DE8318182U1 - Zerstaeubereinrichtung fuer die erzeugung von gasgetragenen partikeln - Google Patents

Description

Beschreibung;

Die Neuerung betrifft eine Zerstaubereinrichtung für die Erzeugung von gasgetragenen Partikeln in homogener Verteilung und kleiner Konzentration aus einer Probe zur Verwendung in einem atomspektroskopisehen Gerät, die eine druckbetriebene Düse aufweist, die in einem Gehäuse angeordnet ist und die die Probensubstanz zu einem Grob-Aerosolstrahl zerstäubt.

Bei der Atomspektroskopie bzw. der ICP-Emissionsspektroskopie werden Probensubstanzen verlangt, die möglichst in feinverteilter Form vorliegen, um im Spektroskopiegerät mit ausreichender Genauigkeit analysiert werden zu können. Meistens müssen die als Flüssigkeiten anfallenden Probensubstanzen aus biologischmedizinischen Tests oder Umweltprobennahmen mit Spurenelementen kleinster Konzentration erst in einem gasförmigen Trägermedium homogen verteilt werden, bevor sie in den Analysierbereich des Spektroskopiegerätes eingeführt werden. Feste Proben werden in Säuren gelöst.

Für die Erzeugung aerosolgetragener Partikeln sind einerseits pneumatische Zerstäuber (Düsen) vom Cros.«^Flow~Typ und Ultraschallzerstäuber bekannt. Die pneumatischen Zerstäuber allein weisen jedoch einen außerordentlich schlechten Wirkungsgrad (~1O X) durch die Erzeugung relativ großer Tröpfchen auf. Andererseits gelingt es zwar mittels Ultraschallzerstäubern den Wirkungsgrad der Zerstäubung von

Flüssigkeiten zu erhöhen, sie sind aber in der Praxis wegen großer Memory-Effekte und einem instabilen Verhalten (starke Ausbeuteveränderungen) kaum einsetzbar, obwohl sie theoretisch eine Empfindlichkeitssteigerung um etwa einen Faktor 5 aufgrund der kleineren Tröpfchengrößenerzeugung bringen sollten.

Die der Neuerung gestellte Aufgabe besteht darin, eine Zerstäubereinrichtung der e.g. Art/zu verbessern, daß eine Erhöhung der Aerosolausbeute und eine Erzielung kleiner Tröpfchengrößen mit einer damit verbundenen Steigerung der Empfindlichkeit von atomspektroskopischen Geräten erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterführungen der Neuerung wieder.

Der besondere Vorteil der neuerungsgemäßen Zerstäubungseinrichtung ist darin zu sehen, daß durch die Kombination eines pneumatischen Zerstäubers mit einem Ultraschallzerstäuber in einer speziellen Quarzkammer aus dem vom pneumatischen Zerstäuber vorgefertigten Aerosol ein sehr feines Aerosol ausgebildet werden kann. Das vorgefertigte Grob-Aerosol bedeckt hierbei flächenhaft den Ultraschallzerstäuber, wodurch dessen Instabilitäten durch große Tröpfchen entfallen und

κ Fein-Aerosol homogen produziert wird. Die Empfind-

lichkeit des atomspektroskopischen Gerätes wird durch den in das Gerät integrierbaren Aerosoler-

j§ zeuger insgesamt noch verbessert, was in einer

i; Lang- und Kurzzeitstabi.i ität von - 1,5 % 8 h gegen-

ΐϊ, über bisher bis zu - 30 X/dlh zum Ausdruck kommt.

Die Neuerung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Fig. 1 und 2 näher erläutert, wobei die Fig. 1 einen Schnitt durch ein Zerstäubersystem und die Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Vorbereitung der Probensubstanz vor dem Einlaß in das System darstellt.

Die Zerstäubereinrichtung 1 besteht in einfachster Weise aus einem kreiszylindrischen Rohr 2 aus Quarzglas, welches den Zerstäubungs- bzw. Aerosolraum seitlich begrenzt. Seine eine Stirnseite 4 ist mit der Halterung 5 für den pneumatischen Zerstäuber verschlossen, der die Form einer Düse 7 aufweist, durch das eine Mischung aus Probensubstanz mit Träger- »edium (Gas) oder die Probensubstanz alleine in dem Aerosolraum 3 hineintritt. Der somit erzeugte Grob-Aerosolstrahl 8 weist einen Öffnungswinkel zur Symmetrieachse 9 auf, der derart bemessen ist, daß er einen möglichst großen Bereich der der Halterung 5 gegenüberliegenden Stirnseite IO homogen mit Grob-Aerosolteilchen belegt.

Die Stirnseite 10 des Rohres 2 wird von der Oberfläche eines Ultraschallsenders 11 gebildet, der aus den Grob-Aerosolteilchen elftem Nebel 12 von Feinst-Aerosolteilchen der Probensubstanz erzeugt. Teile dieses Aerosol-Nebels 12 können über einen seitlich am Rohr 2 angeordneten Abflußkanal 13 zwecks Verwendung in einem Spektroskopiegerät (Verbraucher) abgesaugt oder abgeblasen werden. Zur Abführung überschüssiger Aerosole, Gase oder Gemische aus dem Aerosolraum bzw. zur Druckkonstanthaltung im Aerosolraum 3 kann ein weiterer Abfluß 14 vorgesehen sein.

Damit der Grob-Aerosolstrahl 8 (bzw. der Aerosolnebel 12) weder in seiner Strahlrichtung beeinflußt noch Grob-Aerosolteilchen direkt über den Abzugskanal 13 abgeführt werden können, ist im Aerosolraum 3 ein zum Mantel des Rohres 2 und der Symmetrieachse 9 konzentrisches Kreiszylinderrohr 16 angeordnet, das am Mantel gehaltert ist. Es läßt zwar eine Gasverbindung zwischen den einzelnen Bereichen des Innenraumes des Rohres 2 zu, verhindert jedoch einen direkten Zugang zum Grob-Aerosolstrahl 8 und einen direkten Übergang zwischen Abzugskanal 13 und Abfluß 14. Außerdem wirkt er auf den Grob-Aerosolstrahl 8 fokussierend und begrenzt mit seiner einen offenen Stirnseite 15 die beaufschlagte Oberfläche 10 des Ultraschallsenders 11.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung zeigt die Vorbereitung der Gasmengen- und Gasmischungsregelung der Probensubstanz für das atomspektroskopische Gerät

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(Verbraucher). Im vorliegenden Fall werden zwei Gase gemischt, die als Trägermedium der Probensubstanzen benutzt werden sollen, wodurch die Regelung in zwei identische Teile aufgeteilt werden kann. Aus Flaschen 17, 17' werden Gase entnommen, die über einen Flaschendruckminderer 18, 18'

und einen Leitungsdruckregler 19, 19' einem Vereine

teiler 20, 20' zugeführt werden.Über/ der Leitungen

Gas

21, 21' vom Verteiler 20, 20' strömt/über einen Verbraucherdruckminderer 22, 22' und ein Regelventil 23, 23* zu einem Mischfilter 24, wo es mit dem jeweils anderen Gas zusammengeführt wird. Die Steuerung des Regelventils 23, 23' erfolgt mittels elektronischer Regler 25, 25' und Anzeige- und Sollwertsteller 26, 26·. Dem Mischfilter 24 ist die Zerstäubereinrichtung 1 nachgeschaltet, wie sie beispielsweise gemäß der Fig. 1 beschrieben ist. Von hier aus strömt das Feinserosol zu dem Spektroskopiegerät 27 bzw. dem Verbraucher. Durch diese Schaltung kann ein konstanter Gasstrom erzeugt werden, der reproduzierbar bzgl. der Menge und des Mischungsverhältnisses einstellbar ist. Druck- und TemperaturSchwankungen gehen nicht ein (Masseregelung).

Der konstante Gasfluß garantiert eine sehr hohe Konstr.nz des Ausgangssignals, d.h. eine hervorragende Lang- wie Kurzzeitstabilität und damit eine erhebliche Verbesserung der Nachweisgrenzen.

Claims (2)

Gesellschaft für Strahlen- Neuherberg, den 21.6.83 und Umweltforschung mbH, PLA 8324 Ga/he München ANR 1068083 Schutzansprüche;

1. Zerstäubereinrichtung für die Erzeugung von gasge- Pl tragenen Partikeln in homogener Verteilung und

kleiner Konzentration aus einer Probe zur Verwendung in einem atomspektroskopischen Gerät, die eine druckbetriebene Düse aufweist, die in einem Gehäuse angeordnet ist und die die Probensubstanz zu einem Grob-Aerosolstrahl zerstäubt, dadurch gekennzeichnet, daß der Grob-Aerosolstrahl (8) sich in Strahlrichtung (9) verbreitert und auf die Oberfläche (lo) eines Ultraschallzerstäuber (11) für den Grob-Aerosolstrahl (8) gerichtet ist, der der Öffnung (7) der Düse (6) gegenübersteht, daß die Düse (6) und der Ultraschallzerstäuber (11) die sich gegenüoerliegenden Stirnseiten des Gehäuses (2) bilden, und daß am Gehäuse (2) sowohl ein Abfluß (14) als auch ein Abzugskanal (13) für Fein-Aerosol vorgesehen ist.

2. Zerstäubereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) ein Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt ist, dessen Stirnseiten die Halterung (5) der Düse (6) und der Ultraschallzerstäuber (10, 11) bilden.

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Zerstäubereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zerstäuberraum (3) des Gehäuses (2) koaxial zu der Strahlrichtung (9) des Grob-Aerosolstrahls (8) und dem Mantel des Gehäuses (2) ein Rohrstück (16) angeordnet ist, welches den Grob-Aerosolstrahl (8) umfaßt und den Zerstäuberraum (3) gegenüber den Öffnungen zu dem Abfluß ₄14) und dem Abzugskanal (13) abgrenzt.