

Claims (11)

  1. Patentansprüche fm 1. ) Spektrochemischer Analysator zur atomabsorptions- und atomemis sions spektralanalytis chen Untersuchung von Spurenelementen in einer chemischen Matrix- mit einem Hochfrequenz-Plasma zur Veraschung, Atomisierung und Anregung der in einer Küvette eingebrachten Probensubstanz, mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung einer die Resonanzwellenlänge des nachzuweisenden -Elementes enthaltenden Resonanz strahlung,- mit Mitteln zum alternierenden Betrieb des Hochfrequenzfeldes und des Resonanzstrahlers sowie mit einer spektroskopischen Anordnung zur Isolierung der Elementwellenlänge und mit einer Einrichtung zur Feststellung der Strahlung, die von den Atomen des Probendampfes absorbiert oder emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Atomisierung und Anregung der Elemente innerhalb einer dielektrischen Küvette (1) in einem HF- Unterdruck-Edelgasplasma erfolgt, dessen Taktfrequenz mit der der Resonanz strahlungs-quelle um 900 phasenverschoben ist, dass die Küvette (1) über ein Dosierventil (7) mit einer Edelgas-Vorratsflasche (5) zur Aufrechterhaltung eines konstanten Edelgas-Partialdruckes verbunden ist, dass eine elektrische Schalt- und Auswerteinrichtung (20-32) vorgesehen ist, die aus den bei gepulstem Betrieb des Hochfrequenzfeldes (8) und der Resonanzstrahlungsquelle (16) resultierenden 4 Messbedingungen (I, II, III und IV) simultan elektrische Ausgangssignale erzeugt, die der Elementkonzentration des zu analysierenden Elementes direkt proportional sind, wobei die unspezifische Lichtabsorption durch Lichtstreuung der Matrixbestandteile bei der Resonanzwellenlänge automatisch eliminiert wird.
  2. 2. Spektrochemischer Analysator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schalt- und Auswerteinrichtung (20-32) Differenzverstärker, logarithmische Verstärker und Speichereinheiten aufweist, die aus den Mess-Signalen (I1, I2 und I3) direkt eine eichbare Funktion de r der Elementkonzentration bilden.
  3. 3. Spektrochemischer Analysator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Küvette (1) zur Trocknung der Probensubstanz (4) und zur Aufrechterhaltung eines Unterdruckplasmas an eine Vakuumeinrichtung (3) angeschlossen ist.
  4. 4. Spektrochemischer Analysator nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Küvette (1) thermostatisierbar ist.
  5. 5. Spektrochemischer Analysator nach den Ansprüchen 1, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Veraschung der Probensubstanz (4) in einem gesteuerten HF-Edelgasunterdruckplasma erfolgt.
  6. 6. Spektrochemischer Analysator nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Atomisierung der Probe unter Einwirkung des HF-Feldes zur Erhöhung ihres Wirkungsgrades mit einer thermischen Energiezuführung gekoppelt ist, wobei eine leitende Unterlage in Form eines Schiffchens oder Tiegels als Träger des Probenmaterials (4) dient, die ihrerseits aus dem HF-Feld Verlustleistung zu entziehen vermag oder die thermische Verdampfung der Probensubstanz (4) durch eine stark konzentrierte Infrarotstrahlung erfolgt.
  7. 7. Spektrochemischer Analysator nach den Ansprüchen 1, 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass zur Probenvorbehandlung mehratomige Gase dosiert werden und die Entladung zur Überführung der Elemente in leicht aufspaltbare Verbindungen angeregt wird.
  8. 8. Spektrochemischer Analysator nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Atomisierung der Probe in einem zylindrischen Quarzgefäss (1) erfolgt.
  9. 9. Spektrochemischer Analysator nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Küvette (1) zur Reinigung von Element- und Matrixbestandteilen unter 1 Beibehaltung der Entladungscharakteristik mit Edelgas gespült wird.
  10. 10. Spektrochemischer Analysator nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes eine Hochfrequenz-Energiequelle (8) umfasst, die mit der Küvette (1) induktiv oder kapazitiv gekoppelt ist.
  11. 11. Spektrochemischer Analysator nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrationsbereich der Metallatome in niedrigen Grenzen gesteuert ist und dass infolge nicht ausreichender Übersättigung die Kondensation der Atome an der Küvettenwandung und an den Küvettenfenstern (9) und (10) verhindert wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3827322A1 (de) * 1988-07-05 1990-01-11 Spectruma Gmbh Geraet zur simultanen atomabsorptionsspektrometrie

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