DE3118876C2

DE3118876C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufschluß von organischen Feststoffproben

Info

Publication number: DE3118876C2
Application number: DE3118876A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.rer.nat. 6454 Bruchköbel Brüning; Jürgen 6457 Maintal Roth
Original assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 1981-05-13
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1986-08-07
Also published as: DE3118876A1; FR2506016A1; US4499191A; FR2506016B3; GB2098324A; GB2098324B; JPS57194352A; CH656716A5

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Aufschluß organischer Feststoffproben, die zu Pulver kleiner als 75 μm gemahlen, gepreßt und mit Hilfe eines Schabers je nach Feststoffproben art dosiert, in einem Feststoff-Saugbrenner verbrannt werden. Der Vorteil liegt in der einfachen Handhabung, der Zeitersparnis, der Verarbeitungsmöglichkeit von großen Probenmengen und der Erhaltung des Quarzglasbrenners bei der Verbrennung von Proben, die quarzglasangreifende Elemente enthalten.

Description

wird, daß dann mittels eines Schabers von der freien Oberfläche des gepreßten Pulvers kontinuierlich Feststoff abgetragen und kontinuierlich als feiner Staub über einen flexiblen Schlauch in das Zentralrohr des Brenners eingesaugt wird. Zur Herstellung des Pulvers wird zweckmäßigerweise eine handelsübliche Laboratoriumsmühle, wie beispielsweise Kugelmühle, verwendet. Das herzustellende Pulver soll vorteilhafterweise eine Teilchengröße kleiner als 60 μΐη besitzen. Vorzugsweise wird der Probenbehälter bei feststehendem Schaber kontinuierlich gedreht und zum Abtragen des Feststoffes eine Relativbewegung zwischen Schaber und gepreßten Pulver in axiaier Richtung des Probenbehälters aufrecht erhalten. Der Schaber wird während seiner Rotation kontinuierlich in Achsrichtung vorgeschoben. Die Unterstützung des Austrages des abgeschabten Staubes erfolgt vorteilhafterweise durch einen gerichteten Luftstrom. Feuchte Feststoffproben werden vor ihrer Pulvirisierung einer Gefriertrocknung Unterworten.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der den organischen Feststoff enthaltende Probenbehälter, in den ein mit einer Zentralbohrung versehener Stopfen mit engem Spalt zwischen Stopfen und Probenbehälterwand hineinragt, auf einer Drehvorrichtung angeordnet.

Vorteilhafterweise ist an der dem Boden des Probenbehälters zugekehrten Seite des Stopfens ein Schaber befestigt, die Zentralbohrung des Stopfens mit dem Zentralrohr des Brenners verbunden und der Stopfen an einem in Achsrichtung des Probenbehälters bew-.-jgbaren Haltevorrichtung befestigt. Der Stopfen weist erfindungsgemäß einen an seinem Umfang schräg verlaufenden Kanal auf, der vorteilhafterweise als Rille ausgebildet ist, an der Stopfenoberseite beginnt und auf der Stopfenunterseite auf der schabenden Seite des Schabers mündet. Des weiteren ist das Zentralrohr des Brenners als Kapillare ausgebildet, deren Mündung gegenüber der Brennermündung zurückversetzt ist.

Die Vorteile des neuen Verfahrens und der Vorrichtung liegen darin, daß sie ermöglichen, organische Feststoffe, die, wie oben beschrieben, mit heißem Quarzglas reagierende Elemente enthalten, ohne Beschädigung der Quarzglasteile, sowie Proben, die beim Verkoken erheblich aufblähen, wie z. B. Zucker, aufzuschließen. Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß die Probenmenge beliebig hoch gewählt werden kann, da bei kontinuierlicher Staubverbrennung lediglich mehr Zeit für eine große Menge aufgewendet werden muß, aber keine Grenzen durch apparative Abmessungen gegeben sind, was besonders für spurenanalytische Bestimmungen zutrifft. Des weiteren erfordert der Aufschluß einer Feststoffprobe wesentlich weniger Zeit, beispielsweise Durchsätze von 0,2 bis 0,5 g pro Minute für die Verbrennung von Tabak oder Getreidemehl. Die Bedienung der Vorrichtung ist vom manuellen Geschick des Bedienungspersonals weniger abhängig als bisher. Die gesamte Asche der verbrannten Probe gelangt in feinvertcilter Form direkt in die Analysenlösung. Sie muß nicht gesondert aus dem Verkokungsgefäß herausgelöst werden, so daß bei der Bestimmung von metallischen EIemcnien die carbonathaltige Asche in angesäuerter Vorlagclösung sofort aufgelöst werden kann und damit die Bestimmung von Spurenelementen in biologischen Feststoffproben wesentlich vereinfacht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt.

Dem Brenner 1 wird durch die Ringdüsen 2 und 4 Sauerstoff über die Anschlüsse 2' bzw. 4' zugeführt, Wasserstoff über den Anschluß 3' mit der Ringdüse 3 und staubhaltiges Fördergas durch die zurückgesetzte zentrische Düse 5. Der Brenner 1 ist über den flexiblen Schlauch 6 mit der Staub-Hersiellungs- und Dosierungsvorrichtung verbunden. Der Schlauch 6 mündet in eine am Halter 10 befestigte Quarzglas-Kapillare 15 mit einer am oberen Ende erweiterten Bohrung 14. Die Quarzglas-Kapillare 15 mündet im Zentrum des Stopfens 11. Die leicht angepreßte pulverförmige Probe 7 befindet sich in dem Probengefäß 8, das von dem um seine senkrechte Achse drehbar angebrachten Halter 9 aufgenommen wird. Mittels des in der Höhe verstellbaren Halters 10 kann der Stopfen 11, mit einem radialen Spiel zur Probengefäßwand von weniger als 0,2 mm, mit regelbarer, geringer vertikaler Geschwindigkeit in das drehbare Probengefäß 8 abgesenkt werden. Auf der Unterseite des Stopfens befindet sich der radial- oder schneckenförmig angeordnete Schaber 12. Der am oberen Rand des Stopfens am Umfang beginnende spiralförmige Kanal 13 endet im Zentrum des Stopfens. Die Rotation des Probengefäßes 8 und die Absenkung des Halters 10 erfolgen durch getrennt regelbare elektromotorische Antriebe, die im Gehäuse 16 angeordnet sind, um sicherzustellen, daß beide Parameter optimal den mechanischen Eigenschaften der Probe angepaßt werden können.

Im Betriebszustand wird mittels des sich langsam absenkenden Schabers 12 von der Oberfläche der rotierenden gepreßten Feststoffprobe 7 eine dünne Staubschicht gleichmäßig abgetragen und der Staub durch den in der Verbrennungsapparatur herrschenden Unterdruck und die durch den Kanal 13 bewirkte tangentiale Zuluftführung entstehende Luftströmung über die Quarzglaskapillare 15 und den Schlauch 6 zum Quarzglasbrenner 1 transportiert. Bedingt durch den engen Querschnitt der Kapillaren 15 erreichen die Staubteilchen eine relativ große Geschwindigkeit, wodurch jegliche Verstopfungsgefahr durch Anhäufen von Staubteilchen ausgeschlossen ist. Durch den wesentlich größeren Querschnitt des Zentralrohres 5 wird die Geschwindigkeit der Staubteilchen reduziert und nach dem Austritt aus dem Zentralrohr soweit herabgesetzt, daß die Teilchen mit Sauerstoff durchsetzt und infolge genügender Verweilzeit in der Flamme des Brenners restlos verascht werden. Je nach Probenmaterial läßt sich durch Änderung des vertikalen Vorschubs des Halters 10 die Staubzufuhr zum Brenner und damit die Verbrennungsgeschwindigkeit von Probenmaterial einstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufschluß von organischen Feststoffproben unter Verwendung eines aus Quarzglas bestehenden, mit Brenngas, insbesondere Wasserstoff, und Sauerstoff betriebenen Saugbrenners, der aus mehreren mit Ringspalt zueinander konzentrisch angeordneten Rohren besteht, in dessen Zentralrohr die zu verbrennende Substanz eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Feststoffprobe ein Pulver mit einer Teilchengröße kleiner als 75 μπι hergestellt wird, danach dieses Pulver in einen Probenbehälter eingebracht und darin gepreßt wird, daß dann mittels eines Schabers von is der freien Oberfläche des gepreßten Pulvers kontinuierlich Feststoff abgetragen rnd kontinuierlich als feiner Staub über einen flexiblen Schlauch in das Zentralrohr des Brennners eingesaugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter bei feststehendem Schaber kontinuierlich gedreht und zum Abtragen des Feststoffes eine Relativbewegung zwischen Schaber und gepreßten Pulver in axialer Richtung des Probenbehälters aufrecht erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaber kontinuierlich in Achsrichtung vorgeschoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrag des abgeschabten Staubes durch einen gerichteten Luftstrom unterstützt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffprobe vor ihrer Pulverisierung einer Gefriertrocknung unterworfen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus einem Saugbrenner, der aus mehreren mit Ringspalt zueinander konzentrisch angeordneten Rohren besteht, die Anschlüsse für ein Brenngas, wie Wasserstoff, und Sauerstoff aufweist und dessen Zentralrohr über eine Leitung mit einem Probenbehälter verbunden ist, der den organischen Feststoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter auf einer Drehvorrichtung angeordnet ist, in den Probenbehälter ein mit einer Zentralbohrung versehener Stopfen mit engem Spalt zwischen Stopfen und Probenbehälterwand hineinragt an dessen, dem Boden des Probenbehälters zugekehrten, Seite ein Schaber befestigt ist, daß die Zentralbohrung Quarzglaskapillare und über einen flexiblen Schlauch mit dem Zentralrohr des Brenners verbunden ist, und daß der Stopfen an einem in Achsrichtung des Probenbehälters bewegbaren Haltevorrichtung befestigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr als Kapillare ausgebildet ist, deren Mündung gegenüber der Brennermündung zurückversetzt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen an seinem Umfang einen schräg verlaufenden Kanal aufweist, der auf der Stopfenunterseite auf der schabenden Seite des Schabers mündet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal als an der Stopfenoberseite beginnende Rille ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufschluß von organischen Feststoffproben unter Verwendung eines au.^c Quarzglas bestehenden, mit Brenngas, insbesondere Wasserstoff, und Sauerstoff betriebenen Saugbrenners, der aus mehreren mit Ringspalt zueinander konzentrisch angeordneten Rohren besteht, in dessen Zentralrohr die zu verbrennende Substanz eingeleitet wird.

Es ist bekannt, zur Bestimmung des Schwefel-, Halogen- oder Borgehaltes in organischen Substanzen diese mittels einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme in einem geschlossenen, wassergekühlten Brennraum unter Verwendung eines Saugbrenners (US-PS 32 98 785) oxidativ zu zersetzen und die wäßrigen Verbrennungsprodukte für eine anschließende analytische Bestimmung quantitativ aufzufangen (Wickbold-Methode, Angewandte Chemie, 64, 1952, Nr. 5, Seite 133-135, Verlag Chemie). Um Feststoffe nach dieser Methode aufzuschließen, werden zur Zeit spezielle Feststoffbrenner aus Quarzglas mit einem der Flamme vorgeschalteten Vergasungsraum verwendet, worin die organische Feststoffprobe direkt oder in einem Schiffchen unter Zuführung von Stickstoff durch äußere Wärmeeinwirkung verkokt wird. Dem Stickstoffstrom, der die flüchtigen Verkokungsprodukte in die Flammen des Brenners fördert, wird nach Abschluß der Verkokung Sauerstoff zugemischt, io daß schließlich die Rückstände in einem reinen Sauerstoffstrom restlos oxidiert werden (Heraeus Quarzschmelze-Prospekt Q-E1/111.1,1976).

Dieses bekannte Verfahren ist für organische Substanzen geeignet, die keine das Quarzglas des Feststoffbrenners angreifenden Elemente, wie beispielsweise Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Bor und Phosphor enthalten. Um Beschädigungen am Quarzglas zu vermeiden, werden diese Substanzen, zusammen mit den erwähnten Elementen, wenn möglich, in Lösung gebracht und diese dann mit einem Flüssigkeits-Saugbrenner verbrannt. In diesem Fall kommen die das Quarzglas angreifenden Elemente nicht mit diesem in Kontakt, so daß somit keine Rekristallisation des Quarzglases möglich ist. Bei dem Aufschluß biologischer Feststoffproben, in denen die schädlichen bereits erwähnten Elemente vorkommen, tritt stets eine Schädigung des Vergasungsraumes des Feststoffbrenners durch Rekristallisation des Quarzglases oder durch Schmelzfluß ein, die häufig schon nach wenigen Aufschlüssen zur Zerstörung des Brenners führt.

Die äußere Wärmezufuhr zur Verkokung erfolgt üblicherweise durch einen von Hand geführten Gasbrenner, so daß die reproduzierbare Veraschung in starkem Maße vom Geschick des Bedienungspersonals abhängig ist. Die Probenmenge ist auf eine Einwaage von ca. 0,5 g bis ca. 2 g begrenzt. Durch Reaktion der Veraschungsprodukte mit dem heißen Quarzglas des Vergasungsraumes ist ein Substanzverlust nicht mit Sicherheit auszuschließen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zu verbrennende organische Feststoffprobe ohne Vorveraschung direkt in die Brenngas-Sauerstoff-Flamme eines Brenners einzuführen, um die Vorteile des Flüssigkeits-Saugbrenners auch auf die Verbrennung von Feststoffen zu übertragen.

Gelöst wird die Aufgabe für ein Verfahren zum Aufschluß von organischen Feststoffen der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäß dadurch, daß aus der Feststoffprobe ein Pulver mit einer Teilchengröße kleiner als 75 μηι hergestellt wird, danach dieses Pulver in einen Probenbehälter eingebracht und darin gepreßt