DE2950105A1

DE2950105A1 - Atomabsorptionsspektrometer mit verschiedenen, wahlweise einsetzbaren atomisierungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE2950105A1
Application number: DE19792950105
Authority: DE
Inventors: Bernhard 7770 Überlingen Huber; Ing.(grad.) Rolf 7777 Salem Tamm; Toma Dipl.-Ing. 7770 Überlingen Tomhoff; Alan Dr. Brighton Victoria Walsh
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer & Co 7770 Ueberlingen GmbH; Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH; Perkin Elmer Corp 06856 Norwalk Conn; Perkin Elmer Corp
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1981-06-19
Also published as: US4406541A; AU6534180A; FR2472185B1; GB2066501A; JPS5697853A; DE2950105C2; FR2472185A1; JPS6057018B2; IT1134628B; GB2066501B; IT8026502A0; AU538542B2

Description

Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE - Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · DioJOVI-XBERTll-LANGENBERG Posthdi 110386 · Telefon: (02127)4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Bodenseewerk Perkin-Elmer & Co. GmbH, 7770 Überlingen/Bodensee Th e_ Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, Connecticut, USA

Atomabsorptionsspektrometer mit verschiedenen; wahlweise einsetzbaren Atomisierungsvorrichtungen

Die Erfindung betrifft ein Atomabsorptionsspektrometer mit einem Probenraum, der von einem Meßstrahlenbündel durchsetzt ist und in dem eine Atomisierungsvorrichtung angeordnet ist, wobei als Atomisierungsvorrichtung wahlweise eine Meßküvette, in welcher durch chemische Reaktionen aus einer Probe gebildete Hydride eines gesuchten Probenbestandteils zersetzt werden, ein Brenner oder eine Graphitrohrküvette vorgesehen ist.

Ein Atomabsorptionsspektrometer dient dazu, die Konzentration eines gesuchten Elements in einer Probe festzustellen. Zu diesem Zweck wird mittels einer Atomisierungsvorrichtung eine "Atomwolke" erzeugt, in welcher die Bestandteile der Probe in atomarem Zustand vorliegen. Ein Meßstrahlenbündel, dessen Spektrum mit dem Absorptionsspektrum des gesuchten Elements übereinstimmt, wird durch diese Atomwolke hindurchgeleitet, und es wird die Absorption gemessen, welche dieses Meßstrahlenbündel in der Atomwolke erfährt. Diese ist ein Maß für die Konzentration des gesuchten Elements in der Probe.

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Es sind für diese Zwecke verschiedene Atomisierungsvorrichtungen bekannt, d.h. Vorrichtungen, welche die Probe in den atomaren Zustand überführen.

Eine solche Atomisierungsvorrichtung ist ein Brenner, in dessen Brenngas- Luft-Gemisch die Probenflüssigkeit mittels eines Zerstäubers eingesprüht wird. Die Bestandteile der Probenflüssigkeit werden dann in der Flamme zersetzt, so daß die Elemente in atomarer Form in der Flamme vorliegen.

Ein anderes Verfahren der Atomabsorptionsspektroskopie ist , die "flammenlose Atomabsorptionsspektroskopie". Ein Beispiel für eine Atomisierungsvorrichtung zur flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie ist die Graphitrohrküvette. Eine solche Graphitrohrküvette enthält ein Graphitrohr, welches zwischen zwei gekühlten, ringförmigen Elektroden gehalten wird. Eine flüssige Probe wird durch eine seitliche Probeneingabeöffnung in das Graphitrohr gebracht. Es wird dann über die Elektrode ein hoher elektrischer Strom durch das Graphitrohr geleitet, so daß das Graphitrohr auf hohe Temperaturen aufgeheizt wird. Es erfolgt in verschiedenen Schritten eine Trocknung der Probe, eine Veraschung, bei der eine chemische Zersetzung der Probensubstanz stattfindet, und schließlich eine Atomisierung, wobei sich innerhalb des Graphitrohres die "Atomwolke" ausbildet. Das Meßstrahlenbündel verläuft in Längsrichtung durch das Graphitrohr und die ringförmigen Elektroden. Um ein Verbrennen des Graphitrohres zu verhindern, ist das Graphitrohr von einem Schutzgasstrom umspült. I

Ein Beispiel für eine solche Graphitrohrküvette ist in der DE-AS 27 10 864 beschrieben.

Es sind auch andere Einrichtungen für die flammenlose Atomabsorptionsspektroskopie bekannt, bei denen eine

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Atomisierung dadurch erfolgt, daß ein elektrischer Strom durch einen die Probe aufnehmenden Hohlkörper geleitet wird, so daß sich in diesem Hohlkörper eine Atomwolke ausbildet, durch die das Meßstrahlenbündel hindurchtritt. Auch solche Atomisierungsvorrichtungen sollen von dem hier gebrauchten Begriff "Graphitrohrküvette" erfaßt werden.

Es ist schließlich bekannt, hydridbildende Elemente in der Probe dadurch einer Atomabsorptionsmessung zugänglich zu machen, daß durch geeignete Reagenzien, die einer Probenflüssigkeit zugesetzt werden, ein flüchtiges Hydrid des gesuchten Elements gebildet und aus der Probe ausgetrieben wird. Dieses flüchtige Hydrid wird von einem Schutzgasstrom in eine beheizte Meßküvette transportiert, in welcher sich das Hydrid zersetzt. Dadurch liegt das gesuchte Element in der Meßküvette ebenfalls in atomarer Form als Atomwolke vor, die von dem Meßstrahlenbündel durchsetzt wird.

Beispiele für solche Einrichtungen zur Hydridbildung sind in der DE-PS 26 27 255, der DE-OS 27 18 381, der DE-OS 27 35 oder der DE-OS 27 48 685 beschrieben.

Das Atomabsorptionsspektrometer enthält einen Probenraum, der von dem Meßstrahlenbündel durchsetzt wird und in welchen die jeweils benutzte Atomisierungsvorrichtung einsetzbar ist.

Es ist erforderlich oder jedenfalls wünschenswert, für verschiedene Elemente verschiedene Atomisierungsvorrichtungen zu verwenden, die jeweils an die Eigenschaften des gesuchten Elements angepaßt sind. Eine Vorrichtung zur Hydridbildung ist nur für solche Elemente geeignet, die flüchtige Hydride bilden oder bei denen, wie im Falle von Quecksilber, das Element selbst durch ein Reagenz aus der Probe ausgetrieben werden kann. Eine Graphitrohrküvette ist unter Umständen weniger geeignet für Proben, die einen hohen Anteil an

störenden Matrixbestandteilen haben. In anderen Fällen ist eine Flamme vorteilhaft. Bei den bekannten Atomabsorptionsspektrometern wird die jeweils benutzte Atomisierungsvorrichtung einzeln in den Probenraum des Atomabsorptionsspektrometers eingebaut. Der übergang von einer Art von Atomisierungsvorrichtung zur anderen ist dabei eine umständliche Prozedur. Die Atomisierungsvorrichtung muß eingebaut und justiert werden. Es müssen Anschlüsse für die Zufuhr von Strom, Kühlflüssigkeit und Schutzgas installiert werden. Die Umrüstungszeiten sind daher relativ hoch, wenn Proben mit verschiedenen Techniken untersucht werden müssen. Es können Installationsfehler gemacht werden. Die jeweils gerade nicht benötigten Vorrichtungen müssen geschützt aufbewahrt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Atomabsorptionsspektrometer zu schaffen, welches ohne aufwendige Umrüstung die Atomisierung der Probe nach verschiedenen Techniken gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(a) wenigstens zwei der vorgenannten Atomisierungsvorrichtungen, Hydrid-Meßküvette, Brenner oder Graphitrohrküvette, zu einer fest im Probenraum installierten Baugruppe vereinigt sind und

(b) das Meßstrahlenbündel wahlweise durch eine jeweils in Betrieb befindliche Atomisierungsvorrichtung hindurchleitbar ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch den Probenraum eines

Atomabsorptionsspektrometers, in welchem verschiedene Atomisierungsvorrichtungen hintereinander im Strahlengang des Meßstrahlenbündels fest installiert sind.

Fig. 2 ist eine zugehörige Ansicht in Richtung des Meßstrahlenbündels gesehen.

Fig. 3 zeigt einen Probenraum eines Atomabsorptionsspektrometers mit einer Baugruppe, die verschiedene Atomisierungstechniken zu realisieren gestattet.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt in Richtung des Meßstrahlenbündels gesehen.

Fig. 5 zeigt als Draufsicht den Probenraum eines

Atomabsorptionsspektrometers mit verschiedenen Atomisierungsvorrichtungen, die auf einem Schlitten fest installiert sind und wahlweise in den Strahlengang des Meßstrahlenbündels bewegt werden können.

Fig. 6 zeigt in Draufsicht den Probenraum eines

Atomabsorptionsspektrometers mit nebeneinander fest installierten Atomisierungsvorrichtungen, wobei das Meßstrahlenbündel über Spiegel wahlweise durch jeweils eine dieser Atomisierungsvorrichtungen geleitet wird.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 weist ein Atomabsorptionsspektrometer 10 einen Probenraum 12 auf, der von einem Meßstrahlenbündel 14 durchsetzt ist. In dem Probenraum 12 sind eine Graphitrohrküvette 16 mit einem Graphitrohr 18, der Flammenbereich 20 eines Brenners 22 und eine Hydrid-Meßküvette 24 hintereinander im Strahlengang des Meßstrahlenbündels 14 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Wahl der jeweiligen Atomisierungstechnik einfach dadurch, daß die betreffende Atomisierungsvorrichtung in Betrieb genommen wird, während das Meßstrahlenbündel 14 unbeeinflußt durch die anderen Atomisierungsvorrichtungen hindurchtreten kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist das Graphitrohr 26 einer im Strahlengang 14 des Meßstrahlenbündels angeordneten Graphitrohrküvette einerseits mit einer Probenöffnung 28 zum Einführen einer zu atomisierenden flüssigen oder festen Probe und andererseits mit einem Anschluß 30 verbunden, der über eine Schutzgasauslaßleitung 32 mit einer bei 34 schematisch angedeuteten Einrichtung verbunden ist, in welcher durch Zusatz von Reagenz zu einer Probe flüchtige Hydride eines gesuchten Probenbestandteils erzeugbar sind. Diese Einrichtung kann nach Art einer der vorgenannten Druckschriften, beispielsweise der DE-OS 27 48 685 ausgebildet sein. Dieser Teil des Graphitrohres 26 wird von einem Netzgerät 36 durch Hindurchleiten von elektrischem Strom in üblicher Weise beheizt. Auf diese Weise wird das Graphitrohr 26 gleichzeitig als Hydrid-Meßküvette benutzt, in welcher die flüchtigen Hydride zersetzt werden.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Graphitrohr 26 von einem Ende (rechts in Fig. 3) her über einen Teil seiner Länge einen in einer vertikalen Ebene verlaufenden durchgehenden Schlitz 38 auf. Ein Brenner 40 ist unterhalb dieses Schlitzes 38 angeordnet, so daß die Flamme 42 sich durch den Schlitz 38 hindurch in das längs durch das

Graphitrohr 26 verlaufende Meßstrahlenbündel 14 erstreckt. In das Brennstoff- Luft-Gemisch, welches dem Brenner 40 zugeführt wird, wird mittels eines Zerstäubers 44 Probenmaterial eingesprüht, Die öffnung 28 zum Einführen der Proben und der Anschluß 3O für die Hydride sind in dem nicht-geschlitzten Teil des Graphitrohres 26 vorgesehen. Der Heizstrom wird durch diesen nicht geschlitzten Teil des Graphitrohres 36 hindurchgeleitet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 5 und 6 sind wenigstens zwei verschiedene Atomisierungsvorrichtungen (in dem Beispiel drei Atomisierungsvorrichtungen) in Bezug auf ihre Durchstrahlungsrichtung nebeneinander in dem Probenraum 12 angeordnet. Es sind Mittel zum Hindurchleiten des Meßstrahlenbündels 14 durch jeweils eine der Atomisierungsvorrichtungen vorgesehen. Die Durchstrahlungsrichtungen der Atomisierungsvorrichtungen sind dabei parallel zu der Achse des Meßstrahlenbündels 14 bei seinem Eintritt in den Probenraum 12.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Atomisierungsvorrichtungen, nämlich ein Brenner 46, eine Hydrid-Meßküvette 48 und eine Graphitrohrküvette 50 nebeneinander auf einem quer zur Achse des Meßstrahlenbündels 14 verschiebbaren Schlitten angeordnet, so daß wahlweise jeweils eine der Atomisierungsvorrichtungen 46,48,50 in den Strahlengang des Meßstrahlenbündels 14 bewegbar ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist eine erste Atomisierungsvorrichtung, nämlich ein Brenner 54, im Strahlengang des direkt durch den Probenraum 12 hindurchtretenden Meßstrahlenbündels 14 angeordnet. In diesem Strahlengang sind vor und hinter der ersten Atomisierungsvorrichtung 54 Spiegel 56 bzw. 58 einschwenkbar, welche den Strahlengang um 90° in einer waagerechten Ebene umlenken. In dem vor der

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ersten Atomisierungsvorrichtung 54 umgelenkten Strahlengang 60 ist ein Spiegel 62 vorgesehen, welcher den umgelenkten Strahlengang 60 nochmals um 90° umlenkt, wie bei 64 dargestellt ist, und durch eine zweite Atomisierungsvorrichtung 66, nämlich eine Hydrid-Meßküvette leitet. Hinter der zweiten Atomisierungsvorrichtung 66 ist ein weiterer Spiegel 68 vorgesehen, welcher das durch die zweite Atomisierungsvorrichtung 66 hindurchtretende Meßstrahlenbündel 64 auf den hinter der ersten Atomisierungsvorrichtung 54 angeordneten Spiegel 58 und über diesen in die Richtung des nichtabgelenkten Strahlengangs 70 umlenkt.

Die vor und hinter der zweiten Atomisierungsvorrichtung 66 angeordneten Spiegel 62 und 68 sind aus dem umgelenkten Strahlengang 60 bzw. 64 herausschwenkbar. In dem umgelenkten, nach Herausschwenken des Spiegels 62 freigegebenen Strahlengang 60 ist ein weiterer Spiegel 7 2 angeordnet, welcher den umgelenkten Strahlengang 60 in der waagerechten Ebene ebenfalls um 90 umlenkt und durch eine dritte Atomisierungsvorrichtung 74, nämlich eine Graphitrohrküvette,leitet. Hinter der dritten Atomisierungsvorrichtung 74 ist ein weiterer Spiegel 76 vorgesehen, welcher das durch die dritte Atomisierungsvorrichtung 7 4 hindurchtretende Meßstrahlenbündel 78 an dem hinter der zweiten Atomisierungsvorrichtung 66 vorgesehenen, herausgeschwenkten Spiegel 68 vorbei auf den hinter der ersten Atomisierungsvorrichtung 54 angeordneten Spiegel 58 und über diesen ebenfalls in Richtung des nichtabgelenkten Strahlenganges 70 umlenkt.

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Claims

Patentansprüche

Atomabsorptionsspektrometer mit einem Probenraum, der von einem Meßstrahlenbündel durchsetzt ist und in dem eine Atomisierungsvorrichtung angeordnet ist, wobei als Atomisierungsvorrichtung wahlweise eine Meßküvette, in welcher durch chemische Reaktionen aus einer Probe gebildete Hydride eines gesuchten Probenbestandteils zersetzt werden, ein Brenner oder eine Graphitrohrküvette vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet/ daß

(a) wenigstens zwei der vorgenannten Atomisierungsvorrichtungen, Hydrid-Meßküvette, Brenner oder Graphitrohrküvette, zu einer fest im Probenraum (12) installierten Baugruppe vereinigt sind und

(b) das Meßstrahlenbündel (14) wahlweise durch eine jeweils in Betrieb befindliche Atomisierungsvorrichtung hindurchleitbar ist.
2. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß Graphitrohr (18), Flammenbereich (20) des Brenners (22) und Hydrid-Meßküvette (24) hintereinander im Strahlengang des Meßstrahlenbündels (14) angeordnet sind (Fig. 2).

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3. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (26) einer im Strahlengang des Meßstrahlenbündels (14) angeordneten Graphitrohrküvette einerseits eine Probenöffnung (28) zum Einführen einer, zu atomisierenden flüssigen oder festen Probe und andererseits einen Anschluß (30) aufweist, der mit einer Einrichtung (34) verbunden ist, in welcher durch Zusatz von Reagenz zu einer Probe flüchtige Hydride eines gesuchten Probenbestandteils erzeugbar sind, welche durch einen Schutzgasstrom über dessen Anschluß (30) in das Graphitrohr (26) eingeleitet werden, wodurch das Graphitrohr (26) gleichzeitig als Hydrid-Meßküvette dient.
4. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Graphitrohr (26) von einem Ende her über einen Teil seiner Länge einen in einer vertikalen Ebene verlaufenden, durchgehenden Schlitz (38) aufweist,

(b) der Brenner (40) unterhalb dieses Schlitzes (38) angeordnet ist, so daß die Flamme (42) sich durch den Schlitz (38) hindurch in das längs durch das Graphitrohr (26) verlaufende Meßstrahlenbündel (14) erstreckt,

(c) die öffnung (28) zum Einführen der Proben und der Anschluß (30) für die Hydride in dem nichtgeschlitzten Teil des Graphitrohres (26) vorgesehen sind und

(d) ein Heizstrom durch den nicht-geschlitzten Teil des Graphitrohres (26) hindurchleitbar ist (Fig. 3).

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5. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) wenigstens zwei verschiedene Atomisierungsvorrichtungen (46,48,50;54,66,74) in Bezug auf ihre Durchstrahlungsrichtung nebeneinander in dem Probenraum (12) angeordnet und

(b) Mittel (52;56,62,72,58,68,76) zum Hindurchleiten des

Meßstrahlenbündels durch jeweils eine der Atomisierungs-

I vorrichtungen vorgesehen sind.
6. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstrahlungsrichtungen der Atomisierungsvorrichtungen parallel zu der Achse des Meßstrahlenbiindels (14) bei seinem Eintritt in den Probenraum (12) sind.
7. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Atomisierungsvorrichtungen (46,48,50) auf einem quer zur Achse des Meßstrahlenbiindels (14) verschiebbaren Schlitten (52) angeordnet sind, so daß wahlweise jeweils eine in den Strahlengang des Meßstrahlenbündels bewegbar ist.
8. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) eine erste Atomisierungsvorrichtung (54) im Strahlengang des direkt durch den Probenraum (12) hindurch- I gehenden Meßstrahlenbündels (14) angeordnet ist,

(b) in diesen Strahlengang vor und hinter der ersten Atomisierungsvorrichtung (54) Spiegel (56,58) einschwenkbar sind, welche den Strahlengang umlenken,

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(c) in dem vor der ersten Atomisierungsvorrichtung (54) umgelenkten Strahlengang (60) ein Spiegel (62) vorgesehen ist, welcher den umgelenkten Strahlengang (60) durch eine zweite Atomisierungsvorrichtung (66) leitet, und

(d) hinter der zweiten Atomisierungsvorrichtung (66) ein weiterer Spiegel (68) vorgesehen ist, welcher das durch die zweite Atomisierungsvorrichtung (66) hindurchtretende Meßstrahlenbündel (64) auf den hinter der ersten Atomisierungsvorrichtung (54) angeordneten Spiegel (58) und über diesen in die Richtung des nicht-abgelenkten Strahlengangs (70) umlenkt.
9. Atomabsorptionsspektrometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

(e) die vor und hinter der zweiten Atomisierungsvorrichtung (66) angeordneten Spiegel (62,68) aus dem umgelenkten Strahlengang (60,64) herausschwenkbar sind,

(f) in dem umgelenkten, nach Herausschwenken des Spiegels (62) freigegebenen Strahlengang (60) ein weiterer Spiegel (72) angeordnet ist, welcher den umgelenkten Strahlengang (60) durch eine dritte Atomisierungsvorrichtung (7 4) leitet, und

(g) hinter der dritten Atomisierungsvorrichtung (74) ein weiterer Spiegel (76) vorgesehen ist, welcher das durch die dritte Atomisierungsvorrichtung (74) hindurchtretende Meßstrahlenbündel (78) an dem hinter der zweiten Atomisierungsvorrichtung (66)

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vorgesehenen herausgeschwenkten Spiegel (68) vorbei auf den hinter der ersten Atomisierungsvorrichtung (54) angeordneten Spiegel (58) und über diesen ebenfalls in die Richtung des nicht-abgelenkten Strahlengangs (70) umlenkt.

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