DE2526679C2

DE2526679C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen von Proben in einem Atomabsorptionsspektrometer

Info

Publication number: DE2526679C2
Application number: DE2526679A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. 7770 Überlingen König
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer & Co 7770 Ueberlingen GmbH; Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1975-06-14
Filing date: 1975-06-14
Publication date: 1986-01-09
Also published as: DE2526679A1

Description

(a) zusätzlich eine Mehrzahl von Hohlkörpern durch Hindurchleiten von elektrischem Strom auf unterschiedliche Tenrperaturen aufgeheizt wird und

(b) der Probenträger nacheinander in die verschiedenen Hohlkörper, zuletzt in den auf Atomisierungstemperatur gehaltenen, bewegt wird,

nach Patent 24 1C892, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

(c) Beladen eines als endliches Band ausgebildeten Probenträgers mit Probe mittels einer von dem Atomabsorptionsspektrometer räumlich getrennten Probennahmevorrichtung,

(d) Aufspulen des Probenträgers auf eine Spule,

(e) Hindurchführen des Probenträgers durch die Hohlkörper.

2. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz oder die Geschwindigkeit des Probenträger? (12) in der Probennahme- vorrichtung geringer ist als im Analysengerät

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe auf dem Probenträger (12) mit Lack fixiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, duQ die Trocknung und/oder Veraschung in der Probennahmevorrichtung in jeweils einem einen Teil der Probennahmevorrichtung bildenden Hohlkörper erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Probennahmevorrichtung gemeinsam mit dem Probenträger (12) mindestens ein Abschirmband (14) auf der Spule (26) so mit aufgespult wird, daß zwei Wicklungen des Pfobentfägefs (12) durch eine Wicklung eo des Abschirmbandes (14) getrennt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 enthaltend

in einem Atomabsorptionsspektrometer zumindest einen elektrisch beheizbaren Hohlkörper mit fluchtenden öffnungen zum Hindurchleiten eines von einer Lichtquelle erzeugten Strahlenbündels mit einem die Resonanzlinie eines gesuchten Elements enthaltenden Linienspektrum, einen Strahlungsempfänger, sowie eine Einrichtung, durch welche ein Probenträger durch Durchbrüche in der Gehäusewandung in diesen Hohlkörper bewegbar ist, und weiterhin enthaltend

(a) weitere, dem zur Atomisierung vorgesehenen Hohlkörper vorgeschaltete, aufheizbai s Hohlkörper sowie

(b) eine Vorrichtung zum Hindurchbewegen des Probenträgers nacheinander durch die verschiedenen Hohlkörper,

dadurch gekennzeichnet, daß

(c) eine von dem Atomabsorptionsspektrometer getrennte Probennahmevorrichtung zum Aufbringen der Probe auf den Probenträger mit einem Staubabscheider (20) vorgesehen ist, der über einer auf Massepotential liegenden, elektrisch leitenden Grundplatte (36) eine elektrisch isolierende Glocke (38) besitzt, in der sich eine Elektrode (42) befindet, durch welche eine Koronaentladung zur elektrostatischen Staubablagerung erzeugbar ist, und

(d) der Probenisäger (12) zwischen der Glocke (38) mit der Elektrode (42) und der Grundplatte (36) durch den Staubabscheider (20) geführt und in definierter Weise angetrieben ist, so daß der Staub auf dem Probenträger (12) abgelagert wird und nach erfolgter Staubablagerung der zeitliche Verlauf des Staubanfalls in der Umgebung des Staubabscheiders (20) durch die Verteilung des Staubes längs des Probenträgers (20) feststellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Frobennahmevorrichfung eine Spule (26) enthält, auf weiche der Probenträger (12) aufwickelbar ist und

(b) Mittel zum Abdecken der Probe gegen die jeweils nächste Wicklung des Probenträgers vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dii Mittel zum Abdecken von einer Einrichtung (18, 22, 32) zum Zuführen mindestens eines Abschirmbandes (14) gebildet sind, das mit dem Probenträger (12) probenseitig von diesem auf die Spule (26) aufwickelbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenträger (12) und das Abschirmband (14) gemeinsam durch die Hohlkörper (60,62) des Atomabsorptionsspektrometers geführt und ebenfalls gemeinsam zur Wiederverwendung auf eine Spule (54) aufwickelbar sind.

Das Hauptpatent 24 10 892 betrifft ein Verfahren zum Untersuchen von Proben in einem Atomabsorptionsspektrometer mittels flammenloser Atomabsorptionsspektroskopie, bei welchem eine Probe auf einen Probenträger aufgebracht und bei einem Atomisierungsschritt in einem durch Hindurchleiten von elektri-

schem Strom auf Atomisieruiigstemperatur aufgeheizten, mit fluchtenden öffnungen versehenen Hohlkörper atomisiert wird und bei welchem ein Lichtbündel mit einem den Resonanzlinien eines gesuchten Elements entsprechenden Linienspektrum durch den Hohlkörper und die in demselben gebildete Atomwolke hindurchgeleitet und die Absorption dieses Lichtbündels als Maß für den Anteil des gesuchten Elements an der Probe gemessen wird, bei welchem weiterhin dem Atomisierungsschritt ein Trocknungsschritt und/oder ein Schritt der thermischen Zersetzung der Probe (Veraschung) bei geringeren Temperaturen vorhergeht, und bei welchem

(a) zusätzlich eine Mehrzahl von Hohlkörpern durch Hindurchleiten von elektrischem Strom auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt wird und

(b) der Probenträger nacheinander in die verschiedenen Hohlkörper, zuletzt in den auf Atomisierungstemperatur gehaltenen, bewegt wird.

Weiterhin ist Gegenstand des Hauptpatents eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens enthaltend in einem Atomabsorptionsspektrometer zumindest einen elektrisch beheizbaren Hohlkörper mit fluchtenden öffnungen zum Hindurchleiten eines von einer Lichtquelle erzeugten Strahlenbündels mit einem die Resonanziinie eines gesuchten Elements enthaltenden Linienspektrum, einen Strahlungsempfänger sowie eine Einrichtung, durch welche ein Probenträger durch Durchbrüche in der Gehäusewandung in diesen Hohlkörper bewegbar ist, und weiterhin enthaltend

(a) weitere, dem zur Atomisierung vorgesehenen Hohlkörper vorgeschaltete, aufheizbare Hohlkörper sowie

(b) eine Vorrichtung zum Hindarchbewegen des Probenträgers nacheinander durch die verschiedenen Hohlkörper.

Bei bekannten Vorrichtungen zur Atomabsorptionsspektroskopie ist ein einziger Hohlkörper in Form eines Graphitrohres vorgesehen, das zwischen zwei ringförmigen Elektroden gehalten wird. Eine Probe wird in dieses Graphitrohr eingebracht, und das Graphitrohr wird durch elektrischen Strom, der über die Elektroden zugeführt wird, aufgeheizt. Dabei erfoigt die Stromzufuhr und damit die Aufheizung nach einem bestimmten Programm. Zunächst wird ein relativ geringer Strom durch das Graphitrohr geleitet, so daß eine Trocknung der Probe erfolgt, also beispielsweise Lösungsmittel verdampft wird. Bei höherer Temperatur erfoigt dann eine thermische Zersetzung der Probenmoleküle, eine sogenannte Veraschung. Schließlich wird dann ein sehr hoher Strom auf das Graphitrohr gegeben, so daß eine Atomisierung der Probe stattfindet, d. h. die in der Probe enthaltenen Elemente in atomarem Zustand in einer innerhalb des Graphitrohres sich bildenden Atomwolke vorliegen. Durch diese Atomwolke wird ein Lichtbündel von einer Lichtquelle, z. B. einer Hohlkathodenlampe, geleitet, welche ein Linienspektrum emittiert, das den Resonanzlinien eines gesuchten Elements entspricht Das Lichtbündel fällt auf einen Strahlungsempfänger, aus dessen Signal die Absorption des Lichtbündels in der Atomwolke und damit der Anteil des gesuchten Elements an der Prob j bestimmbar ist. Um ein Verbrennen des Graphitrohres zu verhindern, wird das Graphitrohr von einem Schutzgasitrom umströmt.

Bei den bekannten Geräten ist die Zeitdauer zur Durchführung einer Analyse bestimmt durch den Ablauf der Trocknung, Veraschung und anschließenden Atomisierung. Zwischen den einzelnen Schritten wird das Graphitrohr von der einen Temperatur auf die

nächstfolgende aufgeheizt Erst nach Ablauf des gesamten Zyklus kann die nächste Analyse aufgegeben werden. Die Anzahl der mit einer solchen Vorrichtung pro Zeiteinheit durchführbaren Analysen ist daher begrenzt Bei den bekannten Geräten zur Atomabsorptionsspektroskopie treten als Ausgangssignale Signalspitzen (Peaks) auf. Die Absorption des Lichtbündels und damit das Signal am Strahlungsempfänger steigt an, wenn sich die Atomwolke in dem Hohlkörper beim Aufheizen desselben auf die Atomisierungstemperatur bildet Anschließend zerfließt die Atomwolke teils durch Diffusion, teils infolge eines durch den Hohlkörper strömenden Schutzgasstromes. Das Signal sink'; dadurch wieder ab. Als Maß für den Anteil des gesuchten Elements an der Probe dient dabei in der Regel die Signalhöhe der erhaltenen Peaks. Eine reproduzierbar·: Messung setzt dabei die genaue Einhaltung der Temperatur- und Strömungsverhältnisse voraus

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist für jedes einzelne gesuchte Element eine gesonderte Probe erforderlich, die in der geschilderten Weise getrocknet thermisch zersetzt und atomisiert wird, wobei bei jeder Messung eine an das gesuchte Element angepaßte Lichtquelle verwendet wird.
Durch die DE-OS 22 19 190 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung von Proben mittels flammenloser Atomabsorptionsspektroskopie bekannt bei welcher die Probe auf einen Probenträger in Form eines kleinen Tiegels aufgebracht wird. Der Tiegel kann durch Hindurchleiten von elektrischem Strom auf verschiedene Temperatüren für die Trocknung, Veraschung und Atomisierung der Probe aufgeheizt werden. Statt eines auf Atomisierungstemperatur aufgeheizten Graphitrohres ist nur ein rohrförmiger Fangkörper vorgesehen, in der. der Tiegel durch einen Durchbruch hineinschiebbar ist. Der Fangkörper soll nicht die Probe auf Atomisierungstemperatur aufheizen sondern nur die gebildete »Atomwolke« zusammenhalten. Es wird daher auf einer unterhalb der Atomisierungstemperatur liegenden, nur ein Niederschlagen der Probe an den Wandungen verhindernde Temperatur aufgeheizt Die Trocknung und Veraschung der Probe erfolgt außerhalb des Fangkörpers und zwar bei einer Ausführung in einer unbeheizten, schutzgasdurchströmten Gehäusekammer.

Durch die DE-OS 23 40 383 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Analysenproben für spektrochemische Analysen bekannt das von dem bei der Analyse selbst verwendeten Verfahren unabhängig ist und die Probe in Partikel aufspaltet welche von einem Trägergasstrom als Aerosol zu irgendeiner spektrochemischen Analyseneinrichtung trariiportiert werden. Es wird dort die Probe auf ein Garn aus Graphitfäden aufgebracht das durch die aus mehreren getrennten Kammern bestehenden rohrförmige Apparatur hindurchbewegt wird. In einer Kammer wird die Probe durch eine Wärmestrahlungsquelle getrocknet In der nächsten Kammer wird der Garnabschnitt mit der Probe durch Induktionsheizung auf eine hohe Temperatur aufgeheizt Dadurch dampft die Probe von dem heißen Garn ab. Sie wird dann in einem durch die Kammer geleiteten kühlen Trä-

es gergasstrom sofort wibder zu kleinen Partikeln kondensiert, die in dem Trägergasstrom als Aerosol mitgerissen werden, um so in die eigentliche Analyseneinrichtung transportiert zu werden.

Durch die US-PS 31 74 393 ist eine Anregungslichtquelle für die Emissionsspektroskopie bekannt, bei welcher ein Graphitgewebe als Anregungslichtquelle dient, welche das Emissionsspektrum aussendet. Das Graphitgewebe, auf dem sich Probensubstanz niederschlägt, wird dabei durch eine Flamme oder durch elektrische Energie erhitzt. Durch das Graphitgewebe wird die Atomisierung in der Flamme unterstützt. Das Verfahren nach dem Hauptpatent 24 10 892 wird daher nicht angewandt

Es ist häufig wünschenswert, Spuren von Verunreinigungen in Luft oder Wasser von Zeit zu Zeit oder fortlaufend festzustellen. Zu diesem Zweck ist schon vorgeschlagen worden. Feinstäube aus der Atmosphäre (z. B. an Arbeitsplätzen zur Bestimmung des MAK-Wertes) elektrostatisch niederzuschlagen und den aus einer bestimmten Luftmenge erhaltenen Niederschlag zu analyeiAMn 5s«^ov.7at ist ferner eine bes^t'*^nrniA κχαπηα λι/ο*. ser zu verdampfen und die Rückstände zu analysieren.

Die Verfahren und Vorrichtungen nach dem Hauptpatent sind zwar geeignet, gute Analysen von vorliegenden Proben auszuführen. Nachteilig ist aber vorwiegend, daß bei der Wasser- und Luftüberwachung für jeden Meßplatz ein vollständiges Analysengerät benötigt wird. Häufig ist es aber nicht erforderlich, ständig und sofort die Analysenergebnisse vorliegen zu haben, denn in vielen Fällen ist es ausreichend, den jeweiligen Tages- oder Wochengang der Verunreinigung festzustellen, um auf die Ursache der Verunreinigung schließen zu können.

Ungünstig am Verfahren des Hauptpatentes ist bei Luftuntersuchungen auch, daß die geringen Feinstaubgehalte der Luft zu einer synchronen Messung meist zu gering sind und deshalb erst Probe über einen gewissen Zeitraum gesammelt und dann diskontinuierlich gemessen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Hauptpatent 24 10 892 so weiterzubilden, daß sie mit geringstmöglichem Aufwand für die laufende Untersuchung von Luft und Wasserverunreinigungen geeignet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

(d) Aufspulen des Probenträgers auf eine Spule,

(e) Hindurchführen des Probenträgers durch die Hohlkörper.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß

(c) eine von dem Atomabsorptionsspektrometer getrennte Probennahmevorrichtung zum Aufbringen der Probe auf den Probenträger mit einem Staubabscheider vorgesehen ist, der über einer auf Massepotential liegenden, elektrisch leitenden Grundplatte eine elektrisch Isolierende Glocke bestitzt, in der sich eine Elektrode befindet, durch welche eine Koronaentladung zur elektrostatischen Staubablagerung erzeugbar ist, und

(d) der Probenträger zwischen der Glocke mit der Elektrode und der Grundplatte durch den Staubabscheider geführt und in definierter Weise angetrieben ist, so daß der Staub auf dem Probenträger abgelagert wird und nach erfolgter Staubablagerung der zeitliche Verlauf des Staubanfalls in der Umgebung des Staubabscheiders durch die Verteilung des Staubes längs des Probenträgers feststellbar ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in einem Atomabsorptionsspek trometer die beladenen Probenträger vieler, an verschiedenen Meßstellen plazierten Probennahmevorrichtungen ausgemessen werden können und die Meßempfindlichkeit entsprechend dem Zeitraffereffekt zwisehen Probennahme und Analyse erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

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eines Probenträgers mit Feinstaub,

F i g. 2 einen Staubabscheider im Schnitt,

F i g. 3 die Führung des Probenträgers im Analysengeräte.

Die Probennahmevorrichtung nach F i g. 1 wird durch einen Synchronmotor 28 angetrieben, der über eine Welle 30 eine Rolle 32 antreibt, so daß ein als Band ausgebildeter Probenträger 12 und ein Abschirmband 14 mit Onstanter Geschwindigkeit von einer Spule 10 ab- und auf eine herausnehmbare Spule 26 aufgespult werden. Von dem Probenträger 12 und dem Abschirm band 14, die z. B. aus Graphitbar.d oder -gewebe beste hen, wird nur der Probenträger 12 in einem Staubabscheider 20 mit Probe beladen. Zur Führung des Probenträgers 12 dienen die Umlenkrollen 16, 24. Das Abschirmband 14 dient als Zwischenlage auf der Spule 26 zur Abschirmung der Probe und wird über Rollen 18,22 am Staubabscheider 20 vorbeigeführt. Falls es notwendig sein sollte, den Probenträger auf beiden Seiten abzuschirmen, kann noch ein zweites, nicht gezeichnetes Abschirmband unterhalb des Staubabscheiders 20 vorbei- geführt und zusätzlich auf der Spule 26 augespult werden.

Anstelle der Probenabschirmung beim Aufspulen durch mindestens ein Abschirmband 14 kann nach der Beladung des Probenträgers 12 auch ein schnell trock r.ender Lack oder eine andersartige Beschichtung ver wendet werden, sofern durch diese Abschirmung die spätere Analyse nicht gefährdet wird.

Der in F i g. 2 im Schnitt dargestellte Staubabscheider 20 besteht aus einer auf Masse liegenden Grundplatte

so 36 zur Führung des Probenträgers 12 und einer vj locke 38 aus elektrisch isolierendem Kunststoff. Durch einen Durchbruch 40 in der Glocke 38 ist zur Koronaentladung eine Elektrode 42 eingeführt. Der Durchbruch 44 dient zur Absaugung der Luft durch eine nicht darge stellte Pumpe. Die aus der Umgebung angesaugte Luft strömt über Zwischenräume 46,48 zwischen Grundplatte und Glocke, in denen sich auch der Probenträger 12 bewegt, über eine öffnung 50 an der Elektrode 42 vorbei in die Glocke 38.

Die in F i g. 3 dargestellte Bandführung im Analysengerät wird angetrieben über einen nicht dargestellten Synchronmotor, der auf eine Rolle 56 wirkt Die Probe befindet sich auf dem Probenträger 12, der hier im ganzen Verlauf dicht an dem Abschirmband 14 anliegt und von einer Spule 52 (entsprechend der Spule 26) abgespult wird. Eine Führungsrolle 58 leitet den Hrobenträger 12 und das Abschirmband 14 durch eine Veraschungsstation 60 und eine Atomisierungsstation 62.

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Falls notwendig, werden der Probenträger 12 und das Abschirmband 14 in einer weiteren (nicht dargestellten) Station noch ausgsglühlt, damit die auf einer herausnehmbaren Spule 34 aufgespulten Bänder anschließend wieder in einer Probennahmevorrichtung nach F i g. 1 5 neu beladen werden können. Spule 54 ist hierzu baugleich-«Spule 10.

Der Probenträger 12 wird im Analysengerät in umgekehrter Richtung analysiert, wie er bei der Probennahme beladen wurde. Sind jedoch die Zeiten l'iekannt, zu io denen der Probenträger 12 beladen wurde, so kann das Analysenergebnis, das gewöhnlich in Form eines Registrierstreifen erhalten wird, mit einer laufenden Zeitmarkierung versehen werden, welche die Zuordnung '; der Meßergebnisse zum Zeitpunkt der Probennahme 15

erlaubt. Man erhält bei der kontinuierlichen Arbeitswei- j

se so ein Diagramm der Verunreinigungskonzentration j

über der Probcnnahmezcit.

Statt einer Probenabscheidung durch elektrostatische Felder kann auch flüssige Probe auf dem Probenträger 20 verteilt und die Verunreinigung durch Verdampfen der Flüssigkeit angetrocknet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Untersuchen von Proben in einem Atomabsorptionsspektrometer mittels flam- menloser Atomabsorptionsspektroskopie, bei welchem eine Probe auf einen Probenträger aufgebracht und bei einem Atomisierungsschritt in einem durch Hindurchleiten von elektrischem Strom auf Atomisierungstemperatur aufgeheizten, mit fluchtenden Öffnungen versehenen Hohlkörper atomisiert wird und bei welchem ein Lichtbündel mit einem den Resonanzlinien eines gesuchten Elements entsprechenden Linienspektrum durch den Hohlkörper und die in demselben gebildete Atomwolke hindurchgeleitet und die Absorption dieses Lichtbündels als Maß für den Anteil des gesuchten Elements an der Probe gemessen wird, bei welchem weiterhin dem Atomisierungsschritt ein Trocknungsschrtti und/oder ein Schritt der thermischen Zersetzung der Probe (Veraschung) bei geringeren Temperaturen vorhergeht, und bei welchem