DE2718416B2

DE2718416B2 - Temperaturmeßvorrichtung für Graphitrohrküvetten

Info

Publication number: DE2718416B2
Application number: DE2718416A
Authority: DE
Inventors: Toma Dipl.-Ing. 7770 Ueberlingen Tomoff
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: 1980-05-29
Also published as: DE2718416C3; GB1573856A; US4204770A; DE2718416A1; AU516984B2; FR2389107A1; IE46449B1; AU3474978A; IE780652L

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur pyrometrischen Bestimmung der Temperatur des Graphitrohres bei einer Graphitrohrküvette für die flammenlose Atomabsorptions-Spektrometrie mit einem von der Temperaturstrahlung des Graphitrohres beaufschlagten photoelektrischen Empfänger.

Es ist bekannt, die Temperatur des Graphitrohres einer Graphitrohrküvette pyrometrisch zu messen. Diese pyrometrische Temperaturmessung kann dazu dienen, die Aufheizung des Graphitrohres auf eine vorgegebene Temperatur zu steuern und diese Temperatur zu regeln (»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). Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird durch ein abbildendes optisches System ein etwa in der Mitte des Graphitrohres liegender Teil der Außenfläche des Graphitrohres auf den photoelektrischen Empfänger abgebildet. Es wird damit die Temperatur in der Mitte des Graphitrohres gemessen, die naturgemäß wegen der an den Enden erfolgenden Wärmeableitung am höchsten ist. Diese Art der pyrometrischen Temperaturmessung bringt gewisse Schwierigkeiten mit sich.

«ι

Das Graphitrohr wird bekanntlich federnd zwischen zwei üblicherweise ebenfalls aus Graphit bestehenden ringförmigen Kontaktstücken gehalten. Die Kontaktstücke sitzen in je einem Kühlmantel, der Kühlkanäle für ein Kühlmittel enthält Der Meßstrahlengang eines Atomabsorptions-Spektrometers geht in Längsrichtung durch die Bohrungen der Kühlmäntel, die Bohrungen der Kontaktstücke und das Graphitrohr hindurch. Die Beheizung des Graphitrohres erfolgt dadurch, daß über die Kühlmäntel und die Kontaktstücke ein starker elektrischer Strom durch das Graphitrohr hindurchgeleitet wird. Um ein Verbrennen des Graphitrohres zu verhindern, wird das Graphitrohr von einem Schutzgasstrom umspült Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kontaktstücke rohrförmig ausgebildet sind und zusammen den Hohlkörper auf im wesentlichen seiner gesamten Länge zwischen den Kontaktflächen mit Abstand mantelförmig umgeben (DE-OS 24 13 782).

Bei einer solchen Temperaturmessung an der Oberfläche des Graphitrohres über ein abbildendes optisches System stört die oberhalb oder seitlich von dem ohnehin schwer zugänglichen Graphitrohr angeordnete Pyrometeranordnung. Bei einer Graphitrohrküvette nach der DE-OS 24 13 782 ergibt sich das zusätzliche Problem, daß für die pyrometrische Temperaturmessung eine weitere Radialbohrung außer der für die Einbringung der Probe sowieso erforderlichen Radialbohrung in einem der rohrförmigen Kontaktstücke vorgesehen werden muß. Dadurch wird das Kontaktstück in unerwünschter Weise mechanisch geschwächt. Außerdem wird die Strömung des Schutzgases sowie die Temperaturverteilung gestört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur pyrometrischen Bestimmung der Temperatur eines Graphitrohres zu schaffen, bei welcher die Zugänglichkeit des Graphitrohres und die Temperaturverteilung und der Schutzgasstrom im Bereich des Graphitrohres durch die Pyrometeranordnung nicht beeinträchtigt wird

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Empfänger von der an einem Ende aus dem Graphhrohr austretenden Temperaturstrahlung der Graphitrohrinnenwandung beaufschlagt ist.

Nach der Erfindung wird somit nicht ein Punkt auf der Außenfläche des Graphitrohres für die Temperaturmessung beobachtet, sondern die Innenfläche des Graphitrohres in Längsrichtung durch die sowieso vorhandene Längsbohrung. Es brauchen daher keine zusätzlichen Radialbohrungen für die Beobachtung der Graphitrohrtemperatur vorgesehen zu werden, und die Pyrometeranordnung ist nicht seitlich an der Graphitrohrküvette im Bereich des Graphitrohres vorgesehen, wo auch die Probenaufgabe erfolgen muß. Der gesamte Aufbau wird hierdurch wesentlich vereinfacht.

Gegen die Beobachtung der Innenfläche des Graphitrohres könnte der Einwand erhoben werden, daß beim Aufheizen des Graphitrohres insbesondere während des Veraschungsschrittes in dem Graphitrohr Rauch entsteht, der die Messung beeinträchtigen könnte. Dieser Rauch stört beispielsweise die Atomabsorptionsmessung, da er das Meßstrahlenbündel des Atomabsorptions-Spektrometers schwächt in der gleichen Weise, wie dies die Atome eines gesuchten Elements tun. Für die Atomabsorptions-Spektrometrie bildet der Rauch eine die Messung verfälschende Untergrundabsorption. Man könnte eine ähnliche Verfälschung der pyrometrischen Temperaturmessung erwarten. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Verfälschung der Temperatur-

messung bei der Beobachtung der Innenfläche des Graphitrohres nicht stattfindet Das liegt wahrscheinlich daran, daß der aus der verdampfenden und sich zersetzenden Probe gebildete Rauch naturgemäß die gleiche Temperatur besitzt wie das Graphitrohr selbst, so daß er ebensoviel Strahlung emittiert wie er absorbiert.

Vorteilhafterweise liegt im Gesichtsfeld des photoelektrischen Empfängers ein sich über die gesamte Länge des Graphitrohres erstreckender Bereich der Graphitrohrinnenwandung. Das macht es möglich, daß der photoelektrische Empfänger ohne abbildendes optisches System vor einem Ende des Graphitrohres seitlich von dem Meßstrahlenbündel und so geneigt angeordnet ist, daß seine Achse durch die Bohrung des ringförmigen Kühlmantels und die Bohrung des darin gehalterten ringförmigen Kontaktstückes in das Ende des Graphitrohres hinein zum Mittelbereich der G raphit rohrinnen wandung verläuft.

Eine solche Anordnung ohne irgendein abbildendes optisches System ist wesentlich einfacher als die vorbekasinten Pyrometeranordnungen. Insbesondere ergibt sich nicht das Problem der spektralen Durchlässigkeit der für die Abbildung benutzten optischen Glieder.

Auch gegen eine solche Anordnung könnten Bedenken geltend gemacht werden: Bei den vorbekannten Pyrometeranordnungen zur Messung der Temperatur eines Graphitrohres wird ein definierter Bereich in der Mitte des Graphitrohres, wo sich die Probe befindet, auf den pholoelektrischen Empfänger abgebildet. Bei einer Beobachtung der Innenwandung des Graphitrohres über dessen gesamte Länge hinweg erfolgt eine Mittelwertbildung, da der Empfänger nicht nur Strahlung von den heißesten Mittelzonen des Graphitrohres erhält, sondern auch Strahlung von den kälteren Randzonen. Messungen haben jedoch gezeigt, daß sich trotzdem dei so gewonnene Temperaturmeßwert eindeutig der Temperatur des Graphitrohres in dem hauptsächlich interessierenden Mittelbereich zuordnen läßt. Es ist zu berücksichtigen, daß bei der pyrometrischen Messung nicht einfach eine algebraische Mittelwertbildung über die Länge des Graphitrohres hinweg erfolgt. Die Strahlung steigt bekanntlich mit der vierten Potenz der Temperatur an. Infolgedessen erfolgt eine »gewichtete« Mittelwertbildung, wobei die jeweilige Zone mit der höchsten Temperatur überwiegend zur Geltung komm.

Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß in die Bohrung des Kühlmantels ein Fenster mit einer Fassung eingesetzt ist und daß der photoelektrische Empfänger in einer Schrägbohrung der Fassung sitzt, die in der Längsbohrung dieser Fassung mündet.

Um eine Überhitzung des Empfängers infolge Wärmeleitung zu verhindern, kann die Fassung graphitrohrseitig von dem Empfänger mit Kühlrippen versehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die einen Längsschnitt durch eine Graphitrohrküvette mit einer erfindungsgemäßen pyrometrischen Temperaturmeßeinrichtung zeigt.

In der Figur ist mit 10 ein Graphitrohr bezeichnet. Dieses Graphitrohr ist mit konischen Stirnflächen zwischen komplementär dazu konischen Kontaktflächen zweier Kontaktstücke 16 und 18 gehalten. Jedes der Kontaktstücke hat rohrförmige Grundform mit einer zylindrischen Mantelfläche und kegelstumpfförml· gen Stirnflächen. Jedes der Kontaktstücke 16 und 18 sitzt in einem Kühlmantel 20 bzw. 22, der einen zylindrischen Durchbruch 24 bzw. 26 aufweist, wobei diese Durchbrüche 24 und 26 auf den einander .-, zugewandten Innenseiten der Kühlmantel 20, 22 eine die Kontaktstücke 16 bzw. 18 aufnehmende Erweiterung besitzen. Die Kühlmantel 20 und 22 bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material und sind in gutem thermischen Kontakt mit den Kontaktstücken 16 und

„, 18. Sie enthalten Kanäle 28, 3O, durch weiche ein Kühlmittel, z. B. Wasser, hindurchgeleitet wird.

Die Kontaktstücke 16, 18 sind an ihren einander abgewandten Enden nach innen gezogen und bilden dort die konischen Kontaktflächen, zwischen denen die

ι-, konischen Stirnflächen des Graphitrohres 10 gehalten werden. Zwischen der Innenwandung der Kontaktstükke 16,18 und der Außenwandung des Graphitrohres 10 wird ein Ringraum 32 gebildet. Die einander zugekehrten Stirnflächen der Kontaktstücke 16 und 18 sind

₎₍i gestuft, so daß zwischen diesen Stirnflächen eine gestufte Trennfuge gebildet wird. In der Mitte weist das Graphitrohr 10 eine Radialbohrung 34 auf. Das Kontaktstück 16 ist in axialer Richtung länger als das Kontaktstück 18, so daß die Trennfuge gegenüber der

j-, Radialbohrung 34 axial versetzt ist. In dem längeren Kontaktstück 16 ist fluchtend mit der Radialbohrung 34 eine Radialbohrung 36 vorgesehen, deren Durchmesser wesentlich größer als der Durchmesser der Radialbohrung 34 ist. Durch die Radialbohrung 34 und die

j_(l Radialbohrung 36 kann in bekannter Weise eine Probe in das Graphitrohr eingebracht werden.

Die Durchbrüche der Kühlmantel 20 und 22 erweitern sich auf der Außenseite und nehmen jeweils eine Fassung 38 bzw. 40 mit einem optischen Fenster 42 bzw.

,.-, 44 auf.

Der Kühlmantel 20 ist feststehend. Der Kühlmantel 22 ist dagegen in einem Sockelteil 46 über ein Paar von Kronenfedern 48 axialbeweglich und nach links in der Figur vorgespannt gehaltert. Auf diese Weise kann der

^₁, Kühlmantel 22 mit dem Kontaktstück 18 zum Einsetzen bzw. Herausnehmen eines Graphitrohres gegen die Wirkung der Kronenfedern 48 nach rechts in der Figur zurückgeschoben werden. Nach dem Einsetzen des Graphitrohres wird dieses elastisch zwischen den

,π Kontaktstücken 16 und 18 gehalten, wobei über die konischen Stirnflächen des Graphitrohres 10 und die dazu komplementären konischen Kontaktflächen der Kontaktstücke 16 und 18 eine Zentrierung des Graphitrohres erfolgt.

-io Diese Anordnung ist an sich bekannt (DE-OS 24 13 782) und daher nicht weitergehend beschrieben.

Die Fassung 38 des Fensters 42 weist eine Längsbohrung 50 auf, durch welche in üblicher Weise das Meßstrahlenbündel 52 hindurchtritt. In der Fassung

-,r, 38 ist weiterhin eine Schrägbohrung 54 angebracht, die in der Längsbohrung 50 der Fassung 38 mündet. In dieser Schrägbohrung sitzt ein photoelektrischer Empfänger 56. Die Achse 58 der Schrägbohrung 54 und damit des photoelektrischen Empfängers 56 verläuft

,,ι schräg in die Längsbohrung 50 der Fassung 38, durch die Bohrung 24 des Kühlmantels 20 und die Längsbohrung des Kontaktstücks 16 so am linken Ende in das Gfiphitrohr 10 hinein, daß sie ungefähr in der Mitte des Graphitrohres 10 auf die Graphitrohrinnenwandung

,--, trifft. Das durch die Randstrahlen 60 und 62 erfaßte Gesichtsfeld des photoelektrischen Empfängers 56 schließt einen Bereich der Graphitrohrinnenwandung ein, der sich im wesentlichen über dessen gesamte

Länge erstreckt. Strahlung aus diesem Bereich fällt auf sind graphitrohrseitig von dem Empfänger 56 an der den photoelektrischen Empfänger 56 und erzeugt ein Fassung 38 Kühlrippen 64 vorgesehen,
entsprechendes elektrisches Signal, ohne daß zwischen Durch die beschriebene Anordnung wird eine Graphitrohr 10 und photoelektrischem Empfänger 56 pyrometrische Bestimmung der Graphitrohrtemperatur ein besonderes abbildendes optisches System vorgese- ^r> möglich, ohne daß an dem Aufbau der Graphitrohrkühen ist. vette im Bereich des Graphitrohres und damit an der Um den photoelektrischen Empfänger vor Überhit- Temperaturverteilung und den Schutzgasströmen in zung insbesondere durch Wärmeleitung zu schützen, diesem Bereich etwas geändert zu werden braucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur pyrometrischen Bestimmung der Temperatur des Graphitrohres bei einer Graphitrohrküvette für die flammenlose Atomabsorptions-Spektrometrie mit einem von der Temperaturausstrahlung des Graphitrohres beaufschlagten photoelektrischen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (56) von der an einem Ende aus dem Graphitrohr (10) austretenden Temperaturstrahlung der Graphitrohrinnenwand beaufschlagt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gesichtsfeld (60,62) des photoelektrischen Empfängers (56) ein sich über die gesamte Länge des Graphitrohres (10) erstreckender Bereich der Graphitrohrinnenwandung liegt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Empfänger (56) ohne abbildendes optisches System vor einem Ende des Graphitrohres (10) seitlich von dem Meßstrahlenbündel (52) und so geneigt angeordnet ist daß seine Achse (58) durch die Bohrung (24) des ringförmigen Kühlmantels (20) und die Bohrung des darin gehalterten ringförmigen Kontaktstückes (16) in das Ende des Graphitrohres (10) hinein zum Mittelbereich der Graphitrohrinnenwandung verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung (24) des Kühlmantels (20) ein Fenster (42) mit einer Fassung (38) eingesetzt ist und daß der photoelektrische Empfänger (56) in einer Schrägbohrung (54) der Fassung (38) sitzt, die in der Längsbohrung (50) dieser Fassung (38) mündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung (38) graphitrohrseitig von dem Empfänger (56) mit Kühlrippen (64) versehen ist.