FI110342B - Method and apparatus for analyzing substances by atomic absorption spectroscopy - Google Patents
Method and apparatus for analyzing substances by atomic absorption spectroscopy Download PDFInfo
- Publication number
- FI110342B FI110342B FI982501A FI982501A FI110342B FI 110342 B FI110342 B FI 110342B FI 982501 A FI982501 A FI 982501A FI 982501 A FI982501 A FI 982501A FI 110342 B FI110342 B FI 110342B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- sample
- light
- atomization
- gas
- line
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/3103—Atomic absorption analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
1 1103421,110,342
Menetelmä ja laitteisto aineiden analysoimiseksi atomiabsorptiospek-troskopiallaMethod and apparatus for analyzing substances by atomic absorption spectroscopy
Keksintö kohdistuu menetelmään aineiden analysoimiseksi atomiab-5 sorptiospektroskopialla. Keksintö kohdistuu myös laitteistoon menetelmän toteuttamiseksi.The invention relates to a method for analyzing substances by atomic alpha-5 sorption spectroscopy. The invention also relates to apparatus for carrying out the method.
Teollisten prosessien yhteydessä on tarvetta valvoa prosessin sisältämien aineiden, kuten prosessin eri ainevirtauksissa kulkevien aineiden 10 pitoisuuksia. Prosessin ulosvirtauksen pitoisuudet, eli erilaiset päästöt ympäristöön ovat erityisesti kiinnostavia. Tällaisia päästöjä syntyy tuotantoprosessien ohella myös jätteiden käsittelyprosesseissa. Jätteiden hävittäminen polttamalla on eräs lupaava jätteiden käsittelymenetelmä, jonka ongelmana on kuitenkin ilmakehään joutuvat savukaasut, jotka 15 sisältävät mm. elolliselle luonnolle vaarallisia raskasmetalleja. Esimerkiksi EU:n komissio on määritellyt uusille jätteenpolttolaitoksille tiukat päästörajat savukaasuilla esiintyville kaasumaisille raskasmetalleille, mm. elohopealle, kadmiumille ja lyijylle.In the case of industrial processes, there is a need to control the concentrations of the substances contained in the process, such as those passing through the various material streams in the process. The process outflow concentrations, that is, the various emissions to the environment, are of particular interest. Such emissions occur not only in the production process but also in the waste treatment processes. Disposal of waste by incineration is a promising method of waste treatment, but the problem is the flue gases emitted into the atmosphere, which contain e.g. heavy metals hazardous to living nature. For example, the EU Commission has set strict emission limits for heavy gaseous metals in flue gases for new waste incineration plants, eg. mercury, cadmium and lead.
20 Edellä mainitut vaatimukset merkitsevät sitä, että prosessista ulosvir-taavia aineita tulee pystyä analysoimaan reaaliajassa ja suurella tark-.··. kuudella. Esimerkiksi juuri jätteenpoltossa poltettavan aineen koostu- mus voi vaihdella hyvinkin voimakkaasti, jolloin myös savukaasun ; koostumuksessa voi tapahtua nopeasti muutoksia. Jotta sallitut rajat / 25 ylittäviin pitoisuuksiin pystyttäisiin puuttumaan välittömästi täytyy savu- kaasuanalysaattoreiden olla osa prosessihallintaa. Tämä on tavoitteena luonnollisesti myös kaikissa prosesseissa riippumatta siitä, onko tarkkailtava ja analysoitava ainevirta tuotantoon vai prosessista ympäristöön suuntautuvaan poistoon liittyvää.20 The above requirements mean that the outputs from the process must be able to be analyzed in real time and with high precision. six. For example, the composition of the material burned in the incineration process can vary greatly, including flue gas; changes in composition can occur rapidly. In order to be able to deal immediately with concentrations exceeding the permitted limits / 25, flue gas analyzers must be part of the process control. Of course, this is also the goal in all processes, whether the flow of material to be monitored and analyzed is related to production or process removal to the environment.
3030
Eräs tapa analysoida prosessin kulkua, kuten sen ainevirtauksia on ottaa tietyin määräajoin näyte ja analysoida se esim. laitoksen yhteydes-sä olevassa analyysilaboratoriossa. Jotta valvonta olisi jatkuvaa, tulisi '··· näytteenottotiheyden olla suuri. Väliajoin tapahtuva näytteenotto vaatii 35 lisäksi erikoisjärjestelyltä, saattaa olla työlästä ja kallista, ja tulokset tu-; ;' · levät aina tietyllä viiveellä, eli reaaliaikaisuus ei toteudu.One way to analyze the flow of a process, such as its material flows, is to periodically sample and analyze it, for example, in an analytical laboratory at the plant. For continuous monitoring, the sampling frequency should be high. Intermittent sampling requires 35 additional special arrangements, can be laborious and costly, and results will be; ; ' · Algae always with a certain delay, ie no real-time realization
2 1103422 110342
Atomiabsorptiospektroskopia (AAS) on yleisesti tunnettu alkuaineiden analyysimenetelmä. Analyysit suoritetaan yleensä laboratorioissa sinne tuoduista näytteistä. Atomiabsorptiospektroskopiaa itse menetelmänä on kehitetty jatkuvasti, ja yksi tärkeimmistä käytäntöön sovelletuista il-5 miöistä on ns. Zeeman-ilmiö, jossa magneettikenttää apuna käyttämällä voidaan mitata taustan (näytteen matriisin) aiheuttama absorptio ja näin parantaa analyysitarkkuutta. Atomiabsorptio-spektrometri, jolla mitataan prosessin yhteydessä alkuaineiden pitoisuuksia käyttäen Zeeman-ilmiö-tä tarkkuuden lisäämiseksi on esitetty US-patentissa 3937577. Tällä 10 menetelmällä ei saada kuitenkaan reaaliaikaista mittausta, koska näytteen valmistelu vie aikaa. Näytteen atomisointiin käytetään uunia, jossa atomisointi tulee suorittaa omana erillisenä vaiheenaan, ja näin esimerkiksi prosessin ainevirtauksen jatkuva seuranta ei ole mahdollista.Atomic absorption spectroscopy (AAS) is a well-known method of elemental analysis. Analyzes are usually performed in laboratories on samples imported there. Atomic absorption spectroscopy as a method itself has been continuously developed, and one of the most important practical applications is the so-called. Zeeman phenomenon, where the absorption of a background (sample matrix) can be measured using a magnetic field to improve the analytical accuracy. An atomic absorption spectrometer for measuring process concentrations of elements using the Zeeman phenomenon to increase accuracy is disclosed in U.S. Patent No. 3,937,577. However, this method does not provide real-time measurement because sample preparation takes time. The furnace is used for atomization of the sample, in which the atomization must be carried out in a separate step, and thus, for example, continuous monitoring of the material flow in the process is not possible.
15 Keksinnön tarkoitus on poistaa em. epäkohdat ja esittää menetelmä, jolla voidaan toteuttaa prosessien valvonta reaaliajassa ja hyvällä tarkkuudella. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle 20 laitteistolle taas on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty • .: oheisen patenttivaatimuksen 13 tunnusmerkkiosassa.The object of the invention is to eliminate the above drawbacks and to provide a method for real-time monitoring of processes with high accuracy. To accomplish this purpose, the method according to the invention is essentially characterized in what is set forth in the characterizing part of the appended claim 1. The apparatus 20 according to the invention, on the other hand, is mainly characterized by what is stated in the characterizing part of the appended claim 13.
Menetelmä perustuu atomiabsorptiospektroskopiaan (AAS), jossa käy-tetään hyväksi plasmaa ja edullisesti Zeeman-ilmiötä. Prosessista tai 25 prosessissa kulkevasta ainevirtauksesta, esim. polttolaitoksen savu-'; · kaasukanavasta, on suora yhteys näytelinjaa pitkin analyysilaitteeseen, jossa näyte sekoitetaan plasmalla kuumennettuun kaasusuihkuun analysoitavien atomien muodostamiseksi ja atomeita analysoidaan AAS:n avulla analysoitavista aineista riippuvalla resonanssiaallonpituudella.The method is based on atomic absorption spectroscopy (AAS) which utilizes plasma and preferably the Zeeman phenomenon. From the process or from the flow of material passing through the process, eg combustion plant smoke; · From the gas channel, there is a direct connection along the sample line to the analyzer, where the sample is mixed with a plasma heated gas jet to form the atoms to be analyzed, and the atoms are analyzed by AAS at a resonant wavelength dependent on the analyte.
30 Analysoitavaan kohtaan vapaita atomeita sisältävässä plasmalla kuu-:'·.· mennetussa kaasusuihkussa aiheutetaan magneettikenttä taustan kor jauksen aikaansaamiseksi Zeeman-ilmiön avulla.30 Plasma containing free atoms in the analyte site The moon -: ·. · In a lost gas jet, a magnetic field is applied to effect background correction by means of the Zeeman phenomenon.
Plasmalla kuumennetulla kaasusuihkulla atomisointiin vaadittavan ter-’·’ 35 misen energian tuottajana on-line atomiabsorptiospektrometrissä on ; useita etuja verrattuna liekki- ja uuniatomisaattoreilla varustettuihin atomiabsorptiospektrometreihin. Molempien em. atomisointimenetel-mien yhteinen piirre on se, että ne vaativat joko nestemäisen tai kiin- 3 110342 teän näytteen, jolloin esimerkiksi prosessin ainevirtauksesta otettu kaasumainen näyte pitäisi ensin johtaa absorptioliuoksen läpi, johon vain osa kaasun sisältämistä atomeista absorboituu, ja vasta tämän jälkeen voidaan nestemäinen näyte syöttää atomisaattoriin. Liekkiatomi-5 saattoreiden ongelmana on vielä erittäin suuri laimennuskerroin. Liekkiin voidaan sekoittaa vain erittäin pieni määrä näytettä liekin stabiili-suuden kärsimättä. Lisäksi liekkiatomisaattoreiden ongelmana on räjähdysvaara. Uuni-atomisaattoria ei voida käyttää jatkuvatoimisessa mittalaitteessa, koska atomisointi on monivaiheinen prosessi, jossa 10 optinen mittaus täytyy suorittaa tarkalleen oikeassa vaiheessa. Tällöin jatkuvatoiminen näytteensyöttö ei onnistu. Uuniatomisaattorin atomi-sointiprosessin pituus on n. 2-4 minuuttia.As the producer of the thermal energy required to atomize a plasma heated gas jet, the on-line atomic absorption spectrometer has; several advantages over atomic absorption spectrometers with flame and furnace atoms. A common feature of both of these atomization methods is that they require either a liquid or a solid sample, whereby, for example, a gaseous sample from a process stream should first be passed through an absorption solution into which only a portion of the atoms contained in the gas are absorbed. the liquid sample feeds to the atomizer. The problem with flame atom-5 escorts is still a very high dilution factor. Only a very small amount of sample can be mixed with the flame without loss of flame stability. In addition, the problem with flame atoms is the risk of explosion. The oven atomizer cannot be used in a continuous measuring device because atomization is a multi-step process in which the optical measurement must be performed at the exact correct stage. In this case, continuous feed of the sample will fail. The length of the atomization process of the oven atomizer is about 2-4 minutes.
Atomisoinnin aikaansaamiseksi kuumennus tapahtuu keksinnössä 15 oleellisesti ennen näytteen lisäystä, jolloin em. haitat voidaan välttää, ja samalla voidaan toteuttaa jatkuva näytteen virtaus prosessin ainevirtauksesta ja jatkuva mittaus ilman erillistä näytteenmuodostus- ja käsit-telyjaksoa, jolloin mittaus on keskeytetty.In order to achieve atomization, heating in the invention takes place substantially prior to the addition of the sample, thereby avoiding the aforesaid drawbacks, while providing continuous sample flow from the process material flow and continuous measurement without a separate sample forming and processing period.
20 Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviona tekniikan tason mukaista näytteen atomi-sointia, 25 kuva 2 esittää kaaviona keksinnön mukaista näytteen atomisointia, kuva 3 esittää menetelmän periaatetta, 30 kuva 4 esittää kaaviona Zeeman-ilmiötä, ... kuva 5 esittää laitteistoon kuuluvaa atomisointiyksikköä, ja :. kuva 6 esittää laitteistoa menetelmän toteuttamiseksi.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically illustrates prior art sample atomization, 25 Figure 2 schematically illustrates the invention atomization, Figure 3 illustrates the principle of the method, 30 Figure 4 schematically illustrates the Zeeman phenomenon, ... Figure 5 shows the atomization unit included in the apparatus, and:. Figure 6 shows an apparatus for implementing the method.
*:··· 35*: ··· 35
Kuva 1 esittää AAS-menetelmissä tunnettuja näytteen atomisointitapoja T kuvaten prosessin vaiheita, joissa näyte sekoitetaan kaasuun. Tyypillis- • tä tunnetuille menetelmille on se, että näyte sekoitetaan kaasuun joko 4 110342 ennen kuumennusta (uuni, esisekoituspolttimen liekki) tai samanaikaisesti kuumennuksen kanssa (kokonaiskulutuspolttimen liekki).Figure 1 illustrates known sample atomization techniques T in AAS, illustrating the process steps of mixing a sample with a gas. Typical for known methods is to mix the sample with the gas either 4,110,342 before heating (oven, premix burner flame) or simultaneously with heating (total consumer burner flame).
Menetelmässä otetaan prosessista, kuten prosessin ainevirtauksesta ohutta näytekanavaa pitkin jatkuvasti näytettä, joka edustaa näytteenot-5 tokohdan ainekoostumusta. Näytekanavan päässä näyte atomisoidaan termisesti käyttäen plasmakuumennusta siten, että näytteessä olevista analysoitavista aineista muodostuu vapaita atomeita, joihin sopivalla alueella kohdistetaan valonlähteestä valoa, jota virittymättömät atomit absorboivat tietyllä aallonpituudella virittyessään. Samalle alueelle voi-10 daan järjestää vaikuttamaan magneettikenttä Zeeman- taustankorjauk-sen aikaansaamiseksi. Alueen läpi kulkeneen valon intensiteetti tällä ns. resonanssiaallonpituudella mitataan tunnetuilla mittausmenetelmillä ja tulokset käsitellään varsinaisten pitoisuustietojen saamiseksi. Kuvassa 2 on esitetty kaaviona atomisoinnin eri vaiheet. Virtaava apukaasu 15 kuumennetaan plasmalla ja näyte sekoitetaan näin saatuun kuumaan apukaasuun, jonka lämpötila on ilman näytettä nostettu jo atomisoinnin vaatimalle tasolle. Mittaus suoritetaan kuuman apukaasun muodostamassa kaasusuihkussa olevasta atomisoidusta näytteestä. Apukaasus-ta käytetään myöhemmin myös nimitystä kaasu.In the method, a sample representing the material composition of the sampling site is continuously taken from the process, such as the flow of material in the process, through a thin sample passage. At the end of the sample channel, the sample is thermally atomized using plasma heating so that free atoms are formed from the analyte in the sample, and a light is emitted from a light source at a suitable range and absorbed by non-excited atoms at a specific wavelength. A magnetic field may be provided in the same region to effect a Zeeman background correction. The intensity of light passing through the area at this so-called. the resonance wavelength is measured by known measurement methods and the results are processed to obtain the actual concentration data. Figure 2 is a diagram showing the various stages of atomization. The flowing auxiliary gas 15 is heated with plasma and the sample is mixed with the thus obtained hot auxiliary gas, the temperature of which without the sample has already been raised to the level required for atomization. The measurement is carried out on an atomized sample in a gas jet formed by a hot auxiliary gas. The auxiliary gas is later also referred to as gas.
20 ... Kuvassa 3 on esitetty pääperiaate analyysimenetelmästä. Näyte ohja taan sopivasta kohdasta prosessia, kuten prosessin virtauskanavasta, esim. jätteenpolttoprosessin savukaasukanavasta C näytelinjaa 3 pitkin sekoitussuuttimeen 5, jossa näyte sekoitetaan plasmasoihdulla 4 syn-25 nytetyn kuuman kaasusuihkun kanssa. Sekoittumisen seurauksena näytekaasun lämpötila nousee atomisointiin vaadittavalle tasolle. Plas-masoihtua 4 seuraa kaasun virtaussuunnassa sekoitussuutin 5, johon näytelinja 3 päättyy ja jossa analysoitavien metallien vapaat atomit syntyvät plasmasoihdusta 4 tulevaan kaasusuihkuun. Plasma muodos-30 tetaan plasmasoihdussa 4 tasavirtaplasmana ennen näytteen sekoit-tamista kaasusuihkuun, eli atomisointiin vaadittava terminen energia muodostetaan oleellisesti ennen näytteen sekoittamista. Menetelmä ’· · eroaa näin kuumennusuuni- ja liekkiabsorptiomenetelmistä, joissa ter- :··· minen energia muodostetaan aikaisintaan yhtäaikaisesti sekoittamisen 35 kanssa tai vasta näytteen sekoittamisen jälkeen, jolloin näytteen ; ,* matriisi vaikuttaa voimakkaasti atomisointitehokkuuteen ja näytteen .·! määrä verrattuna kokonaistilavuuteen/virtaukseen on rajoitettu suhteellisen pieneksi. Käyttämällä plasmaa kaasun kuumentamiseksi ja 5 110342 näytteen sekoittamista kaasuun vasta termisen energian muodostuksen j jälkeen, voidaan sekoitussuhde nostaa hyvinkin korkeaksi atomisoinnin I stabiilisuuden häiriintymättä. Näyte ei kulje plasmasoihdun kautta, jolloin näytteen kemialliset ominaisuudet eivät häiritse plasman 5 muodostumista.20 ... Figure 3 shows the main principle of the analytical method. The sample is guided from a suitable point in the process, such as a process flow passage, e.g. flue gas channel C of the waste incineration process, along sample line 3 to a mixing nozzle 5 where the sample is mixed with plasma jet 4 with a syn-25 hot gas jet. As a result of mixing, the sample gas temperature rises to the level required for atomization. Plasma flushing 4 is followed, in the gas flow direction, by a mixing nozzle 5, at the end of the sample line 3, in which the free atoms of the metals to be analyzed are generated in the gas jet from the plasma flushing 4. Plasma is formed in plasma jet 4 as DC current before mixing the sample with a gas jet, i.e., the thermal energy required for atomization is generated substantially before mixing the sample. The method '· · thus differs from the heating furnace and flame absorption methods, in which the thermal energy is produced at the earliest by simultaneous mixing 35 or only after mixing the sample, whereby the sample; , * matrix strongly affects atomization efficiency and sample. ·! the amount relative to the total volume / flow is limited to a relatively small amount. By using plasma to heat the gas and mixing the 5 110342 sample with the gas only after the thermal energy has been generated, the mixing ratio can be raised to a very high level without disturbing the stability of the atomization I. The sample does not pass through plasma, so that the chemical properties of the sample do not interfere with plasma formation.
Kuumennettavana apukaasuna, johon näyte sekoitetaan, voidaan käyttää sopivaa inerttiä kantajakaasua, jolla on hyvä lämmönsiirtokyky, kuten typpeä.A suitable inert carrier gas having good heat transfer capacity, such as nitrogen, may be used as the auxiliary gas to be heated to mix the sample.
1010
Tarkan AAS-mittauksen toteuttamiseksi valonlähteenä 1 käytetään spektrilamppua, jolloin taustan absorptio kompensoidaan mittaustuloksesta Zeeman-ilmiöllä. Toteutus on seuraavanlainen: Tutkittavat atomit sisältävään kaasusuihkuun nähden on sijoitettu magneetti 6 siten, että 15 kaasusuihkun yli vaikuttaa poikittainen magneettikenttä, joka pilkkoo atomien energiatilat Zeeman-ilmiön mukaisesti. Alkuperäiselle paikalleen jäänyt energiatila absorboi vain magneettikentän suunnassa polarisoitunutta valoa ja siirtyneet tilat vain magneettikenttää vastaan kohtisuoraan polarisoitunutta valoa. Mitattavan valon polarisoinen mukaan 20 saadaan näin joko tutkittavan metallin atomien ja taustan aiheuttama absorptio alkuperäisellä absorptioaallonpituudella (resonanssiaallonpi-tuudella) tai vain taustan absorptio samalla aallonpituudella. Tutkittavan metalliatomin absorptioaallonpituudella valoa emittoivasta kapeakaistaisesta valonlähteenä 1 toimivasta spektrilampusta johdetaan valo yhden 25 tai useamman linssin 2 kautta magneetin 6 magneettinapojen N, S välissä olevaan kaasusuihkuun, jossa on analysoitavia atomeita. Kaasu-suihkun läpäissyt valo johdetaan toisen linssin/linssien 2, pyörivän polarisaattorin 7 ja monokromaattorin 8 läpi valoilmaisimelle 9. Valoilmaisimelle 9 saatu signaali riippuu näin polarisaattorin 7 asennosta, t.s. kun 30 polarisaatiosuunta on magneettikentän suuntainen, sekä tausta, että tutkittavat atomit absorboivat valoa. Kun polarisaatiosuunta on magneettikenttää kohtisuoraan, vain tausta absorboi valoa. Näiden signaa-;.· lien suhteesta saadaan laskettua tutkittavien atomien pitoisuus käyttäen hyväksi Beerin lakia, kun absorptiovaikutusala (tutkittavasta atomista 35 riippuvainen) ja absorptiomatka (kaasusuihkun kokoon verrannollinen) tiedetään. Zeeman-ilmiötä on havainnollistettu kuvassa 4.For accurate AAS measurement, the spectral lamp is used as the light source 1, whereby the absorption of the background is compensated by the Zeeman phenomenon. The realization is as follows: With respect to the gas jet containing the atoms to be studied, a magnet 6 is placed such that a transverse magnetic field is applied over the 15 gas jets, which breaks down the energy states of the atoms according to the Zeeman phenomenon. The energy state retained in its original position absorbs only polarized light in the direction of the magnetic field, and the displaced states only light polarized perpendicular to the magnetic field. The polarization of the light to be measured thus provides either absorption by the atoms and background of the metal being investigated at the original absorption wavelength (resonance wavelength) or only absorption by the background at the same wavelength. At the absorption wavelength of the metal atom under investigation, a light emitting narrowband light source 1 is used to direct light through one or more lenses 2 to a gas jet of magnets 6, N, S, containing atoms to be analyzed. The light that has passed the gas jet is passed through the second lens (s) 2, the rotary polarizer 7 and the monochromator 8 to the light detector 9. The signal obtained for the light detector 9 thus depends on the position of the polarizer 7, i.e. when the 30 polarization directions are parallel to the magnetic field, both the background and the atoms under study absorb light. When the polarization direction is perpendicular to the magnetic field, only the background absorbs light. · From these ratios, the concentration of the atoms to be studied can be calculated using Beer's law, given the range of absorption effect (35 dependent on the atom to be studied) and the absorption distance (proportional to the size of the gas jet). The Zeeman phenomenon is illustrated in Figure 4.
6 1103426 110342
Kuvassa 5 on esitetty tarkemmin vapaiden atomien muodostaminen AAS-analyysiä varten atomiabsorptiospektrometrilaitteistossa. Prosessista, kuten prosessin ainevirtauksesta tuleva näytelinja 3 päättyy se-koitussuuttimen 5 suutinkanavaan 5a, joka suuntautuu kohtisuoraan 5 näytelinjaan 3 nähden. Sekoitussuuttimeen 5 on kiinnitetty plasmasoih-tu 4, josta on suunnattu kaasusuihku P suutinkanavaan 5a poikittain näytelinjan 3 suhteen. Katkoviivalla ympyröidyllä optisen mittauksen alueella kaasusuihkussa P oleviin vapaisiin atomeihin kohdistuu valonlähteestä 1 tuleva valo sekä magneetin 6 aikaansaama magneettikent-10 tä, joka on kohtisuorassa näytteen sisältävän kaasusuihkun P virtaus-suuntaaja valonlähteestä 1 tulevan valon suuntaa vastaan.Figure 5 shows in more detail the formation of free atoms for AAS analysis in an atomic absorption spectrometer. The sample line 3 from the process, such as the flow of material from the process, terminates in the nozzle channel 5a of the mixing nozzle 5, which is perpendicular to the sample line 3. A plasma spray 4 is attached to the mixing nozzle 5, from which a gas jet P is directed to the nozzle channel 5a transversely to the sample line 3. In the dashed circle of optical measurement, the free atoms in the gas jet P are exposed to light from the light source 1 and to the magnetic field 10 generated by the magnet 6 perpendicular to the direction of light from the gas source P containing the sample.
Kuvassa 6 on esitetty atomiabsorptiospektrometrilaitteisto prosessin ai-nevirtauksen yhteydessä. Savukaasukanavasta C tai muusta virtaus-15 kanavasta on johdettu sähköllä kuumennettu näytelinja 3 kanavaan liitetyn näyteyhteen B läpi. Näytelinja 3 voidaan johtaa myös muusta kohdasta, jossa tarvitaan aineiden pitoisuuksien jatkuvaa seuraamista, kuten suoraan prosessista, esim. polttokattilan perästä. Näytelinjan kuumennuksella saadaan näyte pidettyä vähintään alkuperäisen aine-20 virtauksen, kuten palokaasuvirtauksen lämpötilassa, mutta lämpötilaa voidaan kuumennuksella myös nostaa alkuperäisestä. Virtaus näytelin-jaa 3 pitkin voi olla jatkuvaa tai jaksottaista, jolloin näytelinja 3 on varus-: tettu sulkimella, joka päästää vain tietyn ajan näytettä sekoitussuutti meen 5, ja plasmasoihtu 4 toimii vain lyhyen aikaa tämän jakson aikana 25 analyysin suorittamiseksi. Näytelinja 3 päättyy sekoitussuuttimeen 5 edellä kuvatulla tavalla. Atomiabsorptiospektrometri on sijoitettu kompaktina kokonaisuutena lähelle virtauskanavaa siten, että näytelinjan 3 pituus pysyy mahdollisimman lyhyenä. Kuten kuvassa on esitetty, ato-miabsorptiospektrometrin sisältävä runko voidaan kiinnittää näyteyh-30 teeseen B, esimerkiksi laippakiinnityksellä, mutta muutkin kiinnitystavat ovat mahdollisia. Runko sisältää optiikan osalta valonlähteenä 1 toimi-y. van spektrilampun, linssit 2, pyörivän polarisaattorin 7, monokromaat- : . torin 8 ja valoilmaisimen 9, ja näytteen käsittelyn osalta plasmasoihdun 4, sekoitussuuttimen 5 ja DC-magneetin 6. Atomiabsorptiospektrometri :· 35 on yhdyskaapelin 11 välityksellä yhteydessä laitoksen valvomossa ole- V vaan ohjaus- ja tiedonkeruuyksikköön 10, jossa valoilmaisimelta 9 tule via signaaleita käsitellään varsinaisten pitoisuustietojen laskemiseksi ja joka ohjaa valonlähdettä 1 oikean aallonpituuden valitsemiseksi, mag- 7 110342 neettia 6 magneettikentän voimakkuuden säätämiseksi ja polarisaattoria 7 polarisaattorin pyörimisnopeuden säätämiseksi.Figure 6 shows an atomic absorption spectrometer apparatus for process flow. An electrically heated sample line 3 is conducted from the flue gas channel C or other flow-through channel 15 through a sample assembly B connected to the channel. The sample line 3 may also be derived from another location where continuous monitoring of the concentrations of the substances is required, such as directly from the process, e.g. By heating the sample line, the sample can be maintained at a temperature of at least the original material-20 flow, such as the flue gas flow, but the temperature may also be raised by heating. Flow along sample line 3 may be continuous or intermittent, with sample line 3 provided with a stopper that only allows a sample to pass into the mixing nozzle 5 for a certain period of time, and the plasma stream 4 operates only briefly during this period for analysis. The sample line 3 ends in the mixing nozzle 5 as described above. The atomic absorption spectrometer is placed as a compact unit close to the flow passage so that the length of the sample line 3 is kept as short as possible. As shown in the figure, the body containing the atomic absorption spectrometer can be attached to sample compound B, for example by flange attachment, but other means of attachment are possible. For optics, the frame contains 1 working-y light source. van spectral lamp, lenses 2, rotary polarizer 7, monochromate. the torch 8 and the light detector 9, and for the sample processing, the plasma beam 4, the mixing nozzle 5, and the DC magnet 6. Atomic absorption spectrometer: for calculating the concentration information and directing the light source 1 to select the correct wavelength, the magnet 7 110342 for adjusting the intensity of the magnetic field 6 and the polarizer 7 for adjusting the speed of rotation of the polarizer.
Apukaasu kuumennetaan plasmasoihdulla 4 aikaansaadulla sähkö-5 purkauksella.The auxiliary gas is heated by an electrical discharge of 5 provided by a plasma torch 4.
Plasmasoihdussa 4 käytetään apukaasun kuumennukseen tasavirta-plasmaa tai vaihtovirtaplasmaa, mutta myös induktioplasma on mahdollinen, jos siinä käytetty magneettikenttä ei aiheuta hajakenttiä tai 10 niillä ei ole vaikutusta analyysiin haitallisessa määrin.Plasma flusher 4 uses DC plasma or AC plasma to heat the auxiliary gas, but induction plasma is also possible if the magnetic field used therein does not produce diffuse fields or they do not adversely affect the analysis.
Apukaasu kuumennetaan edullisesti plasmalla, mutta plasmasoihdun tilalle voidaan ajatella myös muita tapoja kaasun kuumentamiseksi ennen näytteen sekoittamista siihen, esim. poltinta. Näyte sekoitetaan 15 tässäkin kuumiin palamiskaasuihin vasta palamisen jälkeen.The auxiliary gas is preferably heated with plasma, but other ways of heating the gas before mixing the sample with it, e.g. Here again, the sample is mixed with the hot combustion gases only after combustion.
Magneettina 6 käytetään edullisesti tasavirtamagneettia. Tasavirta-magneetteina, jotka saavat aikaan ajallisesti muuttumattoman magneettikentän, voidaan käyttää sähkömagneettia tai kestomagneettia.The magnet 6 is preferably a DC magnet. As DC magnets, which provide a time constant magnetic field, an electromagnet or permanent magnet can be used.
20 Magneettikenttä vaikuttaa koko ajan kaasusuihkussa, ja muutos sig-. , naalissa Zeeman-taustakorjausta varten saadaan polarisaattorilla 7, jo- , · ka voi olla valonlähteen 1 ja kaasusuihkun P tai kaasusuihkun P ja va loilmaisimen 9 välissä.20 The magnetic field is constantly affected by the gas jet, and the change in sig-. , in the case for the Zeeman background correction, polarizer 7 is obtained which may be located between the light source 1 and the gas jet P or the gas jet P and the light detector 9.
’ 25 Termillä valo tarkoitetaan tässä yhteydessä atomiabsorptiospektrosko- • piassa normaalisti käytettyjä aallonpituuksia, eikä se rajoita keksintöä ainoastaan näkyvään valoon.'The term light, as used herein, refers to wavelengths normally used in atomic absorption spectroscopy and is not limited to visible light.
Keksintö ei ole rajoittunut edellä esitettyyn suoritusmuotoon, vaan sitä 30 voidaan muunnella patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Keksintö sopii erityisesti raskasmetallien Hg, Pb ja Cd analysointiin eri prosesseista ja ainevirtauksista, erityisesti prosessien poistovirtauksista, kuten polttoprosessien savukaasukanavista. Elohopea, lyijy ja kadmium noudattavat kaikki normaalia Zeeman-35 jakautumaa. Keksintö sopii myös muiden alkuaineiden, kuten normaaliaThe invention is not limited to the above embodiment, but may be modified within the scope of the inventive idea of the claims. The invention is particularly suitable for the analysis of heavy metals Hg, Pb and Cd from various processes and material streams, in particular process effluent streams such as flue gas ducts from combustion processes. Mercury, lead and cadmium all follow the normal Zeeman-35 distribution. The invention is also applicable to other elements such as normal
Zeeman-jakautumaa noudattavien alkuaineiden analysointiin eri aine-virtauksista. Keksinnön avulla voidaan analysoida myös muista prosesseista otettuja näytteitä. Keksintö ei ole rajoittunut vain kaasumaisten i » 8 110342 ainevirtauksista otettujen aineiden analysointiin, vaan sillä voidaan analysoida myös nestemuodossa olevia näytteitä, mikäli neste sumutetaan pieninä aerosolihiukkasina sekoitussuuttimeen. Lopuksi keksintö ei ole rajoittunut yksinomaan sellaisiin menetelmiin, joissa käytetään 5 Zeeman-taustankorjausta, mutta Zeeman-taustankorjaus on edullinen vaihtoehto, koska sillä voidaan parantaa mittaustarkkuutta.For the analysis of elements that follow the Zeeman distribution from different substance streams. The invention can also be used to analyze samples taken from other processes. The invention is not limited to the analysis of substances taken from gaseous material streams, but can also be used to analyze samples in liquid form if the liquid is sprayed as small aerosol particles into the mixing nozzle. Finally, the invention is not limited solely to methods employing Zeeman background correction, but Zeeman background correction is a preferred option because it can improve measurement accuracy.
< t * * }<t * *}
Claims (18)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI982501A FI110342B (en) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | Method and apparatus for analyzing substances by atomic absorption spectroscopy |
PCT/FI1999/000959 WO2000031513A1 (en) | 1998-11-19 | 1999-11-19 | Method and apparatus for analysing substances by atomic absorption spectroscopy |
EP99959433A EP1141676A1 (en) | 1998-11-19 | 1999-11-19 | Method and apparatus for analysing substances by atomic absorption spectroscopy |
AU16602/00A AU1660200A (en) | 1998-11-19 | 1999-11-19 | Method and apparatus for analysing substances by atomic absorption spectroscopy |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI982501 | 1998-11-19 | ||
FI982501A FI110342B (en) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | Method and apparatus for analyzing substances by atomic absorption spectroscopy |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI982501A0 FI982501A0 (en) | 1998-11-19 |
FI982501A FI982501A (en) | 2000-04-11 |
FI110342B true FI110342B (en) | 2002-12-31 |
Family
ID=8552940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI982501A FI110342B (en) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | Method and apparatus for analyzing substances by atomic absorption spectroscopy |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1141676A1 (en) |
AU (1) | AU1660200A (en) |
FI (1) | FI110342B (en) |
WO (1) | WO2000031513A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020118466A (en) * | 2019-01-18 | 2020-08-06 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Sample supply apparatus, inductively coupled plasma analysis system including sample supply apparatus, and sample supply method |
CN110967334A (en) * | 2019-12-18 | 2020-04-07 | 成都理工大学 | Underground water heavy metal monitoring method and device |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3492074A (en) * | 1967-11-24 | 1970-01-27 | Hewlett Packard Co | Atomic absorption spectroscopy system having sample dissociation energy control |
US4148612A (en) * | 1976-02-19 | 1979-04-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method and apparatus for detecting and measuring trace impurities in flowing gases |
US4150951A (en) * | 1977-09-19 | 1979-04-24 | The Aerospace Corporation | Measurement of concentrations of gaseous phase elements |
DE3405075A1 (en) * | 1984-02-13 | 1985-08-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | DEVICE FOR ATOMIC SPECTROSCOPY OF AN ANALYSIS SUBSTANCE |
FR2604787B1 (en) * | 1986-10-03 | 1989-05-12 | Commissariat Energie Atomique | DEVICE FOR ANALYZING ELEMENTS BY AIR-GENERATED INDUCTIVE PLASMA SPECTROMETRY |
US5018855A (en) * | 1988-10-26 | 1991-05-28 | Athens Corp. | Atomic absorption process monitoring |
JP2749174B2 (en) * | 1990-03-16 | 1998-05-13 | 株式会社日立製作所 | Zeeman atomic absorption spectrophotometer |
US5679957A (en) * | 1996-01-04 | 1997-10-21 | Ada Technologies, Inc. | Method and apparatus for monitoring mercury emissions |
-
1998
- 1998-11-19 FI FI982501A patent/FI110342B/en not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-11-19 AU AU16602/00A patent/AU1660200A/en not_active Abandoned
- 1999-11-19 WO PCT/FI1999/000959 patent/WO2000031513A1/en not_active Application Discontinuation
- 1999-11-19 EP EP99959433A patent/EP1141676A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI982501A (en) | 2000-04-11 |
FI982501A0 (en) | 1998-11-19 |
EP1141676A1 (en) | 2001-10-10 |
AU1660200A (en) | 2000-06-13 |
WO2000031513A1 (en) | 2000-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Neuhauser et al. | On-line and in-situ detection of lead aerosols by plasma-spectroscopy and laser-excited atomic fluorescence spectroscopy | |
Janzen et al. | Analysis of small droplets with a new detector for liquid chromatography based on laser-induced breakdown spectroscopy | |
Schlemmer | Analytical graphite furnace atomic absorption spectrometry: a laboratory guide | |
Barreda et al. | Fast quantitative determination of platinum in liquid samples by laser-induced breakdown spectroscopy | |
De Giacomo et al. | ns-and fs-LIBS of copper-based-alloys: A different approach | |
Choi et al. | Hydrogen isotopic analysis using molecular emission from laser-induced plasma on liquid and frozen water | |
US4225235A (en) | Sample introduction system for flameless emission spectroscopy | |
Ertaş et al. | Novel traps and atomization techniques for flame AAS | |
Núñez et al. | Analysis of sulfuric acid aerosols by laser-induced breakdown spectroscopy and laser-induced photofragmentation | |
FI110342B (en) | Method and apparatus for analyzing substances by atomic absorption spectroscopy | |
US6122050A (en) | Optical interface for a radially viewed inductively coupled argon plasma-Optical emission spectrometer | |
Chen et al. | In-situ detection of sulfur in the atmosphere via laser-induced breakdown spectroscopy and single particle aerosol mass spectrometry technology | |
Timmermans et al. | Atomic emission spectroscopy for the on-line monitoring of incineration processes | |
Lin et al. | The effect of solution temperature on the quantitative analysis of laser-induced breakdown spectroscopy | |
Gornushkin et al. | Use of laser-excited atomic fluorescence spectrometry with a novel diffusive graphite tube electrothermal atomizer for the direct determination of silver in sea water and in solid reference materials | |
Seelig et al. | Investigations on the on-line determination of metals in air flows by capacitively coupled microwave plasma atomic emission spectrometry | |
Dittrich et al. | Laser-excited atomic fluorescence spectrometry as a practical analytical method. Part I. Design of a graphite tube atomiser for the determination of trace amounts of lead | |
Boustead | Measurement of nitrous acid production from aerosol surfaces using photo-fragmentation laser induced fluorescence | |
JP2002039941A (en) | Method and apparatus for analyzing component in molten metal | |
Strauss et al. | Size-resolved analysis of fine and ultrafine particulate matter by laser-induced breakdown spectroscopy | |
Gomes et al. | The effects of natural moisture and of argon addition on the plasma temperature and on the detection limits of an apparatus for online control of metal pollutants by air inductively coupled plasma | |
JPH0348750A (en) | Apparatus for analyzing mercury or element producing hydride by atomic absorption measurement | |
JP4343015B2 (en) | Atomic absorption photometer | |
Malhotra | Atomic Emission Spectroscopy | |
JP2000275171A (en) | Atomic absorption analysis method and apparatus of suspended particles in air |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MA | Patent expired |