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"Rohrzellen für Atomabsorptionsspektroskopie".
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrzelle für flammenlose Atomabsorptionsspektroskopie
in Form eines nahezu zylindrischen Rohrcs, in dessen mittlerer Bohrung eine zu analysierende
Probe untergebracht ist. Eine derartige Rohrzelle ist in der britischen Patentschrift
1.399.050 beschrieben.
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In dem flammenlosen Atomabsorptionsspektrophotometrievorgang wird
das Graphitrohr durch den Durchgang eines elektrischen Stroms auf eine hohe Temperatur
erhitzt, so dass das Material der Probe zurächst getrocknet und manchmal verascht
wird, bevor es eine Temperatur erreicht, bei der es atomisiert wird.
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Dies ist die Temperatur innerhalb des Graphitrohres, bei der eine
Atomwolke gebildet wird, in der die einzelnen in der Probe enthaltenen Elemente
in einem atomaren Zustand vorhanden sind. Ein Strahlungsbündel, das vorzugsweise
eine Resonanzlinie eines besonderen zu identifizierenden Elements in der Probe enthält,
wird in der Längsrichtung durch das Graphitrohr hindurchgeleitet, so dass der Anteil
des besonderen Elements in der Probe aus der Absorption des Bündels abgeleitet werden
kann.
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Wenn es auf diese Weise verwendet wird, erfüllt das Graphitrohr mehrcre
Funktionen. Erstens dient es als Träger für die zu analysierenden Proben; zweitens
bewirkt die Erhitzung des Graphitrohres, dass die Probe verdampft und dann atomisiert
wird, während das Rohr s-chliesslich dazu dient, die so erzeugte Atomwolke zusammenzuhalten.
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Der Grad der Absorption des Strahlungsbündels und somit die Gesamt
empfindlichkeit des Atomabsorptionsspektrophotometrievorgangs sind unter anderem
eine Funktion der Anzahl freier Atome in dem Wege des Bündels durch die Rohrzelle.
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In üblichen Atomabsorptionsspektrophotometern wird das Bündel innerhalb
der Rohrzelle zu einem Fokus gebracht. Da die freien Atome, die von einer in die
Zelle eingeführten Probe erzeugt werden, nur von der inneren Struktur der Zelle
zurückgehalten werden und da das Innere der Zelle im allgemeinen eine zylindrische
Gestalt
aufweist, liegt ein Anteil der verfügbaren freien Atome ausserhalb des Bündels und
trägt nicht zu der Absorption bei und verringert somit die Instrumentenempfindlichkeit.
Dies ist ein Faktor von grosser Bedeutung bei der Verarbeitung von Probenvolumina
in der Grössenordnung von Dutzenden von Mikrolitern.
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Durch Abblendung des Strahlungsbündels zur Erhaltung einer mehr zylindrischen
Konfiguration wird die Gesamtleistung des Spektrophotometers wegen der Herabsetzung
der Intensität des Bündels zu stark beeinträchtigt. Es ist Aufgabe der Erfindung,die
Instrumentenempfindlichkeit zu vergrössern.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil
der Bohrung der Zelle derart ausgebildet ist, dass er nahezu dem Umfang des Strahlungsbündels
entspricht, das durch diese Bohrung IlindureilgeJien muss. Infolgedessen liegt ein
proportional grösserer Teil der iniierlialb der Zelle erzeugten Atomwolke in dem
Stralilungsbündel als bei den ltohrzellen mit-einer im allgemeinen zylindrischen
Bohrung.
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Vorteilhafterweise ist die Bohrung in einem Gebiet zwischen ihren
Enden uiid vorzugsweise in dem Gebiet halbwegs zwischen ihren Enden verjüngt.
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Die Bohrung kann einen zylindrischen Teil enthalten, der zwischen
zwei gleichen kegelstumpfförmigen Teilen liegt und an diese Teile grenzt, wobei
alle diese Teile auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, und wobeidX enden
der Kegelstumpfförmigen
Teile, die an den zylindrischen Teil grenzen,
den gleichen Durchmesser wie der zylindrische Teil und einen kleineren Durchmesser
als die nicht an diesen Teil grcnzenden Enden aufweisen.
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Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an hand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bekannte Rohrzelle,
und Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Rohrzelle nach der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine Graphitrohrzelle mit einer glatten zylindrischen
Innenbohrung und einem Gebiet 2 geringerer Wandstärke zwischen den Enden der Rohrzelle.
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Über eine Öffnung 3 kann eine Probe in das mittlere Gebiet der Rohrzelle
eingeführt werden.
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Beim Betrieb der Rohrzelle wirken deren Enden 4 und 5 derart mit
komplementären Klemmelektroden zusammen, dass die Rohrzelle waagerecht angeordnet
und ein elektrischer Strom durch den Körper der Zelle hindurchgeleitet wird. Die
herabgesetzte Wandstärke im Gebiet 2 ergibt einen grösseren Erhitzungseffekt innerhalb
dieses Gebietes und somit eine erhöhte Temperatur zum Verdampfen der Probe. Eine
Probe, die in die Öffnung 3 eingeführt wird, wenn die Rohrzelle auf eine Temperatur
im Bereich von 20000C erhitzt wird,zersetzt sich in freie Atome der in der Probe
enthaltenen Zusammensetzungen. Schutzgasströme können durch die Rohrzelle
geführt
werden und es können Mittel zur Abkühlung der Endteile der Zelle vorgesehen werden.
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Wenn die Rohrzelle in einem Atomabsorptionsspektrophotometer (nicht
dargestellt) angeordnet ist, weist ein charakteristisches Strahlungsbündel 6, das
durch die Zelle 10 hindurchgeht, einen durch die gestrichelten Linien dargestellten
Umfang 7 auf. Das Bündel 6 weist bei 8 in der Nähe der Probeninjektionsöffnung 3
einen Fokus auf. Der genaue Umfang des Strahlungsbüfldel ändert sich nach dem Typ
und dem Modell des Spektrophotometers in Abhängigkeit von dem optischen System des
Instruments.
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Es leuchtet ein, dass ein wesentlicher Teil des Volumes des Inneren
der Rohrzelle ausserhalb des Bündels 6 liegt. Ausserdem tritt bei Betrachtung der
Querschnittsflächen des Rohres und des Bündels 6 der grösste Unterschied t Flächeninhalt
zwischen diesen beiden in dem Gebiet der Probeninjektionsöffnung 3 auf, in dem die
Wolke freier Atome am dichtsten ist. Ein erheblicher Anteil der freien Atome, die
nach der Zersetzung einer Probe erzeugt werden, liegt somit ausserhalb des Bündels
6, insbesondere in dem Gebiet, in dem die Atomwolke am dichtesten ist, und trägt
nicht zur Bündelabsorption bei.
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Fig. 2 zeigt eine Rohrzelle nach der Erfindung, die derart aufgebaut
ist, dass sie nahezu dem Umfang 7 desselben Strahlungsbündels 6 wie nach Fig. 1
entspricht, ohne dass das Bündel unterbrochen oder zurüclcgehalten
wird.
Die Bohrung der Zelle enthält einen mittleren zylindrischen Teil 15 und zwei identische
Teile 16 und 17 kegeligen Querschnittes, die nach innen von den Aussenenden der
Zelle zu dem zylindrischen Teil 15 zugespitzt sind. Die Teile 15, 16 und 17 liegen
alle auf derselben Längsachse. Die äussere Gestaltung der Rohrzelle ist zylindrisch
in der Nähe der Enden 18 und 19, damit die Zelle mit Klemmelektroden zusammenwirken
kann. Das äussere Gebiet 20, das dem zylindrischen Teil 15 der Bohrung der Rohrzelle
entspricht, ist auf die dargestellte Weise zugespitzt, damit eine verringerte Wandstärke
und somit eine erhöhte Temperatur im Gebiet der Probeninjektionsöffnung 3 erhalten
wird. Es ist ersichtlich, dass der Anteil des inneren Volumens der Rohrzelle, der
ausserhalb des Biindels 6 liegt, erheblich geringer als bei der Rohrzelle nach Fig.
1 ist.
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Die Rohrzelle kann aus Graphit hoher Reinheit hergestellt oder aus
glasartigem Kohlenstoffmaterial gepresst werden. In beiden Fällen können die Innenoberflächen
der Zelle auf die in dieser Technik bekannte Weise mit pyrolytischem Graphit überzogen
werden.
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In einem Vergleichsversuch, in dem die Leistung eines Atomabsorptionsspektrophotometers,
das mit einer Rohrzelle nach Fig. 1 bestückt ist, mit der Leistung dieses Gerätes
unter Verwendung einer erfindungsgemässen Rohrzelle verglichen wird, wurden die
nachstehenden Ergebnisse erzielt:
| Empfindlichkeit 10-12/g |
| Wellenlänge |
| Element 10-9m |
| Rohr 1 Rohr 10 |
| Ag 328 10x 4X |
| Al 309 174 26 |
| Cr 358 90 13 |
| Cu 325 44 28 |
| Mn 280 30 4 |
| Fe 248 35 20 |
| Cd 229 3 1 |
| Pb 283 330 9 |
| Hb 780 33 15 |
| As 194 110 85 |
| Co 241 88 35 |
Alle Proben wiesen ein Volumen von 20 Mikrolitern auf, ausgenommen diejenigen, die
mit einem Sternchen markiert sind.
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Es ist klar, dass andere Bohrungsausgestaltungen als die für die
Rohrzelle nach Fig. 2 beschriebene Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung verwendet
werden können. Im allgemeinen ist es jedoch zu bevorzugen, eine Oberfläche in der
Nähe der Probeninjektionsöffnung anzubringen, die die injizierte Probe im heissesten
Tei der Zelle festhalten kann, eine Bohrungsform anzuwenden, die das Strahlungsbündel
nicht hemmt, und eine Form zu wählen, die die Herstellung erleichert.