DE2705308B1 - Vorrichtung zum Aufheizen eines Graphitrohres in einer Graphitrohrkuevette eines Atomabsorptionsspektrometers - Google Patents

Vorrichtung zum Aufheizen eines Graphitrohres in einer Graphitrohrkuevette eines Atomabsorptionsspektrometers

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufheizen eines Graphitrohres in einer Graphitrohrküvette eines Atomabsorptionsspektrometers auf eine vorgegebene Temperatur, bei welcher die Temperatur des Graphitrohres mittels eines photoelektrischen Detektors bestimmt wird, der von dem durch das Graphitrohr emittierten Gleichlicht beaufschlagt ist und dessen verstärktes Detektorsignal mittels eines Komparator mit einem Referenzsignal verglichen wird, und bei welcher die Heizleistung durch einen Stromversorgungsteil in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Komparators so gesteuert ist daß vor Erreichen der vorgegebenen Temperatur die volle Heizleistung eingeschaltet wird
Für »flammenlose Atomabsorptionsmessungen« wird eine zu analysierende Probe in ein Graphitrohr eingebracht das zwischen ringförmigen Elektroden einer »Graphitrohrküvette« gehaltert ist Über diese Elektroden wird von einem Stromversorgungsteil ein Heizstrom durch das Graphitrohr geleitet und dieses dadurch auf hohe Temperaturen aufgeheizt Ein Schutzgasstrom verhindert dabei den Zutritt von Luft zu dem Graphitrohr und damit ein Verbrennen des Graphitrohres. Die in dem Graphitrohr befindliche Probe wird bei diesem Aufheizen atomisiert und bildet in dem Graphitrohr eine »Atomwolke«, in welcher die in der Probe enthaltenen Elemente in atomarem Zustand vorliegen. Diese Atomwolke diffundiert dann schließlich aus dem Graphitrohr heraus oder wird von dem Schutzgasstrom herausgespült Das Meßstrahlenbündel des Atomabsorptionsspektrometers, das die für ein gesuchtes Element charakteristischen Spektrallinien
t0 enthält verläuft in Längsrichtung durch das Graphitrohr und wird entsprechend der in der Atomwolke enthaltenen Menge des gesuchten Elements geschwächt Für verschiedene Proben sind verschiedene Tempe raturen des Graphitrohres erforderlich. Diese können durch geeignete Wahl der an dem Graphitrohr anliegenden Spannung eingestellt werden. Das Graphitrohr wird dann auf die der anliegenden Spannung entsprechende Gleichgewichtstemperatur mit einem zeitlichen Temperaturverlauf aufgeheizt der in seinem Anfangsbereich umso steiler ist je höher die angelegte Spannung ist, je höher also die Gleichgewichtstemperatur ist auf welche das Graphitrohr aufgeheizt wird, und der dann asymptotisch in die Gleichgewichtstemperatur einläuft
Es ist auch bekannt die an einem Graphitrohr anliegende Spannung auf einen einstellbaren Wert zu regeln. Das führt aber beim Aufheizen ebenfalls zu dem vorstehend geschilderten Temperaturverlauf.
Es ist jedoch wünschenswert die gewünschte Gleichgewichtstemperatur jeweils schnellstmöglich zu erreichen, so daß die Probe in möglichst kurzer Zeit vollständig atomisiert wird Dadurch wird zu einem Zeitpunkt eine optimal hohe Konzentration der Atome des gesuchten Elements in dem Graphitrohr erreicht und ein entsprechend starkes Signal des Atomabsorptionsspektrometers erzeugt bevor die Atomwolke durch Diffusion oder den Schutzgasstrom wieder zerstreut wird Es ist daher wünschenswert, das Graphitrohr mit voller Heizleistung bis zu der gewünschten Temperatur aufzuheizen und diese Temperatur dann konstant zu halten.
Es ist zu diesem Zwecke bekannt (»Temperature Controlled Heating of the Graphite Tube Atomizer in Flameless Atomic Absorption Spectrometry« von Lundgren u. a. in »Analytical Chemistry« Bd 46 (1974) No. 8, Seiten 1028—1031) die Temperatur des Graphitrohres mittels einer Photodiode pyrometrisch zu bestimmen und zu regem. Durch eine Linse wird ein Flächenteil des Graphitrohres auf die Photodiode abgebildet Ein erster Verstärker setzt den Photostrom in eine Spannung um, und dieser Spannung wird in einem zweiten Verstärker eine an einem Potentiometer abgegriffene, einen Temperatursollwert darstellende Spannung entgegengeschaltet Der Ausgang des zweiten Verstärken liegt an einem Komparator. In einem Heizstromkreis der Graphitrohrküvette liegt ein Triac, der von dem Komparator gesteuert ist Bei negativem Ausgang des zweiten Verstärkers, dh. wenn die Temperatur des Graphitrohres höher ist als der Sollwert, wird der Triac gesperrt und bei positivem Ausgang wird der Triac durchgesteuert Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt eine Regelung der Temperatur, indem in Abhängigkeit von dem Detektor-
signal die volle Heizleistung ein- oder ausgeschaltet wird
Die Genauigkeit dieser Temperaturregelung hängt von der Genauigkeit des Detektorsignals ab. Alterungs-
ORIGINAL INSPECTED
erscheinungen des Detektors oder sonstige Änderungen der Empfindlichkeit, beispielsweise durch Staub oder Niederschläge auf optischen Gliedern gehen unmittelbar in die Temperatur ein, auf welche das Graphitrohr geregelt wird. Es erfolgt außerdem eine Zweipunktregelung, bei welcher die volle Heizleistung abwechselnd aus- und eingeschaltet wird. Eine solche Regelung neigt zum Überschwingen und zu Regelschwingungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art zum Aufhei- ι ο zen eines Graphitrohres zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und eine schnelle Aufheizung des Graphitrohres auf eine vorgegebene Temperatur mit einem von dem Wert dieser Temperatur unabhängigen Temperaturanstieg gestattet und diese Temperatur dann mit guter Genauigkeit hält.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vom Ausgang des !Comparators die Stromversorgungseinheit bei Erreichen der besagten vorgegebenen Temperatur auf die Erzeugung einer voreinstellbaren Spannung am Graphitrohr umschaltbar ist.
Bei der Erfindung wird die gewünschte Temperatur auf welche das Graphitrohr aufgeheizt wird, durch Vorgabe der am Graphitrohr anliegenden Spannung eingestellt, die einer Heizleistung entspricht, bei welcher sich die gewünschte Temperatur als Gleichgewichtstemperatur einstellt Das Aufheizen auf diese Temperatur erfolgt aber nicht mit dieser vorgegebenen Spannung sondern mit voller Heizleistung. Der photoelektrische Detektor stellt das - ggf. nur ungefähre - Erreichen der gewünschten Temperatur fest und bewirkt eine Umschaltung auf eine vorgegebene, die gewünschte Temperatur des Graphitrohres als Gleichgewichtstemperatur ergebende Spannung am Graphitrohr. Diese Spannung und nicht das Signal des photoelektrischen Detektors bestimmt dann die sich einstellende Temperatur des Graphitrohres, so daß Ungenauigkeiten der pyrometrischen Messung nicht in diese Temperatur eingehen.
Vorteilhafterweise ist die Stromversorgungseinheit vom Ausgang des !Comparators auf einen Regelbetrieb umschaltbar, durch welchen die Spannung an dem Graphitrohr auf einen voreingestellten Sollwert regelbar ist
Es wird so die anliegende Spannung geregelt, so daß keine Temperaturänderungen etwa durch Schwankungen der Netzspannung hervorgerufen werden können.
Da üblicherweise nur Temperaturen über 8000C in Frage kommen, ist es möglich, daß der photoelektrische Detektor im sichtbaren Wellenlängenbereich empfind- so lieh, z. B. eine Silizium-Photodiode, ist
Es braucht dann nicht ein aufwendiger Infrarotdetektor vorgesehen zu werden. Die Abbildung des Graphitrohres auf dem Detektor kann mittels einer einfachen Glaslinse erfolgen statt etwa mit einer Germaniumlinse, wie das beim Arbeiten im Infrarotbereich erforderlich wäre. Statt eines oberflächenbedampften Spiegels kann als Umlenkspiegel ein unterglasverspiegelter Spiegel vorgesehen werden. Statt eines Infrarotfilters kann ein einfaches Wärmeschutzfilter vorgesehen werden. Die Messung mit sichtbarem Licht gestattet weiterhin eine Gleichlichtmessung, da nicht wie bei einer Infrarotmessung die Eigenstrahlung der Umgebung, beispielsweise der Germaniumlinse und des Filters, berücksichtigt zu werden braucht.
Die Schaltung kann so aufgebaut sein, daß an dem Komparator ein festes Referenzsignal sowie der Ausgang eines das Detektorsignal verstärkenden Verstärkers anliegt, dessen Verstärkungsgrad einstellbar ist. Das feste Referenzsignal kann dann, z. B. mittels einer Zenerdiode, sehr genau vorgegeben und konstant gehalten werden. Der Verstärkungsgrad wird so eingestellt, daß bei der gewünschten Temperatur des Graphitrohres der Komparator gerade kippt.
Um die Einstellung zu erleichtern kann am Ausgang des !Comparators ein das Kippen des Komparators signalisierendes Anzeigeglied, ζ. Β. eine Leuchtdiode liegen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt
Mit 10 ist ein Graphitrohr einer Graphitrohrküvette für ein Atomabsorptions-Spektrometer bezeichnet Das Graphitrohr 10 wird durch einen Heizstrom aufgeheizt, der von einem Transpformator 12 geliefert wird. Die Primärwicklung des Transformators 12 liegt an einem Spannungsregler 14. An einem Sollwerteingang 16 des Spannungsreglers 14 liegt ein einstellbares Sollwertsignal, das von einem Potentiometer 18 abgegriffen wird. Das Potentiometer 18 liegt an einer Gleichspannungsquelle 20. An einem Istwerteingang 22 des Spannungsreglers 14 liegt über einen Relaiskontakt 24 entweder Erde oder die durch einen Gleichrichter 26 gleichgerichtete Spannung am Graphitrohr 10. Der Relaiskontakt 24 gehört zu einem Relais 28.
Die Temperatur des Graphitrohres 10 wird pyrometrisch gemessen. Zu diesem Zweck wird eine Stelle 30 des Graphitrohres 10 durch eine Glaslinse 32 auf einem photoelektrischen Detektor 34 in Form einer Silizium-Photodiode abgebildet. Der Strahlengang verläuft über einen rückseitenverspiegelten Umlenkspiegel 36 und durchsetzt ein Wärmefilter 38. Dieses Wärmefilter kann ggf. entfallen.
Das Detektorsignal des photoelektrischen Detektors 34 wird mittels eines Verstärkers 40 verstärkt Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 40 ist mittels eines einstellbaren Gegenkopplungswiderstandes 42 einstellbar.
Der Ausgang des Verstärkers 40 liegt an einem Eingang eines Komparators 44 an. An dem anderen Eingang des Komparators 44 liegt eine feste Referenzspannung URef. Der Ausgang des Komparators 44 steuert das Relais 28. Am Ausgang des Komparators 44 liegt weiterhin über einen Widerstand 46 eine Leichtdiode (LED) 48.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Solange die Temperatur der Graphitrohrküvette unterhalb des durch das Referenzsignal t/«c/ und die Einstellung des Verstärkungsgrades gegebenen Sollwert liegt, ist das Relais 28 abgefallen, wodurch der Istwerteingang 22 des Spannungsreglers 14 an Masse liegt. Es wird so eine niedrige Temperatur simuliert und der Spannungsregler 14 legt volle Spannung über den Transformator 12 an das Graphitrohr 10. Das Graphitrohr 10 wird dadurch schnell aufgeheizt und beginnt im sichtbaren Spektralbereich zu strahlen. Das Signal des photoelektrischen Detektors 34 wird durch den Verstärker 40 verstärkt und liegt an dem Komparator 44 an. Wenn das verstärkte Detektorsignal bei Erreichen der gewünschten Temperatur das Referenzsignal Ur^ übersteigt, kippt der Komparator 44, und das Relais 28 zieht an und hält sich in üblicher, nicht dargestellter Weise selbst. Hierdurch wird über den Relaiskontakt 24 die durch den Gleichrichter 26 gleichgerichtete, am Graphitrohr 10 anliegende Span-
nung an den Istwerteingang 22 angelegt. Jetzt arbeitet der Spannungsregler 14 so, daß er diese am Graphitrohr 10 anliegende Spannung auf einem durch die Einstellung des Potentiometers 18 vorgegebenen Wert hält.
Die Einstellung des Widerstandes 42 und damit des Verstärkungsgrades des Verstärkers 40 müssen natürlich aufeinander abgestimmt werden, so daß das Kippen des Komparators 44 und das Anziehen des Relais 28 wenigstens annähernd bei der Temperatur erfolgt, welche sich als Gleichgewichtstemperatur aus der durch das Potentiometer 18 vorgegebenen Spannung am Graphitrohr 10 ergibt
Diese Einstellung kann folgendermaßen erfolgen:
Das Potentiometer 18 wird in einem Testlauf bei (in nicht dargestellter Weise) angezogenem Relais 28 so eingestellt und damit die Temperatur des Graphitrohres 10 so einreguliert, daß das Graphitrohr 10 eine gewünschte vorgegebene Temperatur als Gleichgewichtstemperatur annimmt In diesem stationären Zustand wird dann der Widerstand 42 solange verstellt, bis der Komparator 44 kippt und die Leuchtdiode 48 aufzuleuchten beginnt Damit ist die gewünschte Abstimmung erreicht, und es kann dann die Analyse einer Probe in der beschriebenen Weise durchgeführt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Aufheizen eines Graphitrohres in einer Graphitrohrküvette eines Atomabsorptionsspektrometers auf eine vorgegebene Temperatur, bei welcher die Temperatur des Graphitrohres mittels eines photoelektrischen Detektors bestimmt wird, der von dem durch das Graphitrohr emittierten Gleichlicht beaufschlagt ist und dessen verstärktes Detektorsignal mittels eines !Comparators mit einem Referenzsignal verglichen wird, und bei welcher die Heizleistung durch einen Stromversorgungsteil in Abhängigkeit vom Schaltzustand des !Comparators so gesteuert ist, daß vor Erreichen der vorgegebenen Temperatur die volle Heizleistung eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgang des !Comparators (44) die Stromversorgungseinheit (12, 14, 24, 28) bei Erreichen der besagten vorgegebenen Temperatur auf die Erzeugung einer voreinstellbaren Spannung am Graphitrohr (10) umschaltbar ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinheit vom Ausgang des !Comparators (44) auf einen Regelbetrieb umschaltbar ist, durch welchen die Spannung an dem Graphitrohr (10) auf einen voreingestellten Sollwert regelbar ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Detektor (34) im sichtbaren Wellenlängenbereich empfindlich, z. B. eine Silizium-Photodiode, ist
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß an dem Komparator (44) ein festes Referenzsignal (Uneft sowie der Ausgang eines das Detektorsignal verstärkenden Verstärken (40) anliegt dessen Verstärkungsgrad einstellbar ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß am Ausgang des !Comparators (44) ein das Kippen des !Comparators signalisierendes Anzeigeglied (48), z. B. eine Leuchtdiode, liegt
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DE3333724A1 (de) * 1983-09-17 1985-04-04 Bodenseewerk Perkin-Elmer & Co GmbH, 7770 Überlingen Schaltungsanordnung zur steuerung der heizung eines ofens bei der flammenlosen atomabsorptionsspektroskopie
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