DE2718381C3

DE2718381C3 - Vorrichtung zum Erzeugen und Überführen einer gasförmigen Meßprobe

Info

Publication number: DE2718381C3
Application number: DE19772718381
Authority: DE
Inventors: Bernhard 7770 Ueberlingen Huber
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1977-04-26
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2718381A1; DE2718381B2

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Probengefäß (16) mit dem Schutzgaseinlaß (10) zusätzlich über eine zweite, gegenüber der ersteren stärker gedrosselte Schutzgaseinlaßleitung (22) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzgaseinlaßleitung (22) ständig offen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasauslaßleitung (34) ein Rückschlagventil (36) enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Probengefäß (16) eine Entlüftungsleitung (38) vorgesehen ist, die ein synchron mit dem Absperrventil (20) in der Schutzgaseinlaßleitung (14) betätigbares zweites Absperrventil (40) enthält.

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.

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 dev 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

ίο Stoffes bestimmt werden.

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 ver-

2i) bunden, 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 Schutzgas-

-'■■' auslaßleitung mündet an einem Ende der Meßküvette, während am anderen Ende der Meßküvette ein Gasaustritt vorgesehen ist. In der Schutzgasauslalileitung ist ein Wegeventil angeordnet, über welches wahlweise die Schutzgasauslaßleitung zur Meßküvette

ίο hin durchschaltbar ist oder bei abgesperrter Schutzgasauslaßleitung eine direkte Verbindung zwischen dem Schutzgaseinlaß und der MeUküvette hergestellt wird. Das Reagenzzugaberohr ist mit einer Reagenzpumpe verbunden. Es ist ferner eine als Magnetrührer

r> ausgebildete Rührvorrichtung vorgesehen.

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

4i) 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 »Wolke« des gesuchten Elements in atomarer Form gebildet wird. Wenn das Probengefäß abgenommen wird, um es beispielsweise durch ein Probengefäß mit einer anderen

"in 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

■>5 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

no bekannten Anordnung werden die verschiedenen Ventile und die Reagenzpumpe manuell betätigt.

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 Schutzgaseinlaü mit dem Probengefäß

verbindet. In jedem der beiden parallelen 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, mn 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).

Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung liegen alle Ventile im reinen Schutzgasstrom und können daher ohne weiteren 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 Reagenzzugabe 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.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art mit einem Minimum von einfach aufgebauten Bauteilen auszuführen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reagenzzugabevorrichtung folgende Teile umfaßt:

(a) einen gasdicht abgeschlossenen Reagenzvorratsbehälter,

(b) eine Verbindungsleitung, die von der Schutzgaseinlaßleitung stromauf von dem Absperrventil zu dem Reagenzvorratsbehälter führt und in diesem einen Druck herzustellen gestattet, und

(c) eine Reagenzdosierleitung, die vom Grunde des Reagenzvorratsbehälters zum Probengefäß führt und durch die infolge des Schutzgasdrucks verdrängte Reagenzflüssigkeit strömt.

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 P? ijiügcfäß 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 Slrömungswiderstand der Reagenzdosierleitung und die Öffnungsdauer des Absperrventils bestimmt und erforderlichenfalls verändert werden. Die entwickelte Meßprobe wird durch Schutzgas zu der

^r. Meßküvette oder einer Flamme transportiert

Vorteilhafterweise ist das Probengefäß mit dem Schutzgaseinlaß zusätzlich über eine zweite, gegenüber der ersteren stärker gedrosselte Schutzgaseinlaßieitung verbunden. Während das Absperrventil geschlossen ist

ίο und Reagenz in das Probengefäß gedrückt wird, kann dann durch die über die zweite Schutzgaseinlaßieitung 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. Es ergibt sich außerdem die Möglichkeit, das Absperrventil wieder zu öffnen und damit die Reagenzdosierung zu

_>o beenden, sobald das während der Reagenzdosierung auftretende Meßsignal einen Maximalwert erreicht hat. Hierdurch kann Reagenz gespart werden.

Die zweite Schutzgaseinlaßieitung kann ständig offen sein. Wenn das Absperrventil geöffnet ist und die starke Schutzgasströmling über die erstere Schutzgaseinlaßieitung fließt, dann stört die dazu parallele Schutzgas-Strömung über die zweite Schutzgaseinlaßieitung nicht. Wen., das Absperrventil geschlossen ist, bewirkt die schwächere Strömung den Transport der entwickelten

jo Meßprobe. Es ist außerdem für einen ständigen Schutzgasstrom durch die Meßküvette auch bei geschlossenem Absperrventil gesorgt.

Wenn ein starker Schutzgasstrom beim Durchspülen der Apparatur auch durch die Meßküvette fließt, dann

i) 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 Absperr-

4(i ventil in der Schutzgaseinlaßieitung betätigbares zweites Absperrventil enthält.

Wenn somit die starke Schutzgasströmung über das erstere Absperrventil auf das Probengefäß gegeben wird, dann ist gleichzeitig das zweite Absperrventil

4-i geöffnet. Die Schutzgasströmung fließt somit überwiegend über die Entlüftungsleitung ab und nicht durch die Meßküvette.

Die Schutzgasleitung kann ein Rückschlagventil enthalten. Dadurch wird sichergestellt, daß keine Gase

5n 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

5i stehende Gas der Flamme rückwärts in das Probengefäß gedrückt werden könnte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Schalte tung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer möglichen konstruktiven Ausführungsform.

Mit 10 ist ein Schutzgaseinlaß bezeichnet, der mit einer geeigneten Schutzgasquelle verbindbar ist. Mittels

e.^ri eines Druckminderers 12 wird der Eingangsdruck des Schutzgases auf einem gewünschten Wert gehalten. Der Schutzgaseinlaß 10 ist über eine erste Schutzgaseinlaßieitung 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 'er ersten Schutzgaseinlaßleitung 14 ebenfalls den hchutzgascinlaß 10 mit dem Probengefäß 16. Die zweite Schutzgascinlaßleitung 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.

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. Eine Reagenzdosierleitung 32 verläuft vom Grunde des Reagenzvorratsbehälters 30 ebenfalls zu dem Probengefäß 16.

Von dem Probengefäß 16 geht eine Schulzgasauslaßleitung 34 aus, die zu einer (nicht dargestellten) Meßküvette oder Flamme eines Atomabsorptions-Spekirometers geführt ist. Die Schutzgasauslaßleitung 34 enthält ein Rückschlagventil 36.

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.

Die Drosseln 18 und 24 sind so gewählt oder eingestellt, daß über die erste Schulzgaseinlaßleitung 14 bei geöffnetem Absperrventil 20 eine wesentlich stärkere Schutzgasströmung fließt als über die zweite Schutzgaseinlaßleitung 22.

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. 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 Reageri^dosieiiciHiiig 32 in d«i rrubeiigcfäß. 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 Absperrventil 40 von der relativ schwachen Schutzgasströmung. die ständig über die zweite Schutzgaseinlaßleitung 22 fließt, durch die Schutzgasausiaßleitung 34 zu der Meßküvette oder Flamme transportiert.

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 Reageriz-dosierleitung 32. nämlich im Probengefäß 16, und am F-ingang der Verbindungsleitung 28 der gleiche Druck herrscht.

Die beiden Absperrventile 20 und 40 können al Magnetventile ausgebildet und von einem Steuergerä 42 gesteuert sein.

'< F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemä ßen Geräts mit rein mechanischer Steuerung. Di Ventile, Drosseln und Kanäle sind in einem Block 4' untergebracht, der an dem oberen Ende eines Stativs 4( sitzt. An dem Stativ 46 ist ein handelsübliche

κι Magnetrührer 48 schwenkbar befestigt.

An dem Block 44, der vorleilhafterweise au Kunststoff hergestellt ist, ist ein nach unten ragende Konus 50 angebracht, an welchen das Probengefäß 1 ansetzbar ist. Weiterhin ist auf der Unterseite de Blocks 44 ein Innengewinde 52 vorgesehen, in welche der Hals des Reagenzvorratsbehälters 30 eingeschraub ist, der eine handelsübliche Kunststoffflasche sein kann.

Statt einer elektrischen Steuerung über Magnet

ventile kann an dem Block 44 ein Druckknopf 5'

2« angebracht sein, welcher die beiden Absperrventile 2( und 40, die nebeneinander in dem Block 44 angeordne sein können, mechanisch öffnet und schließt. I Normalstellung des Druckknopfes 54 sind die beide Absperrventile 20 und 40 geöffnet. Wird der Druck

2·") knopf gegen die Kraft einer Feder eingedrückt, sind si geschlossen. Der Druckknopf 24 kann beim Nieder drücken gleichzeitig einen Kontakt schließen, über de der Magnetrührer 48 eingeschaltet wird.

Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt: De

i" Block 44 wird über einen (nicht dargestellten Druckminderer mit einem Schutzgas versorgt. De Reagenzvorratsbehälter 30 ist mit NaBH₄-Lösun{ gefüllt. Eine (nicht dargestellte) heizbare Quarzküvetu ist im Strahlengang eines betriebsbereiten Atomabsorp

Ji tions-Spektrometers justiert und mit der Schutzgasaus laßleitung 34 verbunden. In ein Probengefäß 16. i welchem sich auch ein Magnetrührstäbchen befinde wird eine abgemessene Menge, beispielsweise 20 MiIIi liter, einer Probe gegeben. Dann wird das Probengefäl

^4|> 16 auf den Konus 50 aufgesteckt. Der Magnetrührer 4! wird unter das Probengefäß 16 geschwenkt. Es erfolg jetzt eine Spülung des Probengefäßes 16, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. An schließend wiru u.r Druckknopf 54 niedergedrück

*'-> Wenn das am Atomabsorptions-Spektrometer beob achtete Signal seinen Höhepunkt überschritten hai kann der Druckknopf 54 losgelassen werden. Da Probengefäß 16 kann nach Wegschwenken de Magnetrührers 48 entfernt und mit neuer Probe gefüll

5» oder durch ein neues Probengefäß ersetzt werden.

Die beschriebene Vornchiuiig kömmt rnü ein
Minimum an Bauteilen aus. Insbesondere wird kein« aufwendige Reagenzpumpe benötigt. Bei der Anord nung mit mechanischer Betätigung der Ventile ist auße

5ϊ dem Magnetrührer kein elektrischer Bauteil vorhander Da die Schutzgasströmung zum Spülen des Proben gefäßes 16 größtenteils durch das zweite Absperrventi 40 entweicht, erfolgt keine Auskühlung der Meßküvette Fehlbedienungen sind fast ausgeschlossen. Wird bei

«ι spielsweise vergessen, das Schutzgas anzustellen, dam kann auch kein Reagenz zugeführt werden.

Die beschriebene Anordnung kann sowohl mit einen Brenner als auch mit einer heizbaren Meßküvettf arbeiten. Es wird Reagenz gespart, da die Reagenz

"ϊ zuführung unterbrochen werden kann, sobald das an Atomabsorptions-Spektrometer beobachtete Signa seinen Höhepunkt überschritten hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Probengefäb und Flamme oder Meßküvette herstellt, und eine Reagenzzugabevorrichtung zur Zuführung von flüssigem Reagenz zu dem Probengefäß, dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenzzugabevorrichtung folgende Teile umfaßt:

(a) einen gasdicht abgeschlossenen Reagenzvorratsbehälter (3),

(b) eine Verbindungsleitung (28), die von der Schutzgaseinlaßleitung (14) stromauf von dem Absperrventil (20) zu dem Reagenzvorratsbehälter (30) führt und in diesem einen Druck herzustellen gestattet, und

(c) eine Reagenzdosierleitung (32), die vom Grunde des Reagenzvorratsbehälters (30) zum Probengefäß (16) führt und durch die infolge des Schutzgasdrucks verdrängte Reagenzflüssigkeit strömt.