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Vorrichtung zum Erzeugen und Uberführen
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einer gasförmigen Meßprobe Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Erzeugen einer gasförmigen Meßprobe aus einer Probenflüssigkeit in einem Probengefäß
und zum überführen dieser Meßprobe in die Flamme oder Meßküvette eines Atomabsorptions-Spektrometers,
enthaltend: eine Schutzgaseinlaßleitung, welche einen Schutzgaseinlaß mit dem Probengefäß
verbindet und welche ein Absperrventil enthält, eine Schutzgasauslaßleitung, welche
eine Verbindung zwischen Probengefäß und Flamme oder Meßküvette herstellt, und eine
Reagenzzugabevorrichtung zur Zuführung von flüssigem Reagenz zu dem Probengefäß.
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Es ist bekannt, in einem Probengefäß aus einer Probenflüssigkeit durch
Zugabe eines starken Reduktionsmittels als Reagenz flüchtige Hydride eines gesuchten
Elements, zum Beispiel von ,arsen oder Selen, zu erzeugen. Diese flüchtigen Hydride
werden dann von einem Schutzgasstrom in eine beheizte Meßküvette eines Atomabsorptions-Spektrometers
überführt und dort thermisch zersetzt. In der Meßküvette tritt das gesuchte Element
somit in atomarer Form auf, und es kann seine Atomabsorption gemessen werden. Es
kann aber auch durch das Reagenz ein flüchtiger Stoff aus seinen Verbindungen freigesetzt
werden, der von dem
Schutzgasstrom mitgenommen wird, so daß in der
Meßküvette die Atomabsorption dieses flüchtigen Stoffes bestimmt werden.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (Beckman Bulletin M-2029)
ist ein Probengefäß mit einem Verschlußstopfen vorgesehen, durch welchen ein Schutzgaseinlaßkanal
in Form eines fast bis auf den Boden des Probengefäßes reichenden Schutzgaseinlaßrohres,
eine Schutzgasauslaßleitung und ein Reagenzzugaberohr hindurchgeführt sind. Das
Schutzgaseinlaßrohr ist über eine ein Absperrventil enthaltende Schutzgaseinlaßleitung
mit einem Schutzgaseinlaß verbunden, der an eine Schutzgasquelle, zum Beispiel eine
Argonquelle, anschließbar ist. Die Schutzgasauslaßleitung führt von dem Probengefäß
zu einer beheizten, rohrförmigen Meßküvette. Diese Meßküvette ist an den Enden durch
Fenster abgeschlossen, und die Schutzgasauslaßleitung mündet an einem Ende der Meßküvette,
während am anderen Ende der Meßküvette ein Gasaustritt vorgesehen ist.
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In der Schutzgasauslaßleitung ist ein Wegeventil angeordnet, über
welches wahlweise die Schutzgasauslaßleitung zur Meßküvette hin durchschaltbar ist
oder bei abgesperrter Schutzgasauslaßleitung eine direkte Verbindung zwischen dem
Schutzgaseinlaß und der Meßküvette hergestellt wird. Das Reagenzzugaberohr ist mit
einer Reagenzpumpe verbunden. Es ist ferner eine als Magnetrührer ausgebildete Rührvorrichtung
vorgesehen.
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Zur Durchführung einer Analyse wird der Schutzgasstrom zunächst über
die Schutzgaseinlaßleitung durch das Probengefäß und die Meßküvette geleitet. Dadurch
werden diese mit Schutzgas durchgespült, und die Luft wird aus dem System verdrängt.
Durch Betätigung der Reagenzpumpe wird der Probenflüssigkeit Reagenz, zum Beispiel
NaBH4, zugesetzt, wodurch eine flüchtige Meßprobe, zum Beispiel AsH3, erzeugt wird.
Diese flüchtige Meßprobe wird von dem Schutzgasstrom in die beheizte Meßküvette
überführt und dort thermisch zersetzt, so daß längs der Meßküvette eine WolkeZ des
gesuchten Elements in atomarer Form gebildet wird.
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Wenn das Probengefäß abgenommen wird, um es beispielsweise
durch
ein Probengefäß mit einer anderen Probenflüssigkeit zu ersetzen, dann wird das Absperrventil
in der Schutzgaseinlaßleitung geschlossen und das Wegeventil so umgeschaltet, daß
die direkte Verbindung zwischen dem Schutzgaseinlaß und der Schutzgasauslaßleitung
und damit der Meßküvette unter Umgehung des Probengefäßes und unter Absperrung der
Verbindung zwischen Probengefäß und Meßküvette hergestellt wird. Damit wird die
Meßküvette ständig mit Schutzgas durchströmt, so daß keine Luft in die Meßküvette
eindringen kann. Bei der bekannten Anordnung werden die verschiedenen Ventile und
die Reagenzpumpe manuell betätigt.
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Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gasförmigen
Meßprobe aus einer Probenflüssigkeit in einem Probengefäß und zum Überführen dieser
Meßprobe in eine Meßküvette eines Atomabsorptions-Spektrometers vorgeschlagen worden,
bei welcher eine Schutzgaseinlaßleitung mit zwei parallelen Zweigen den Schutzgaseinlaß
mit dem Probengefäß verbindet. In jedem der beiden parellelen Zweige ist ein Magnetventil
und eine damit in Reihe liegende einstellbare Drossel vorgesehen. Eine Schutzgasauslaßleitung
stellt eine ständige Verbindung zwischen Probengefäß und Meßküvette her. Es ist
ein Steuergerät vorgesehen, durch welches die Magnetventile, die Reagenzpumpe sowie
eine Rührvorrichtung automatisch so ansteuerbar sind, daß nacheinander mit vorgegebenem
Zeitablauf zunächst das eine Magnetventil, mit welchem eine Drossel von großem Strömungsquerschnitt
in Reihe liegt und dann das andere Magnetventil öffnet, mit welchem eine Drossel
von kleinerem Strömungsquerschnitt in Reihe liegt. Nach dem öffnen des besagten
anderen Magnetventils wird die Reagenzpumpe betätigt und die Rührvorrichtung eingeschaltet
(Patentanmeldung P 26 27 255.9).
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung liegen alle Ventile im reinen
Schutzgasstrom und können daher ohne besonderen Aufwand als Magnetventile ausgebildet
werden. Das macht es möglich, den gesamten Ablauf von einer Steuervorrichtung automatisch
zu steuern. Vorteilhaft ist dabei weiterhin, daß zunächst ein Durchspülen des Probengefäßes
und der Meßküvette mit einem relativ starken Schutzgasstrom erfolgt, während der
Transport der nach Reaganzzugabe gebildeten Meßprobe in die Meßküvette mit einem
wesentlich schwächeren Schutzgasstrom erfolgt, wodurch die Verdünnung der Meßprobe
durch den Schutzgasstrom vermindert und die Verweildauer der Meßprobe in der Meßküvette
erhöht wird.
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Bei der vorgeschlagenen Anordnung ist eine Reagenzpumpe erforderlich,
die ein flüssiges Reagenz dem Probengefäß zuführt. Eine solche Reagenzpumpe ist
relativ aufwendig. Bei einer automatischen Steuerung des Ablaufs ist es erforderlich,
die Reagenzpumpe mittels eines Stellmotors zu betätigen. Es ist auch schwierig und
aufwendig, die Menge des zugesetzten Reagenz einstellbar zu machen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
definierten Art mit einem Minimum von einfach aufgebauteen Bauteilen auszuführen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reagenzzugabevorrichtung
einen dicht abgeschlossenen Reagenzvorratsbehälter enthält, welcher über eine Verbindungsleitung
mit der Schützgaseinlaßleitung stromauf von dem Absperrventil verbunden ist, und
eine Reagenzdosierleitung, die vom Grunde des Reagenzvorratsbehälters zu dem Probengefäß
verläuft.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine Reagenzpumpe entfallen.
Es wird zunächst das Absperrventil in der Schutzgaseinlaßleitung geöffnet. Es fließt
dann ein Schutzgasstrom durch das Probengefäß, welcher die in dem Probengefäß enthaltene
Luft verdrängt. Anschließend wird das Absperrventil
geschlossen.
Der Schutzgasstrom strömt dann über die vor dem Absperrventil abzweigende Verbindungsleitung
zu dem Reagenzvorratsbehälter und drückt Reagenz über die Reagenzdosierleitung in
das Probengefäß. Nach öffnen des Absperrventils wird die Reagenzzugabe unterbrochen.
Die Menge des zugegebenen Reagenz kann durch den Strömungswiderstand der Reagenzdosierleitung
und die Öffnungsdauer des Absperrventils bestimmt und erforderlichenfalls verändert
werden. Die entwickelte Meßprobe wird durch Schutzgas zu der Meßküvette oder einer
Flamme transportiert.
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Vorteilhafterweise ist das Probengefäß mit dem Schutzgaseinlaß zusätzlich
über eine zweite, gegenüber der ersteren stärker gedrosselte Schutzgaseinlaßleitung
verbunden. Während das Absperrventil geschlossen ist und Reagenz in das Probengefäß
gedrückt wird, kann dann durch die über die zweite Schutzgaseinlaßleitung zufließende
Schutzgasströmung die entwickelte Meßprobe schon zu der Meßküvette oder Flamme transportiert
werden. Das geschieht in wünschenswerter Weise mit einer gegenüber der zum Spülen
des Probengefäßes benutzten starken Schutzgasströmung stark verminderten Strömungsgeschwindigkeit.
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Es ergibt sich außerdem die Möglichkeit, das Absperrventil wieder
zu öffnen und damit die Reagenzdosierung zu beenden, sobald das während der Reagenzdosierung
auftretende Meßsignal einen Maximalwert erreicht hat. Hierdurch kann Reagenz gespart
werden.
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Die zweite Schutzgaseinlaßleitung kann ständig offen sein. Wenn das
Absperrventil geöffnet ist und die starke Schutzgasströmung über die erstere Schutzgaseinlaßleitung
fließt, dann stört die dazu parallele Schutzgasströmung über die zweite Schutzgaseinlaßleitung
nicht. Wenn das Absperrventil geschlossen ist, bewirkt die schwächere Strömung den
Transport der entwickelten Meßprobe. Es ist außerdem für einen ständigen Schutzgasstrom
durch die Meßküvette auch bei geschlossenem Absperrventil gesorgt.
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Wenn ein starker Schutzgasstrom beim Durchspülen der Apparatur auch
durch die Meßküvette fließt, dann bewirkt dieser starke Schutzgasstrom eine Auskühlung
der Meßküvette. Dadurch wird die mögliche Probenfrequenz herabgesetzt. Zur Erhöhung
der Probenfrequenz kann an dem Probengefäß eine Entlüftungsleitung vorgesehen sein,
die eines synchron mit dem Absperrventil in der Schutzgaseinlaßleitung betätigbares
zweites Absperrventil enthält.
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Wenn somit die starke Schutzgasströmung über das erstere Absperrventil
auf das Probengefäß gegeben wird, dann ist gleichzeitig das zweite Absperrventil
geöffnet. Die Schutzgasströmung fließt somit überwiegend über die Entlüftungsleitung
ab und nicht durch die Meßküvette.
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Die Schutzgasleitung kann ein Rückschlagventil enthalten.
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Dadurch wird sichergestellt, daß keine Gase über die Schutzgasauslaßleitung
in das Probengefäß zurückströmen oder zurückdiffundieren können. Das ist von besonderer
Bedeutung, wenn die Schutzgasauslaßleitung zu einer Flamme geführt wird, weil sonst
nach öffnen des zweiten Absperrventils das unter Überdruck stehende Gas der Flamme
rückwärts in das Probengefäß gedrückt werden könnte.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine schematisch Darstellung
der Schaltung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer möglichen konstruktiven Ausführungsform.
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Mit 10 ist ein Schutzgaseinlaß bezeichnet, der mit einer geeigneten
Schutzgasquelle verbindbar ist. Mittels eines Druckminderers 12 wird der Eingangsdruck
des Schutzgases auf einem gewünschten Wert gehalten. Der Schutzgaseinlaß 10 ist
über eine erste Schutzgaseinlaßleitung 14 mit einem Probengefäß 16 verbunden. Die
erste Schutzgaseinlaßleitung 14 enthält eine vorzugsweise einstellbare Drossel 18
sowie ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil 20. Eine zweite Schutzgaseinlaßleitung
22, die ständig geöffnet ist verbindet parallel zu der ersten Schutzgaseinlaßleitung
14 ebenfalls den Schutzgaseinlaß 10 mit dem Probengefäß 16. Die zweite Schutzgaseinlaßleitung
22 enthält eine vorzugsweise einstellbare Drossel 24. Die zweite Schutzgaseinlaßleitung
22 endet in einem bis nahezu auf den Grund des Probengefäßes 16 geführten Rohr 26.
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Vor dem Absperrventil 20 zweigt eine Verbindungsleitung 28 ab, welche
den Teil der ersten Schutzgaseinlaßleitung 14 stromauf von dem Absperrventil 20
mit einem dicht abgeschlossenen Reagenzvorratsbehälter 30 verbindet. In dem Reagenzvorratsbehälter
ist ein Vorrat von flüssigem Reagenz untergebracht.
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Eine Reagenzdosierleitung 32 verläuft vom Grunde des Reagenzvorratsbehälters
30 ebenfalls zu dem Probengefäß 16.
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Von dem Probengefäß 16 geht eine Schutzgasauslaßleitung 34 aus, die
zu einer (nicht dargestellten) Meßküvette oder Flamme eines Atomabsorptions-Spektrometers
geführt ist. Die Schutzgasauslaßleitung 34 enthält ein Rückschlagventil 36.
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Weiterhin geht von dem Probengefäß 16 eine Entlüftungsleitung 38 aus.
In der Entlüftungsleitung 38 liegt ein zweites Absperrventil 40, das synchron mit
dem Absperrventil 20 in der Schutzgaseinlaßleitung 14 betätigbar ist. Im übrigen
ist das Probengefäß 16 luftdicht abgeschlossen.
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Die Drosseln 18 und 24 sind so gewählt oder eingestellt, daß über
die erste Schutzgaseinlaßleitung 14 bei geöffnetem Absperrventil 20 eine wesentlich
stärkere Schutzgasströmung fließt als über die zweite Schutzgaseinlaßleitung 22.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt: Zunächst
wird das Absperrventil 20 geöffnet. Gleichzeitig wird das zweite Absperrventil 40
geöffnet. Es fließt eine starke Schutzgasströmung durch das Probengefäß 16. Diese
Schutzgasströmung verdrängt die in dem Probengefäß 16 enthaltene Luft im wesentlichen
über die Entlüftungsleitung 38 und das geöffnete zweite Absperrventil 40. Zusätzlich
fließt eine geringere Schutzgasströmung über die zweite Schutzgaseinlaßleitung 22.
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Nachdem die Luft aus dem Probengefäß 16 verdrängt worden ist, wird
das Absperrventil 20 geschlossen. Der Druck des Schutzgases wirkt jetzt über die
Verbindungsleitung 28 auf den Reagenzvorratsbehälter 30 und drückt Reagenz über
die Reagenzdosierleitung 32 in das Probengefäß. Die Menge des dosierten Reagenz
kann durch den Strömungswiderstand der Reagenzdosierleitung 32 und die Zeitdauer
bestimmt werden, während welcher das Absperrventil 20 geschlossen ist. Die infolge
der Reagenzzugabe erzeugte Meßprobe wird bei geschlossenem Absperrventils 40 von
der relativ schwachen Schutzgasströmung, die ständig über die zweite Schutzgaseinlaßleitung
22 fließt, durch die Schutzgasauslaßleitung 34 zu der Meßküvette oder Flamme transportiert.
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Nach Durchführung der Messung werden die Absperrventile 20 und 40
wieder geöffnet. Damit wird auch die Reagenzdosierung unterbrochen, da nach dem
Öffnen des Absperrventils 20 am Ausgang der Reagenzdosierleitung 32, nämlich im
Probengefäß 16, und am Eingang der Verbindungsleitung 28 der gleiche Druck herrscht.
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Die beiden Absperrventile 20 und 40 können als Magnetventile ausgebildet
und von einem Steuergerät 42 gesteuert sein.
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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Geräts mit
rein mechanischer Steuerung. Die Ventile, Drosseln und Kanäle sind in einem Block
44 untergebracht, der an dem oberen Ende eines Stativs 46 sitzt. An dem Stativ 46
ist ein handeslüblicher Magnetrührer 48 schwenkbar befestigt.
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An dem Block 44, der vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt
ist, ist ein nach unten ragender Konus 50 angebracht, an welchen das Probengefäß
16 ansetzbar ist. Weiterhin ist auf der Unterseite des Blocks 44 ein Innengewinde
52 vorgeshen, in welches der Hals des Reagenzvorratsbehälters 30 eingeschraubt ist,
der eine handelsübliche Kunststoffflasche sein kann.
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Statt einer elektrischen Steuerung über Magnetventile kann an dem
Block 44 ein Druckknopf 54 angebracht sein, welcher die beiden Absperrventile 20
und 40, die nebeneinander in dem Block 44 angeordnet sein können, mechanisch öffnet
und schließt. In Normalstellung des Druckknopfes 54 sind die beiden Absperrventile
20 und 40 geöffnet. Wird der Druckknopf gegen die Kraft einer Feder eingedrückt,
sind sie geschlossen. Der Druckknopf 24 kann beim Niederdrücken gleichzeitig einen
Kontakt schließen, über den der Magnetrührer 42 eingeschaltet wird.
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Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt: Der Block 44 wird über
einen (nicht dargestellten) Druckminderer mit einem Schutzgas versorgt. Der Reagenzvorratsbehälter
30 ist mit NaBH4-Lösung gefüllt. Eine (nicht dargestellte) heizbare Quarzküvette
ist im Strahlengang eines betriebsbereiten Atomabsorptions-Spektrometers justiert
und mit der Schutzgasauslaßleitung 34 verbunden. In ein Probengefäß 16, in welchem
sich auch ein Magnetrührstäbchen befindet, wird eine abgemessene Menge, beispielsweise
20 Milliliter, einer Probe gegeben. Dann
wird das Probengefäß 16
auf den Konus 50 aufgesteckt. Der Magnetrührer 48 wird unter das Probengefäß 16
geschwenkt. Es erfolgt jetzt eine Spülung des Probengefäßes 16, wie im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschrieben wurde. Anschließend wird der Druckknopf 54 niedergedrückt.
Wenn das am Atomabsorptions-Spektrometer beobachtete Signal seinen Höhepunkt überschritten
hat, kann der Druckknopf 54 losgelassen werden. Das Probengefäß 16 kann nach Wegschwenken
des Magnetrührer 48 entfernt und mit neuer Probe gefüllt oder durch ein neues Probengefäß
ersetzt werden.
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Die beschriebene Vorrichtung kommt mit einem Minimum an Bauteilen
aus. Insbesondere wird keine aufwendige Reagenzpumpe benötigt. Bei der Anordnung
mit mechanischer Betätigung der Ventile ist außer dem Magnetrührer kein elektrischer
Bauteil vorhanden. Da die Schutzgasströmung zum Spülen des Probengefäßes 16 größtenteils
durch das zweite Absperrventil 40 entweicht, erfolgt keine Auskühlung der Meßküvette.
Fehlbedienungen sind fast ausgeschlossen. Wird beispielsweise vergessen, das Schutzgas
anzustellen, dann kann auch kein Reagenz zugeführt werden.
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Die beschriebene Anordnung kann sowohl mit einem Brenner als auch
mit einer heizbaren Meßküvette arbeiten. Es wird Reagenz gespart, da die Reagenzzuführung
unterbrochen werden kann, sobald das am Atomabsorptions-Spektrometer beobachtete
Signal seinen Höhepunkt überschritten hat.
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