DE3404226A1

DE3404226A1 - Zelle zur roentgenanalyse von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3404226A1
Application number: DE19843404226
Authority: DE
Inventors: Patrick John Penfield N.Y. Meehan
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1983-02-07
Filing date: 1984-02-07
Publication date: 1984-08-09
Also published as: US4528657A; DE3404226C2

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf die Röntgenfluoreszenz-Spektrometrie und insbesondere auf eine Zelle, in welche eine flüssige Probe zur Untersuchung eingeleitet wird.

Die Röntgensekundäremissions- oder Fluoreszenz-Spektrometrie ist als eine vielseitige Instrumentaltechnik zur chemischen Analyse bekannt. Die Analysen sind rasch und bequem, insbesondere, wenn die Proben in ihrer ursprünglichen Form analysiert werden. Bei einer solchen Technik wird die Probe durch das primäre Röntgenstrahlenbündel bestrahlt und erregt Sekundäremissionen von Wellenlängen, die charakteristisch für die Elemente in der Probe und die Intensitäten hinsichtlich ihrer Konzentrationen sind.

Es ist in der Technik bekannt, daß flüssige Proben in eine Zelle eingebracht werden oder kontinuierlich durch eine Zelle strömen, je nach den Besonderheiten einer gegebenen Analyse.

°as Problem, das bei den bekannten Strömungszellen auftritt, ist, daß die Stirnplatte, durch welche eine Probe bestrahlt wird, entweder so dick ist, daß sie Energie absorbiert, oder so dünn, daß sie sich beim Druckabfall durch die Zelle biegt. Im letzteren Falle wird das Volumen der Zelle zeitweilig erhöht, was zu einer gestörten Röntgenzählung führt.

Das Vorhandensein einer dünnen fließenden Analytschicht ermöglicht die Vorteile der bekannten Bauformen, beispielsweise eine turbulente Strömung bzw. Wirbelströmung, welche die Trennung von Suspensionen verhindert und durch Strahlung induzierte Reaktionen der Probe durch die Begrenzung der Bestrahlungsdauer herabsetzt. Die dünne Analytschicht ergibt ferner ein verbessertes Röntgensignal zur Konzentrationslinearität durch Herabsetzung von Matrixabsorptions- und Verstärkungswirkungen.

Eine Zelle zur Röntgenanalyse einer flüssigen Probe besitzt

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starre metallische Gegen- und Stirnplatten in Anlage aneinander. Die Gegenplatte hat eine Innenfläche mit einem flachen Hohlraum für eine Probe. Die Stirnplatte hat eine ebene Innenfläche und eine Außenfläche, die mit einem flachen Hohlraum versehen ist, der eine dünne Metallschicht aufweist und eine Öffnung für Röntgenstrahlen bildet. Vorzugsweise wird die Stirnplatte aus Titan hergestellt, das gewühlt wird wegen seiner Eigenschaften der chemischen Korrosionsbeständigkeit gegen Emulsion, Transparenz für Röntgenstrahlen, Beständigkeit gegen Röntgenbestrahlungsschaden und körperliche Steifigkeit. Die Gegenplatte ist aus rostfreiem Stahl hergestellt. Einlaß- und Auslaßkanäle, die mit dem flachen Hohlraum in der Gegenplatte verbunden sind, sind so vorgesehen, daß die erfindungsgemäße Zelle mit einer kontinuierlich fließenden Prozeßprobe verwendet werden kann oder zur Einzelanalyse oder gesonderten Analyse von diskreten Proben.

Im Folgenden ist die Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten für die Anregung und Messung von Röntgende fluoreszenz-Spektren;

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Zelle im

Aufriß, wobei Teile weggebrochen und im Schnitt gezeigt sind, um Einzelheiten der Bauform erkennbar zu machen;
Q Fig. 3 und 4 eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht der Stirnplatte der Anordnung nach Fig. 2;

Fig. 5 und 6 eine Schnittansicht und eine Draufsicht der Unterseite der Gegenplatte für die Anordnung nach Fig. 2;
Fig. 7 eine Schnittansicht der Halteschale nach Fig. 2.

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Die für die Zwecke der Erläuterung gewählte und in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform besitzt als wesentliche Komponenten zur Anregung und Messung von Röntgenfluoreszenzspektren in der Hauptsache eine Röntgenröhre 10, die auf eine Probenzelle 12 gerichtet ist, einen primären Kollimator 14, einen Analysatorkristall 16, einen sekundären Kollimator 18 und einen Detektor 20. Die Probenzelle ist mit einem Einlaßkanal 11 und mit einem Auslaßkanal 13 versehen, die mit einer kontinuierlich fliessenden Prozeßprobe wie in einer Prozeßstromanalyse verbunden werden können. Diese Kanäle können jedoch auch dazu verwendet werden, gesonderte Proben in die Zelle zur individuellen und gesonderten Analyse einzuleiten.

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Im Betrieb bestrahlt das primäre Röntgenstrahlenbündel 10a die Probe in der Zelle 12, wodurch Sekundäremissionen 10b von Wellenlängen, die charakteristisch für die Elemente in der Probe sind, und von Intensitäten in Abhängigkeit von ihrer Konzentration angeregt werden. Das Spektrometer (der primäre Kollimator 14, der Analysatorkristall 16, der sekundäre Kollimator 18 und der Detektor 20) mißt die Wellenlängen und Intensitäten der durch die Proben emittierten Spektrallinien 10b.

Wie sich aus Fig. 2 bis 7 ergibt, besteht die Probenzelle 12 gewöhnlich aus einer Stirnplatte 22, einer Gegenplatte 30, einer Halteschale 40 und einer Basis 50, die als ein Verbinder zwischen der Probenzufuhr und der Gegenplatte dient. Die beiden Hauptteile der Zelle sind die Stirnplatte 22 und die Gegenplatte 30, die sich mit ihren Innenflächen in Anlage aneinander befinden, d.h. die Innenflächen 35 der Gegenplatte und die ebene Innenfläche 27 der Stirnplatte. Beide Platten sind von zylindrischer Form und aus Metall hergestellt. Schrauben 29, welche durch Bohrungen 28 geführt und in Gewindebohrungen 28' in der Gegenplatte 30 einge-

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schraubt sind, halten die Platten zusammen in Anlage aneinander und Abdichtung. Die Außenfläche 23 der Stirnplatte 22 ist mit einem kreisförmigen mittigen Hohlraum 24 versehen, der von einer schrägen Seitenwand 25 und einer dünnen Bodenwand 26 begrenzt wird. Der Hohlraum 24 ist eine öffnung für von der Röhre 10 emittierte Röntgenstrahlen. In der Innenfläche 35 der Gegenplatte 30 ist ein flacher Hohlraum 36 für die Probe geformt, welche durch den Eintrittskanal 11 eintritt und durch den Kanal 34 im Schenkel 32 der Gegenplatte fließt. Der Hohlraum 36, der Eintrittskanal 11, der Kanal 34 und der Austrittskanal 13 stehen also miteinander in Verbindung, und im kontinuierlichen Betrieb würde die Fluidprobe in den Kanal 11 eintreten und aus dem Kanal 13 austreten.

Eine Halteschale 40 weist eine abgestufte Ausnehmung 41 auf zur Aufnahme der aneinanderliegenden Platten 22 und 30, wobei die Schulter 37 der Gegenplatte 30 auf der Schulter 45 der Ausnehmung 41 ruht. Die Schale 40 besitzt einen Einbaubolzen 42, der an ihrer Basis 43 angeschweißt ist, zum Einbau der zusammengebauten Zelle in ein Röntgenanalysiergerät. Die Verbinderbasis 50 wird von den Schenkeln 32 gehalten und abgedichtet mit Hilfe von Bolzen 56, die in die Schenkel eingeschraubt sind, wobei Unterlegscheiben 54 und Dichtungen 52 eine Abdichtung zwischen den Schenkeln 32 und der Basis 50 bilden. Ein hohler Bolzen 58 ist durch die Basis 50 in die Kanäle 11 und 13 eingeschraubt, die zu den Kanälen 34 in den Schenkeln 32 der Gegenplatte 30 führen. Eine Probe wird von ihrer Quelle der Zelle über den hohlen Bolzen 58 zugeführt.

Bei einer brauchbaren Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Probenzelle 12 wurde eine Gegenplatte aus rostfreiem Stahl vom Typ 316 und eine Stirnplatte 22 aus Titan verwendet.

Die Stirnplatte und die Gegenplatte hatten einen Durchmesser

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von etwa 5,08 cm (etwa 2") und eine Dicke von etwa 0,254 cm (etwa 0,100"). Die Tiefe des Hohlraums 36 in der Gegenplatte betrug etwa 0,51 cm (etwa 0,020"). Die mittig angeordnete öffnung 24 in der Stirnplatte hatte einen Durchmesser von etwa 1,27 cm (etwa 0,500") und war bis zu einer Tiefe ausgefräst, so daß sie eine Dicke von etwa 0,018 cm (etwa 0,007") hatte.

Im Betrieb wird die Dicke der Analytschicht durch die Tiefe des Hohlraumes 36 bestimmt und muß für ein angemessenes Röntgenstrahlsignal ausreichend sein. Um jedoch sicherzustellen, daß eine gleichmäßige Probenströmung von den Röntgenstrahlen gesehen wird , ist die öffnung 24 in der Stirnplatte 22 vorgesehen. Die Stirnplatte muß an der öffnung so dünn wie möglich sein, damit eine maximale Röntgenstrahlenergie hindurchtreten und reflektiert werden kann, jedoch ausreichend starr, um einer Verformung durch Druckabfall in der Zelle zu widerstehen. Wenn die Platte nicht ausreichend dick ist, um ein Biegen zu vermeiden, ergeben sich zeitweilige Veränderungen im Volumen des Zellenhohlraumes, die die Linearität in der Beziehung zwischen der Röntgenstrahlzählung und der Konzentration des analysierten Stoffes stören.

Die in Fig. 2 gezeigte Zelle ermöglicht einen Ausgleich zwischen diesen Effekten und ergibt eine solche Linearität. Die öffnung 24 wird aus der Oberfläche der Stirnplatte so herausgefräst, daß Dünnheit und geringster Widerstand gegen den Durchtritt von Röntgenstrahlen erhalten wird. Biegen wird vermieden, wenn ein dickerer Rand gelassen wird, der mit dem dünnen Abschnitt 26 der öffnung durch eine schräge Länge 25 verbunden ist, und natürlich dadurch/ daß Titan als das Material für die Stirnplatte gewählt wird.

Ende der Beschreibung.

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Claims

Patentansprüche

( 1 .")Zelle zur Röntgenanalyse einer flüssigen Probe mit einer unelastischen metallischen Gegenplatte (30) und einer Stirnplatte (22) in gegenseitiger Anlage, wobei die Gegenplatte (30) eine Innenfläche (35) aufweist, die mit einem flachen Hohlraum (36) für eine Probe versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatte (22) eine ebene Innenfläche (27) und eine Außenfläche (23) aufweist, die mit einem Hohlraum (24) versehen ist, der eine dünne Metallschicht aufweist und eine Öffnung für Röntgenstrahlen bildet.
2. Zelle nach Anspruch 1 mit Einlaß- und Auslaßkanälen (34) in Verbindung mit dem erwähnten flachen Hohlraum (36).
3. Zelle nach Anspruch 1, bei welcher die Stirnplatte (22) im wesentlichen aus Titan besteht und die Gegenplatte (30) aus rostfreiem Stahl.

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