DE3333724C2

DE3333724C2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung der Heizung eines Ofens bei der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie

Info

Publication number: DE3333724C2
Application number: DE19833333724
Authority: DE
Inventors: Fritz Gerhard 7772 Uhldingen Hollergschwandner; Klaus Peter 7772 Uhldingen Rogasch; Hans Gunther Gerhard Dipl.-Ing. 7776 Owingen Siess
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer & Co 7770 Ueberlingen GmbH; Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1983-09-17
Filing date: 1983-09-17
Publication date: 1986-12-04
Also published as: DE3333724A1

Abstract

Ein Graphitrohr wird mit maximaler Heizleistung aufgeheizt. Wenn das Zeitintegral des Produkts aus dem durch das Graphitrohr fließenden Strom und der am Graphitrohr abfallenden Spannung einen vorgegebenen Sollwert erreicht, wird die Heizung abgeschaltet bzw. induziert. Das Integral ist ein gutes Maß für die Abschalttemperatur.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Heizung eines Ofens (z. B. einer Graphitrohrküvette) zur Atomisierung einer Probe bei der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie, enthaltend

(a) eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des Ofens mit einer Heizleistung, die höher ist als die zur stationären Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur erforderliche Heizleistung, und

(b) eine Überwachungseinrichtung, die auf den Aufheizzustand des Ofen.· anspricht und durch welche die Heizeinrichtung abschaltbar ist, wenn ein vorgegehener Aufhe'i77iistand erreicht ist.

Bei der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie wird eine Probe in einen elektrisch beheizbaren Ofen eingebracht. Dieser Ofen kann ein Graphitrohr sein, das zwischen zwei ringförmigen Elektroden eingespannt und im Abstand von einem Schutzmantel umgeben ist. Man bezeichnet das als "Graphitrohrküvette" (DE-AS 27 18 416). Das Graphitrohr wird aufgeheizt, indem elektrischer Strom über die Elektroden dort hindurchgeleitet wird. Dabei wird die Probe atomisiert und bildet in dem Graphitrohr eine "Atomwolke", in welcher die Probe im atomaren Zustand vorliegt. Das Meßlichtbündel eines Spektrometer wird in Längsrichtung durch das Graphitrohr geleitet. Als Lichtquelle für das Meßlichtbündel wirde eine Lampe benutzt, welche die Resonanzlinien eines gesuchten Elements emittiert. Dieses Meßlichtbündel wird daher auch selektiv von den in der Probe enthaltenen Atomen des gesuchten Elements absorbiert Die Schwächung des Meßlichtbündels liefert dann ein Maß für die Menge des gesuchten Elements in der Probe. Die Atomwolke zerstreut sich dann sehr schnell durch Diffusion und infolge eines um und durch das Graphitrohr fließenden Schutzgasstromes.

Statt eines Graphitrohres können auch andere Formen von öfen vorgesehen werden.

Um ein starkes Signal zu erhalten, ist es daher wünschenswert, das Graphitrohr sehr schnell auf die gewünschte Atomisierungstemperatur aufzuheizen. Diese Atomisierungstemperatur und der Aufheizvorgang sollten gut reproduzierbar sein, so daß mit einer Eichprobe quantitative Messungen möglich sind.

Es ist bekannt, ein Graphitrohr mit einer maximalen Heizleistung aufzuheizen, die höher ist als die zur stationären Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur erforderliche Heizleistung. Damit wird erreicht, daß das Graphitrohr möglichst schnell und im wesentlichen linear mit der Zeit auf die gewünschte Temperatur aufge-

heizt wird. Eine Überwachungsvorrichtung spricht auf den Aufheizzustand des Graphitrohrs an und schaltet den durch das Graphitrohr fließenden Strom ab, bzw. schaltet auf die stationäre Spannungsregelung um, wenn die vorgewählte Temperatur erreicht ist.

Als Überwachungsvorrichtung sind pyrometrische Sensoren bekannt (Lundgren u. a. 'Temperature Controlled Heating of the Graphite Tube Atomizer in Flameless Atomic Absorption Spectrometry" in "Analytical Chemistry" Bd. 46 (1974), 1028-1031 oder DE-AS 27 05 308). Solche pyrometrischen Sensoren sind sehr aufwendig. Die Temperaturmeßwerte hängen vom Emissionsvermögen des Graphitrohres ab.

Es ist daher bekannt (DE-AS 27 10 669), das Graphitrohr zunächst auf eine Temperatur zu bringen, bei weleher mittels einer zusätzlichen Temperaturmeßeinrichtung, z. B. eines Thermoelements, ein vom Emissionsvermögen des Graphitrohres unabhängiger Temperaturmeßwert gewonnen werden kann. Der Verstärkungsgrad eines Verstärkers im Kanal eines pyrometrisehen Sensors wird so eingestellt, daß diese Temperatur von dem pyrometrischen Sensor richtig angezeigt wird. Es kann dann mit dem pyrometrischen Sensor über einen Temperaturbereich gemessen werden, der den Meßbereich der zusätzlichen Temperaturmeßeinrichtung weit überschreitet. Auch eine solche Anordnung ist außerordentlich aufwendig.

Eine ähnliche Anordnung zeigt die DE-AS 29 03 328.
Es ist weiterhin bekannt, die Abschaltung der maximalen Heizleistung nach vorgegebenen Zeiten vorzunehmen, die von der jeweils gewünschten Endtemperatnr abhängen. Dabei wird jedoch die Abschalttemperatur sehr stark durch die Netzspannung, den Netzinnenwiderstand und den Widerstand des jeweiligen Graphitrohres beeinflußt.

In einem Aufsatz von Montaser und Crouch "New Methods for Programmed Heating of Electrically Heated Nonflame Atomic Vapor Cells" in "Analytical Chemistry, Band 47 (1975), 38-45, insbesondere Fig. 3. ist

cine Anordnung zum programmierten Aufheizen von Graphitrohrküvctten dargestellt und beschrieben, bei welcher das Produkt aus dem durch die Graphitrohrküvette fließenden Strom und der an der Graphitrohrküvette abfallenden Spannung auf einem vorgegebenen Werte gehalten wird. Es handelt sich dabei um die Vorgabe von stationären Zuständen. Es handelt sich nicht um das Problem der Aufheizung des Graphitrohres mit einer Heizleistung, die über derjenigen liegt, welche zur stationären Aufrechterhaltung einer Solltemperatur erforderlich ist.

Die DE-OS 22 45 616 beschreibt ein Verfahren zum Atomisieren von Proben für die flammenlose Atomabsorptionsspektroskopie, bei welchem die Aufheizung eines Graphitrohres mittels eines kurzzeitigen hohen Stromstoßes erfolgt Dabei wird die zum Aufheizen des Heizwiderstandes und der Probe auf Atomisierungstemperatur erforderliche elektrische Leistung durch Aufladen eines Kondensators gespeichert Nach dem Stromstoß wird ein zur Aufrechterhaltung der Atomisierungstemperatur ausreichender Heizstrom durch den Heizwiderstand geleitet.

Die DE-OS 28 07 622 beschreibt eine Vorrichtung zum Herleiten eines Rückführungs-Regelsignals bei der elektrischen Beheizung eines Graphitofens. Zu diesem Zweck werden der durch den Graphitofen fließende Strom und die an dem Graphitofen abfallende Spannung linearkombiniert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art mit möglichst einfachen, rein elektrischen Mitteln eine gewünschte Abschalttemperatur genau einzuhalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(c) die Überwachungseinrichtung als Maß für den Aufheizzustand auf das Zeitintegral des Produkts aus dem durch den Ofen fließenden Strom und der am Ofen abfallenden Spannung anspricht.

Es hat sich gezeigt, daß die so erhaltene, dem Graphitrohr zugeführte Arbeit unabhängig von Netzspannung und Widerstand des Graphitrohrs (oder sonstigen Ofens) in enger Beziehung zu der Temperatur des Ofens steht.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zeigt.

Ein Ofen zur Atomisierung einer Probe bei der flammenlosen Atomabsorptions-Spektroskopie, z. B. eine Graphitrohrküvette nach Art der DE-AS 27 18 416, wird von einer Heizeinrichtung 10 durch Hindurchleiten von elektrischem Strom aufgeheizt. Eine in das Graphitrohr eingebrachte Probe wird dabei wie beschrieben atomisiert. Die Aufheizung erfolgt mit maximaler Heizleistung. Es ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die auf den Aufheizzustand des Ofens anspricht und durch welche die Heizeinrichtung 10 abschaltbar ist, wenn ein vorgegebener Aufheizzustand erreicht ist. Die

stellt ist, spricht als Maß für den Aufheizzustand auf das Zeitintegral

ein Signal aufgeschaltet ist, das der an dem Ofen abfallenden Spannung Uproportional ist Die Sample-Hold-Schaltung 12 erzeugt aus der den Ofen speisenden Wechselspannung ein Gleichstromsignal, das dem Spitzenwert dieser Wechselspannung analog ist Auf eine zweite gleichrichtende Sample-Hold-Schaltung 14 ist ein Signal aufgeschaltet, das dem durch den Ofen fließenden Strom proportional ist Die Sample-Hold-Schaltung 14 erzeugt aus dem Wechselstrom ein Gleich-Stromsignal, das dem Spitzenwert dieses Wechselstroms analog ist Die gespeicherten Ausgangssignale der Sa mple-Hold-Schaltungen 12 und 14 sind auf einen Multiplizierer 16 aufgeschaltet Der Multiplizierer 16 liefert ein Signal proportional zu I χ U. Dieses Ausgangssignal des Multiplizierens 16 beaufschlagt einen Integrator 18. An einem Komparator 20 liegt einerseits das Ausgangssignal des Integrators 18 und andererseits ein digital einstellbares Sollwertsignal von einem Sollwertgeber 22 an. Der Komparator 20 liefert ein Abschaltsignal für die Heizeinrichtung 10, wenn das Ausgangssignal des Integrators 18 einem Sollwertsignal entspricht

Der Integrator 18 wird durch einen Relaiskontakt 24 normalerweise im zurückgesetzten Zustand gehalten. Wenn die Heizung eingeschaltet wird, erscheint gleichzeitig ein Steuersignal an einem Eingang 26. Über einen Transistor 28 wird ein Relais 30 erregt Der als Ruhekontakt ausgebildete Relaiskontakt 24 öffnet, und der Integrator beginnt zu integrieren. Das wird fortgesetzt, bis das Ausgangssignal des Integrators 18 den am SoIlwertgeber 22 vorgegebenen Sollwert erreicht und der Komparator 20 die Heizung wieder abschaltet

Der Aufbau der einzelnen Baugruppen der Schaltungsanordnung ist konventionell und daher hier nicht im einzelnen beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

des Produkts aus dem durch den Ofen fließenden Strom / und der am Ofen abfallenden Spannung Uan.

Die Überwachungseinrichtung enthält eine erste gleichrichtende Sample-Hold-Schaltung 12, auf welche

Claims

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Heizung eines Ofens (z.B. einer Graphitrohrküvette) zur Atomisierung einer Probe bei der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie, enthaltend

(a) eine Heizeinrichtung (10) zum Aufheizen des Ofens mit einer Heizleistung, die höher ist als die zur stationären Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur erforderliche Heizleistung, und

(b) eine Überwachungseinrichtung, die auf den Aufheizzustand des Ofens anspricht und durch weiche die Heizeinrichtung (10) abschaltbar ist, wenn ein vorgegebener Aufheizzustand erreicht ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

(c) die Überwachungseinrichtung als Maß für den Aufheizzustand auf das Zeitintegral des Produkts aus dem durch den Ofen fließenden Strom und der am Ofen abfallenden Spannung anspricht

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung

(a) eine erste gleichrichtende Sample-Hold-Schaltung (12), enthält, auf welche ein Signal aufgeschaltet ist, das der an dem Ofen abfallenden Spannung (U) proportional ist, sowie

(b) eine zweite gleichrichtende Sample-Hold-Schaltung (14), auf welches ein Signal aufgeschaltet ist, das dem durch den Ofen fließenden Strom (I) proportional ist,

(c) einen Multiplizierer (16), auf den die gespeicherten Ausgangssignale der Sample-Hold-Schaltungen (12,14) aufgeschaltet sind,

(d) einen Integrator (18), der von dem Ausgangssigna) des Multiplizierers (16) beaufschlagt ist, und

(e) einen Komparator (2U), an welchem einerseits das Ausgangssignal des Integrators (18) und andererseits ein einstellbares Sollwertsignal anliegt und welcher ein Abschaltsignal für die Heizeinrichtung (10) liefert, wenn das Ausgangssignal des Integrators (18) dem Sollwertsignal entspricht.