DE3923983C2 - Vorrichtung zur Aufbereitung einer Probe für eine Vorrichtung zur Bestimmung von Elementen mittels Atomabsorptionsverfahren oder Röntgenfluoreszenzverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung einer Probe für eine Vorrich­ tung zur Bestimmung von Elementen mittels eines Atomabsorptionsverfahrens oder eines Röntgenfluoreszenzverfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus US 3 824 016 bekannt.

Bekannte Atomabsorptionsverfahren bestimmen die Elemente in kompliziert zusam­ mengesetzten 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 Interferenzeffekte anderer Elemente.

Ein Atomabsorptionsverfahren ohne chemische Probenvorbereitung ist aus der DE 32 23 334 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Proben gepreßt und in einem Graphitbehälter mit einer Öffnung plaziert. Der Behälter wird in die Flamme eines Plasmabrenners gebracht, wobei die Probe bei hohen Temperaturen verbrannt wird. Bei diesem Verfahrensschritt tritt eine teilweise fraktionierte Evaporisation der Elemente in der Gasphase auf.

Aus der eingangs genannten US 3,824,016 ist eine Vorrichtung zur Probenbereit­ stellung und -verdampfung sowie eine Analyseeinheit im Wege spekrometrischer Vermessung angegeben. Bei dieser Anordnung wird die zu untersuchende Probe im Wege thermischer Erhitzung verdampft, die Verdampfungsprodukte in einem Filter gesammelt und anschließend entsprechend spektrometrisch analysiert. Dabei erfolgt das Sammeln entfernt von der Stelle des Verdampfens, was zu Fehlern infolge des Transportweges führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die Aufbereitung von Proben mit Elemen­ ten 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 die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigte Induktionsofen ist für diese Vor­ richtung speziell angepaßt. Näheres kann der Figurenbeschreibung und den An­ sprüchen entnommen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird folgendermaßen betrieben:

• - Verflüchtigung der Proben bei gleichzeitiger Oxidation,
• - Auffangen der Oxide in einem Filter und
• - Messung der Elementkonzentrationen durch Veraschung des Filters in einem Atomabsorptionsspektrophotometer oder direkte Messung durch ein Röntgen­ spektrometer.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Induktionsofen; und

Fig. 2 ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Induktionsofen, welcher in seinen Grundele­ menten an sich bekannt ist.

Ein Keramiktiegel 16 zur Aufnahme der zu untersuchenden Probe sitzt auf einem Sockel 18 innerhalb einer Quarzröhre 12. Um den Keramiktiegel 16 herum befindet sich eine Erwärmungsvorrichtung 14, welche induktiv wirkt. 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 Me­ tallzylinder 24 bzw. der Bodenabdeckung 20 einen dichten Abschluß gewährleisten. Über die Röhre 22, welche in der Bodenabdeckung 20 angeordnet ist, wird ein Trä­ gergas in den Innenraum des Induktionsofens 10 geleitet. Über die 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 Filter 30 angebracht, welcher mit­ tels der Wechselvorrichtung 28 entnommen und erneuert werden kann. Der Filter 30 dient zum Auffangen der bei dem Verbrennungsvorgang entstehenden Oxide. Eine im Deckelbereich des Metallzylinders 24 angebrachte Ableitung 32 dient zur Ablei­ tung des Trägergases sowie des Reaktionsgases.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte zur Bestimmung von Elementen mittels des Atomabsorptionsverfahrens.

Es werden einige Gramm der zu untersuchenden Probe in den Keramiktiegel 16 ein­ gebracht. Man gibt 0,8-1,2 g Wolframpulver zu. Der Keramiktiegel 16 wird auf den Sockel 18 gestellt und in das Innere der Quarzröhre 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 (Sauerstoff) in Form flüchtiger Oxide mittels des Trägergases transportiert und sind folglicherweise kondensiert. In Form von festen Partikeln werden sie vom Filter 30, einem aschefreien Papierfilter, einem keramischen oder anderen Filter aufgefangen. Nach Beendigung des Verbrennungsvorgangs wird der Filter 30 aus dem Metallzy­ linder 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 analy­ siert bzw. auf dem RF-Spektrometer analysiert.

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

Tabelle 1 zeigt das bestmögliche Verhältnis 1/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 1/d-Verhältnisse

Während des Veraschungsprozesses im Graphitofen eines Atomabsorptionsspektro­ photometers wird die Filtermatrix des aliquoten Filterteiles verbrannt und vom Ofen weggeführt. Dadurch kann die unselektive Lichtabsorption in der Atomisierungspha­ se deutlich verringert oder sogar ganz ausgeschaltet werden.

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

Die experimentell erbrachten Daten betreffend die optimale Veraschungstemperatur in einem Graphitofen eines Atomabsorptionsspektrophotometers, sie können der Ta­ belle 2 entnommen werden.

Tabelle 2

Experimentell ermittelte Veraschungstemperaturen

In Tabelle 3 werden die analytischen Ergebnisse unter Verwendung der beschriebe­ nen Vorrichtung mit denen des nach dem Stand der Technik am nächsten stehenden Verfahrens verglichen.

Tabelle 3

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

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Aufbereitung einer Probe für eine Vorrichtung zur Bestimmung von Elementen dieser Probe mittels eines Atomabsorptionsverfahrens oder eines Röntgenfluoreszenzverfahrens mit einem rohrförmigen Ofen zur Zersetzung der Probe, einer Zuleitung für ein Trägergas zur Abführung der Zersetzungsprodukte, einem Filter zur Aufnahme der Zersetzungsprodukte der Probe, einer Ableitung für das Trägergas nach dem Filter, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ofen ein senkrechtstehender, eine Quarzröhre aufweisender Induktionsofen ist, eine Röhre als Zuleitung für Sauerstoff als Reaktionsgas vorgesehen ist, im oberen Teil des Induktionsofens ein Metallzylin­ der angeordnet ist, welcher eine Wechselvorrichtung für das als Papierfilter oder Ke­ ramikfilter ausgebildete Filter und die Ableitung für die jeweiligen Gase enthält, und daß das Verhältnis zwischen dem Abstand l des Filters zur Induktionszone und dem Durchmesser d der Quarzröhre zwischen 3,5 und 5 liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierfilter (30) aus aschefreiem Papier besteht.