DE3923983A1

DE3923983A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von elementen

Info

Publication number: DE3923983A1
Application number: DE19893923983
Authority: DE
Inventors: Hermann R Trabert; Cvetko Krajina
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-01-31
Anticipated expiration: 2009-07-21
Also published as: DE3923983C2; EP0436008A1; WO1991001487A1; JPH04503412A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Elementen mittels dem Atomabsorptionsverfahren, ICP oder anderen analytischen Methoden.

Bekannte Atomabsorptionsverfahren bestimmen die Elemente in kompliziert zusammengesetzten Materialien mittels Atomisierung der Proben in einer Flamme oder in elektrothermischen Atomisierern. Diese Methoden haben deutliche Nachteile. Ohne die vorherige Konzentration der direkt analysierten Elemente ist die Nachweisgrenze zu niedrig. Geringe Präzision der Meßergebnisse ergibt sich durch Matrix- und Inter ferenzeffekte anderer Elemente. Um die Nachweisgrenze zu erhöhen und die Genauigkeit der Messungen zu verbessern, wird ein neues erfindungsgemäßes Konzentrationsverfahren im Zusammenhang mit der Atomabsorptionsmethode, ICP und anderen analytischen Methoden (z.B. Röntgenanalysator) verwandt.

Das Atomabsorptionsverfahren ohne die chemische Probenvorbereitung ist aus der DE-32 23 334 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Proben gepreßt und in einem Graphitbehälter mit geschlossenen Öffnungen plaziert. Der Behälter wird in die Flamme eines Plasmabrenners gebracht, wobei die Probe bei hohen Temperaturen verbrannt wird. Bei diesem Ver fahrensschritt tritt eine teilweise fraktionierte Evaporisation der Elemente in der Gasphase auf.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Elemente oder deren Oxide, welche eine höhere Volatilität bei höheren Temperaturen als die Matrix besitzt, anwendbar.

Dies betrifft folgende Elemente: Al, Ag, As, B, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Ga, Ge, Hg, In, K, Li, Mg, Mn, Na, Nb, Os, P, Pb, Rb, Re, Ru, Se, Si, Sn, Sr, Ta, Te, Zn.

Der für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Induktionsofen, welcher aus dem Stand der Technik bekannt ist, wurde diesem Verfahren speziell angepaßt. Näheres kann der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen ent nommen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die drei Verfahrensschritte

- Verflüchtigung der Proben bei gleichzeitiger Oxidation,
- Auffangen der Oxide in einem Filter und
- Messung der Elementkonzentrationen durch Veraschung des Filters in einem Atomabsorptionsspektrophotometer oder der direkten Messung durch einen Röntgenspektrometer auf. Die Verfahrensschritte werden im einzelnen ebenfalls in den Ansprüchen und in der Figurenbeschreibung näher erläutert.

Weitere erfindungsgemäße Vorteile ergeben sich aus der Figurenbe schreibung, welche nur im beschreibenden und nicht im begrenzenden Sinn aufgefaßt werden soll.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Induktionsofen; und

Fig. 2 ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Induktionsofen, welcher in seinen Grundelementen an sich bekannt ist. Der Keramiktiegel 16 zur Aufnahme der zu untersuchenden Probe sitzt auf einem Sockel 18 innerhalb der Quarz röhre 12. Um den Keramiktiegel 16 herum befindet sich eine Erwärmungs vorrichtung 14, welche induktiv oder auf andere Weise wirken kann. Die Quarzröhre 12 wird nach oben durch den Metallzylinder 24 sowie nach unten durch die Bodenabdeckung 20 abgeschlossen, wobei die Dichtungen 34 zwischen der Quarzröhre 12 und dem Metallzylinder 24 bzw. der Boden abdeckung 20 einen dichten Abschluß gewährleisten. Über die Röhre 22, welche in der Bodenabdeckung 20 angeordnet ist, wird ein Trägergas in dem Innenraum des Induktionsofens 10 geleitet. Über die erfindungsgemäße Röhre 26, welche durch eine Öffnung im Metallzylinder 24 in den Innenraum des Induktionsofens 10 oberhalb des Keramiktiegels ragt, wird als Reaktionsgas Sauerstoff (O₂) eingeleitet.

Im oberen Abschnitt des Metallzylinders 24 ist ein erfindungsgemäßer Filter 30 angebracht, welcher mittels der Wechselvorrichtung 36 entnommen und erneuert werden kann. Der Filter 30 dient zum Auffangen der bei dem Verbrennungsvorgang entstehenden Oxide. Eine im Deckelbereich des Metall zylinders 24 angebrachte Ableitung 32 dient zur Ableitung des Trägergases sowie des Reaktionsgases.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Elementen mittels des Atomabsorptionsverfahren.

Erfindungsgemäß werden einige Gramm der zu untersuchenden Probe in einen Keramiktiegel 16 eingebracht. Man gibt 0,8-1,2 g Wolframpulver zu. Der Tiegel 16 wird auf den Sockel 18 gestellt und in das Innere der Quarz röhre 12 gebracht. Die Zuleitungen für das Trägergas und das Reaktionsgas werden zugeschaltet. Als nächster Schritt wird nach Einschalten des Induktionsofens die Probe bei 2100 Grad Kelvin geschmolzen. Die Elemente werden als Ergebnisse der Verbrennung in einem Reaktionsgasstrom (02) in Form flüchtiger Gasoxide mittels des Trägergases transportiert und sind folglicherweise kondensiert. In Form von festen Partikeln werden Sie vom aschefreien Papierfilter 30, einem keramischen oder anderen Filter auf gefangen. Nach Beendigung des Verbrennungsvorgangs wird der Filter 30 aus dem Metallzylinder 24 herausgenommen und steht zur Analyse ganz oder teilweise zur Verfügung.

Anschließend wird ein Aliquot des Filters oder der ganze Filter in den Graphittiegel eines Atomabsorptionsspektrophotometers eingebracht und bekannterweise analysiert bzw. auf dem RF-Spektrometer analysiert.

Optimale analytische Bedingungen und Ergebnisse werden beispielhaft für die Elemente As, Sn, Sb und Pb in den Tabellen 1 und 2 beschrieben.

Tabelle 1 zeigt das bestmögliche Verhältnis l/d (Fig. 1), d.h. das Verhältnis zwischen dem Filterabstand zur Verbrennungszone (l) und dem Quarzröhrendurchmesser (d), welcher den Verbrennungsraum begrenzt. Die in Tabelle 1 angeführten Ergebnisse wurden experimentell erarbeitet.

Tabelle 1

Experimentell ermittelte l/d-Verhältnisse

Während des Veraschungsprozesses im Graphitofen eines Atomabsorptions spektrophotometers wird die Filtermatrix des aliquoten Filterteiles verbrannt und vom Ofen weggeführt. Dadurch kann die unselektive Licht absorption in der Atomisierungsphase deutlich verringert oder sogar ganz ausgeschaltet werden.

Bei niedrigeren Veraschungstemperaturen erhöht sich die unselektive Licht absorption während der Atomisierungsphase. Bei zu hohen Temperaturen wird aufgrund von Evaporisation ein Elementverlust beobachtet.

Die experimentell erbrachten Daten betreffend die optimale Veraschungs temperatur in einem Graphitofen eines Atomabsorptionsspektrophotometers können der Tabelle 2 entnommen werden.

Tabelle 2

Experimentell ermittelte Veraschungstemperaturen

In Tabelle 3 werden die analytischen Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens mit denen des nach dem Stand der Technik am nächsten stehenden Verfahrens verglichen.

Tabelle 3

Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Verfahren des nächsten Standes der Technik

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung von Elementen mittels dem Atomabsorptions verfahren oder dem Röntgenfluoreszenzverfahren mit folgenden Schritten:

- Einbringen der Probe in einen Keramiktiegel unter Zugabe von Wolframpulver;
- Schmelzen der Probe in einem Induktionsofen bei 2 100°K; Auffangen der Elementoxide in einem Papierfilter oder Keramikfilter;
- Aufteilen des Papierfilters in aliquote Teile;
- Veraschung des Filters in einem Graphitofen eines Atomabsorptionsspektrophotometers;
- Analyse des keramischen Filters mit Röntgenfluoreszenzgerät; und
- Elementanalyse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oxidation der Elemente Sauerstoff in den Induktionsofen eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Transport der oxidierten Elemente zum Papierfilter oder keramischen Filter ein Trägergas in den Induktionsofen eingeleitet und verwandt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veraschungstemperatur im Graphitofen des Atomabsorptionsspektrophotometers bevorzugterweise 1100-1300°K beträgt.

5. Vorrichtung zur Bestimmung von Elementen mittels des Atomabsorptions verfahrens oder des Röntgenfluoreszenzverfahrens unter Verwendung eines Induktionsofens und eines Atomabsorptionsspektrophotometers, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsofen (10) eine Röhre (22), welche als Zuleitung für ein Trägergas dient sowie eine Röhre (26), welche als Zuleitung für das Reaktionsgas O₂ dient, aufweist und im oberen Teil des Induktions ofens (10) ein Metallzylinder (24) angeordnet ist, welcher eine Wechselvorrichtung (28) für den Papierfilter bzw. Keramikfilter (30) sowie eine Ableitung (32) für die Gase im Innenraum des Induktionsofens enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (30) aus aschefreiem Papier besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (30) aus Keramik besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Filterabstand zur Verbrennungszone (l) und dem Quarzröhrendurchmesser (d) bevorzugterweise zwischen 3,5 und 5 liegt.