DE3722379A1 - Vorrichtung zur elektrothermischen atomisierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrother­ mischen Atomisierung von Analysenproben. Die Vorrichtung ist in der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) und -emissionsspektroskopie verwendbar.

In der Spurenanalytik werden als elektrothermische Atomi­ satoren meist als Graphitrohrofen bezeichnete Heizein­ richtungen eingesetzt. In den letzten Jahren fanden ver­ stärkt meist als Plattformen bezeichnete Probenträger Anwendung, die in die Graphitrohröfen eingebracht werden. Zum Erzielen einer möglichst isotherm ablaufenden Atomi­ sierung, die insbesondere für Realprobenanalysen wichtig ist, ist es notwendig, für eine Vorheizung der Gasatmos­ phäre im Innern des Graphitrohrofens zu sorgen, bevor die Verdampfung und Atomisierung des Analyten einsetzt.

Unter den verschiedenen vorgeschlagenen Atomisatorvorrich­ tungen, die isotherme Bedingungen gewährleisten sollen, wie T-Küvette (DE-OS 27 13 637), Doppelwandofen (US-P 44 07 582), Graphitsondentechnik (DE-OS 30 44 627, DE-OS 32 17 417) und Plattformtechnik, hat sich letztere aufgrund ihrer Einfach­ heit und der problemlosen Dosierung von Probenlösungen durchgesetzt.

Nach der DE-OS 29 24 123 ist es bekannt, in Standardgraphit­ rohre rechteckige Plattformen aus massivem Pyrographit, die in einer axialsymmetrisch zur Rohrachse eingearbeiteten Nut fixiert werden, einzusetzen.

Weiterhin ist es nach dem DE-GM 78 25 590 bekannt, einen Probenträger zu verwenden, dessen Außenfläche an der Küvetteninnenwand anliegt.

Um die Berührung der Plattform mit dem Graphitrohr mög­ lichst einzuschränken, ist es nach dem DD-WP 2 27 523 be­ kannt, die Plattform mit kleinen Auflagefüßchen zu versehen. Nachteilig ist bei diesen vorgeschlagenen Lösungen, daß die Probenträger konstruktionsbedingt vom Heizstrom durch­ flossen werden oder aber in direkter Berührung mit dem Graphitrohrofen stehen, so daß neben der thermischen Strahlung der Rohrwendung in nicht unerheblichem Maße die beheizte Plattform selbst noch zur Verdampfung und Atomisierung beiträgt. Die erwünschte verzögerte Atomisie­ rung kann somit nur in unbefriedigendem Maße realisiert werden.

Es ist auch eine Variante für Plattformmessungen bekannt, bei der die Plattform von vorn durch einen Schlitz in die Küvette eingeschoben wird. Der Schlitz befindet sich je­ doch genau in der heißen Zone des Ofens, so daß die Wärmelei­ tung auch hier nicht zu einer optimalen Verzögerung der Plattformaufheizung in bezug auf die Rohrwand führt. Zudem ist die Atomisatorkonfiguration aus Gründen des Platzbe­ darfes an eine rechteckige Küvettengeometrie gebunden, die fertigungstechnisch äußerst aufwendig ist.

Ziel der Erfindung ist es, eine zur elektrothermischen Atomisierung einsetzbare kostengünstige Vorrichtung zu entwickeln, die die analytische Anwendbarkeit der AAS - insbesondere auf Realprobenuntersuchungen, d. h. Proben mit höherem Matrixanteil - verbessert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in der Atomisie­ rungsphase mindestens annähernd isotherme Bedingungen zu gewährleisten, so daß auch bei höheren Matrixgehalten in der Analysenprobe keine Signaldepressionen auftreten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung zur elektrothermischen Atomisierung, die in einem Graphitrohr eine Plattform als Probenträger ent­ hält, die Plattform in zwei in axialer Richtung benach­ barte Funktionsbereiche geteilt ist, von denen der eine als Halte- und der andere als probentragender Teil dient. Der Halteteil ist im wesentlichen im Bereich eines der Rohrenden befestigt und der probentragende Teil ragt freitragend in das Rohrinnere hinein.

Eine vorteilhafte Lösung sieht für den Halteteil einen breiteren und den probentragenden Teil einen schmaleren Abschnitt einer T-Form vor. Der breitere Abschnitt ist in zwei in einer Ebene liegende Schlitze an einem Ende des Graphitrohres gut dichtend und bündig abschließend ein­ geschoben. Die Höhe der Schlitze ist so bemessen, daß eine Passung zwischen Probenträger und Graphitrohr besteht.

Damit wird eine Vermischung von innerem und äußerem Gasstrom ausgeschlossen. Die richtige Positionierung des Probenträgers wird durch die axiale Länge der Schlitze erreicht. Durch den bündigen Abschluß des Probenträgers mit dem Graphitrohr­ ende ist eine direkte Kühlung des Probenträgers über eine der an das Graphitrohr angelegten, gekühlten Elektroden möglich, wodurch eine nachweisbare zusätzliche Trägheit in der Aufheizung des Probenträgers bewirkt wird. Der dadurch vom probentragenden Teil zum Halteteil gerichtete Tempe­ raturgradient erhöht die durch freitragende Anordnung des probentragenden Teils bereits erzielte, gewünschte Verzöge­ rung der Atomisierung, so daß bei einer genauen Positionie­ rung der Probe im Graphitrohr die Atomisierung unter fast idealen isothermen Bedingungen erfolgt. Durch das berührungs­ lose Einbringen des probentragenden Teils in die heißeste Zone des Graphitrohres wird ein Stromdurchgang und ein damit verbundenes direktes Aufheizen vermieden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Lösung ist zur Führung und Befestigung des Halteteils im Bereich eines Rohrendes in dessen Inneren ein radialsymmetrischer Steg vorgesehen, der in einer Ebene liegende Nuten aufweist, durch die das Halteteil geschoben ist. Einer Verschiebung des Tempera­ turmaximums über die Länge des Graphitrohres kann entweder durch einen weiteren Steg im Bereich des anderen Rohrendes entgegengewirkt werden oder es erfolgt ein Ausgleich durch eine asymmetrisch angeordnete Probenpipettieröffnung. Die Plattform wird soweit in das Graphitrohr geschoben, daß sie sich mit dem probentragenden Teil völlig berührungsfrei in der heißesten Zone des Rohres und mit dem Halteteil in dem kühleren Rohrende befindet.

Bei dieser zweiten Lösung erfolgt die Verbesserung des Plattformeffektes ähnlich wie bei der ersten.

Eine reproduzierbare Positionierung der Plattform im Gra­ phitrohr erfolgt dadurch, daß der Halteteil mindestens mit einem gegen dem haltenden Steg wirkenden Anschlag ver­ sehen ist.

Diese Atomisatorkonfiguration ermöglicht die Verwendung der geometrisch einfachsten Probenträgervariante.

Der probentragende Teil, der eine Vertiefung zur Proben­ aufnahme aufweist, kann bei beiden Lösungen vorteilhafter­ weise nur über einen schmalen Steg mit dem Halteteil in Verbindung stehen.

Als Material für die Plattform eignen sich Pyrographit, Glaskohlenstoff, beschichteter Elektrographit oder hoch­ schmelzende Metalle, wie z. B. Ta oder W.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Atomisatorrohres mit T-förmiger Plattform,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Atomisator­ rohr mit drialem Steg zur Plattformhalte­ rung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Atomisator­ rohr gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist in ein Graphitrohr 1 ein als T-förmige Plattform ausgebildeter Probenträger 2 eingeschoben, der einen breite­ ren Halteteil 3 und einen schmaleren probentragenden Teil 4 aufweist. Dafür sind an einem Ende des Graphitrohres 1 zwei in einer Ebene liegende Schlitze 5 vorgesehen. Der Halteteil 3 ist in seinen Abmessungen so gestaltet, daß er die Schlitze 5 ausfüllt. Vorzugsweise wird dazu eine Passung vorgesehen, damit eine Vermischung von innerem und äußerem Schutzgasstrom ausgeschlossen wird. Der probentragen­ de Teil 4 ragt frei, ohne Kontakt mit dem Graphitrohr 1 besitzend, bis in dessen heißeste Zone hinein.

Über eine Pipettieröffnung 6 wird üblicherweise Probensub­ stanz eingebracht. Um ein Verlaufen der Probesubstanz zu verhindern, ist in dem probentragenden Teil 4 eine Vertiefung 7 vorgesehen. Die Länge der Schlitze 5 ermöglicht eine repro­ duzierbare Positionierung des Probenträgers 2 auch bei einer erforderlich gewordenen Auswechselung und gewährleistet einen bündigen Abschluß des Halteteils 3 mit dem Graphitrohr 1. Dadurch wird ein direkter Kontakt des Probenträgers 2 mit einer gekühlten Elektrode (nicht dargestellt) erreicht, was sich günstig auf die ausschließliche Aufheizung des Proben­ trägers 2 durch Wärmestrahlung auswirkt.

In einer zweiten Ausführungsform ist in Fig. 2 in ein Graphitrohr 8 ein Probenträger 9, der aus einem Halteteil 10 und einem probentragenden Teil 11 besteht und eine recht­ eckige Form besitzt, in Nuten 12 eines radialen Steges 13 eingeschoben. Ein als Fixierungshilfe dienender Anschlag 14 gewährleistet ein stets reproduzierbares Einschieben des Probenträgers 9 und einen bündigen Abschluß des Halteteils 11 mit dem Graphitrohr 8. Das Graphitrohr 8 besitzt eine Pipet­ tieröffnung 15 und der Probenträger 9 eine Vertiefung 16 zur Probenaufnahme.

Zwischen den probetragenden Teilen und den Halteteilen beider Lösungen können zur Verhinderung eines Wärmeüber­ trittes Nuten eingearbeitet sein, so daß nur noch ein schmaler Steg als Verbindung beider Funktionsbereiche ver­ bleibt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur elektrothermischen Atomisierung, die in einem Graphitrohr eine Plattform als Probenträger enthält, gekennzeichnet dadurch, daß die Plattform in zwei in axialer Richtung benach­ barte Funktionsbereiche geteilt ist, von denen der eine als Halteteil (3, 10) und der andere als proben­ tragender Teil (4, 11) dient, daß der Halteteil (3, 10) im wesentlichen im Be­ reich eines der Rohrenden befestigt ist und der pro­ bentragende Teil (4, 11) freitragend in das Rohrinnere hineinragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (3) einem breiteren und der pro­ bentragende Teil (4) einem schmaleren Abschnitt einer T-Form entspricht, und der breitere Abschnitt in zwei in einer Ebene liegende Schlitze (5) an einem Ende des Graphitrohres (1) gut dichtend und bündig abschließend eingeschoben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Führung und Befestigung des Halteteils (10) im Bereich eines Rohrendes in dessen Inneren ein radialsymmetrischer Steg (13) vorgesehen ist, der in einer Ebene liegende Nuten (12) aufweist, durch die das Halteteil (10) geschoben ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (10) mindestens mit einem gegen den Steg (13) wirkenden Anschlag (14) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ge­ kennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (3, 10) und der probentragende Teil (4, 11) aus Pyrogra­ phit, Glaskohlenstoff, beschichtetem Elektrographit oder hochschmelzenden Metallen, z. B. Ta, W besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der probentragende Teil (4, 11) eine Vertiefung (7, 16) zur Probenaufnahme aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Halteteil (3, 10) und der probentragende Teil (4, 11) nur über einen schmalen Steg verbunden sind.