專利名稱:利用坩鍋進行樣品元素分析的方法及其分析裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種分析樣品中元素的方法。此方法是將一樣品，如金屬放入一坩鍋中，對所述坩鍋直接通電以熔化所述樣品，此時對其產(chǎn)生的氣體進行分析。
本發(fā)明也涉及一種分析樣品中所含元素的裝置，在該裝置中可將諸如金屬一類樣品放置于坩鍋中，然后坩鍋直接通電以熔化所述樣品，此時可對所產(chǎn)生的氣體進行分析。
一般說，在利用坩鍋進行樣品元素分析的過程中，須將這樣一些金屬，如錫、鎳，鐵和鉑等作為助熔劑(熔劑)預(yù)先放入到坩鍋中。首先需對坩鍋施加較分析時為大的電動率，以使坩鍋和助熔劑脫氣，隨后將樣品投入到坩鍋中，再對坩鍋施以電功率，以使樣品和助熔劑熔化(見圖7)。
在利用助熔劑的情況下便會產(chǎn)生下述優(yōu)點(1)、樣品中的元素會與助熔劑結(jié)合，并產(chǎn)生一低熔點的“合金狀態(tài)”，這樣便易于使元素呈氣態(tài)析出;(2)、熔化的樣品與熔化的助熔劑混合之后，便會降低粘性，從而可加速氣體及類似物的析出;(3)、利用錫Sn作為助熔劑以提高蒸氣壓可防止一種“消氣現(xiàn)象”的產(chǎn)生，從而使氣體及類似物能順利析出?！跋麣猬F(xiàn)象”指一種金屬蒸氣，例如錳的氣體在高溫下(2500-3000℃)可以與其他金屬氣體再次結(jié)合。
圖8示出了上述方法通常采用的坩鍋分別樣品元素的常用裝置。在圖6中，71表示上電極，72表示下電極，坩鍋73置于所述上電極71和所述下電極72之間，通過電源74對所述坩鍋供電。75代表樣品容器，它放置于所述坩鍋73之上，并可傾轉(zhuǎn)地安裝于一加料室76之中。還有，加料室76上裝有一開關(guān)活門77，可通過它向加料室76中加樣品，并向坩鍋73周圍充以惰性氣體(例如氦)。78表示密封O型圈。
然而，對這種通常的分析來說，因為助熔劑從脫氣過程一開始即已放入到坩鍋中，因而是在大電流，長時間條件下加熱的。對錫之類的具有低熔點和低沸點的助熔劑來說，在熔化過程中將會劇烈地飛濺出來，而對鎳、鐵和鉑之類的助熔劑來講，將會滲入到坩鍋中，或飛濺出來，這樣，在分析過程中便不會充分發(fā)揮其作用，氣體的析出就不順利，因而對分析產(chǎn)生極不利的影響。
還有，使用上述結(jié)構(gòu)的常用裝置時，在坩鍋脫氣之后，活門77即打開，然后將規(guī)定數(shù)量的樣品S放到樣品容器75中，關(guān)上活門77之后，樣品容器即傾轉(zhuǎn)，從而使樣品S落入坩鍋73之中。但是，有這種可能性，即當(dāng)樣品的形態(tài)特殊時，例如帶棱角的塊狀，粉末或顆粒，樣品S便可能卡在樣品容器75上，或者掉在樣品容器的外面。這樣便無法保證使全部樣品放到坩鍋73之中，這樣導(dǎo)致分析結(jié)果產(chǎn)生誤差，并對分析結(jié)果產(chǎn)生嚴重的影響。
根據(jù)上述問題提出了本發(fā)明，目的是提出一種分析樣品中元素的方法，利用這種方法，放入到坩鍋中的助熔劑在進行加熱時，不會劇烈分濺出來，或大量滲入到坩鍋中，這樣便可充分發(fā)揮助熔劑的作用，并使樣品中元素分析工作能穩(wěn)定而準確地進行。
本發(fā)明另一個目的是提出這樣一種分析元素的裝置既使在脫氣過程的中途，也可將助熔劑放進坩鍋之中，另外，樣品和助熔劑可準確地放到坩鍋中。
為了達到上述目的，本發(fā)明提出，首先僅對坩鍋進行高溫加熱，以實現(xiàn)最初階段的脫氣，然后將助熔劑投入到所述坩鍋中，此時的坩鍋溫度低于最初階段時的溫度，以進行第二階段脫氣。
因為在最初階段僅對坩鍋以高于分析時的溫度進行加熱以實現(xiàn)最初階段的脫氣，隨后才將助熔劑投入到坩鍋中，此時坩鍋的加熱溫度低于最初階段的加熱溫度，因而可以縮短助熔劑的加熱時間，降低其加熱溫度，這樣助熔劑飛濺現(xiàn)象和助熔劑滲入到坩鍋中的現(xiàn)象都可以明顯地減少。其結(jié)果是，在分析中，助熔劑便可充分發(fā)揮其作用。
為了能達到上述另一個目的，根據(jù)本發(fā)明，將一加料室安裝在上電極的上方，該加料室中裝有一導(dǎo)向桿和一套在導(dǎo)向桿上的圓筒形活門，所述導(dǎo)向桿上有一放料通孔，它可與上電極中的一豎直通孔連通，所述圓筒形活門的在其圓周壁上設(shè)有一頂部長孔和一下端開口。僅當(dāng)所述的圓筒形活門進行滑動，并使所述的下端開口與所述的放料孔重合時，所述放料孔的底端才是開啟的。
現(xiàn)對附圖作筒要說明。
圖1-3示出了為實現(xiàn)本發(fā)明提出的方法所用的分析元素裝置的主要部件，其中圖1所示為正視斷面圖;
圖2所示為側(cè)視斷面圖;
圖3所示為部分俯視斷面圖;
圖4所示為分解透視圖，表示出加料裝置的主要部件;
圖5、6表示了工作原理圖;
圖7表示了常用方法的示意圖;
圖8表示了常用裝置的示意圖。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明提出的較優(yōu)實施方案予以說明。
圖1-4所示為根據(jù)本發(fā)明提出的一用于分析樣品中元素的裝置，特別是表示出了用于向坩鍋中添加助熔劑F和樣品S的加料裝置。
10表示上電極，它固定在提煉爐體1上、20表示下電極，它可借助氣缸2上下移動。上電極10的端面11與坩鍋C的端口頂面接觸而下電極20的端面21與坩鍋C的底接觸。坩鍋C就放置在電極端面11和21之間，所述坩鍋C可直接通電以產(chǎn)生焦耳熱，這樣可以將放置于坩鍋中的樣品S和助熔劑F熔化，同時將所產(chǎn)生的氣體送至分析儀(未示出)中。產(chǎn)生的氣體需隨同惰性載氣一起送出。12代表在上電極10中加工出的直通豎直通孔。
30代表位于所述上電極10之上的加料室，其中有二呈水平且彼此平行的，從前端面(圖2的X一側(cè))通至后端面(圖2的Y一側(cè))的橫向通孔31，32;有二上垂直孔33U，34U，它們從上端面(圖2的U一側(cè))通至下端面(圖2的V一側(cè))，并分別穿過橫向通孔31和32，還有二下垂直孔33D，34D，它們的下端繼續(xù)向下伸展，并合并成一個垂直孔35。上垂直孔和下垂直孔，在通常情況下可合稱為垂直孔(以33表示33U和33D，以34表示34U和34D)。
垂直孔35還與所述上電極10的所述豎直通孔12連通。還有，垂直孔33，34，35和豎直通孔12，除了可分別地通過由加料機構(gòu)40F和40S加進的助熔劑F和樣品S之外，還可通過所述載氣。
40F，40S分別代表插在所述橫向通孔31，32中的加料機構(gòu)。該加料機構(gòu)可將在加料位置上加進的助熔劑F和樣品S，短時間地保留一下，然后將助熔劑F和樣品S通過所述垂直孔33，34，35和豎直通孔12，送至坩鍋C處，這點，下面將予以說明。由于加料機構(gòu)40F，40S具有相同的部件和結(jié)構(gòu)，因而為方便起見，下面僅對樣品一側(cè)的加料機構(gòu)40S予以說明。
41表示一導(dǎo)向桿，在其前端有一凸緣41a，在其后端有一外螺紋41b和一切槽41c。在所述導(dǎo)向桿41的中間部位，有一沿直徑直通的放料孔41d。42表示一圓筒形活門，套在所述導(dǎo)向桿41上，并在所述導(dǎo)向桿上可進行相對滑移運動，一彈簧支撐板42a位于其前端，一連接桿43位于其后端，該連接桿通過支承銷44與其連接。所述圓筒形活門42的上端開有一長孔42b，其下端設(shè)有一開口42c，它們都位于圓筒形圓周壁42′上并相隔180°。45表示一彈簧，放置于所述導(dǎo)向桿41的臺階41e與圓筒形活門42的彈簧支承板42a之間，它可以在Y方向頂住圓筒形活門42。46表示一止動環(huán)，它旋在導(dǎo)向桿41的外螺紋41b上，用以防止圓筒形活門42在Y方向上脫落。47表示一O型圈。
按上述方式制造的加料機構(gòu)40S，插在所述加料室30的橫向通孔32中，并用一定位螺釘48固定在加料室30上。導(dǎo)向桿41的放料孔41d的上端口，通過圓筒形活門42的上端長孔42b，與上垂直孔34U連通，而放料孔41d的下端口則被圓筒形活門42的圓形管壁封住。放料孔41d，上端長孔42b和下端開口42c間的位置關(guān)系是這樣的僅當(dāng)所述圓筒形活門42沿X方向以指定的距離滑移之后，放料孔41d的下端口才能通過下端開口42c與下垂直孔34d的上端口連通。支承銷44安裝在導(dǎo)向桿41的切槽41c內(nèi)并在其中運動，以防止圓筒形活門42轉(zhuǎn)動。
50F，50S表示二氣缸，安裝于加料室30的后側(cè)，用于使所述加料機構(gòu)40F，40S的圓筒活門42在水平方向上可彼此獨立地進行滑移，桿51F，51S分別地與加料機構(gòu)40F，40S的連接桿43連接。
60表示任于加料室30上方的加料部分，自此處可分別向所述加料機構(gòu)40F，40S加進助熔劑和樣品，其結(jié)構(gòu)如下述。61表示一底板，由樹脂類材料(如氟化樹脂)制成，它由止動件36，37固定在加料室30的上端面上，其表面應(yīng)是光滑的。底板61的上表面由彼此鄰接的凸表面61a和凹表面61b組成。凸表面61a的端頭為一傾斜面61a′。在凹表面61b上有二孔61b′，61b′，它們與加料室30的上垂直孔33U，34U連通。在孔61b′的端口周圍設(shè)有一O型圈槽61b″。62，62表示O型圈。
63表示一平板活門，它可在所述底板61的凸表面和凹表面上滑動，用以開閉孔口61b′。平板活門63在其下表面上也有形狀幾乎與所述底板61的凸表面和凹表面相同的凹表面63a和凸表面63b。凹表面63a上有二孔63a′，63a′，其位置與所述底板61的凹表面61上的二孔61b′，61b′對應(yīng)。63c表示連接部位，氣缸70的連桿71與其連接，該部位上有一凹槽63c′，這樣便可在其中放入連桿71的端部。
64表示一蓋板，其平面64a上設(shè)有二加料管64b，64c，加料管上又設(shè)有加料口64b′，64c′，分別供助熔劑F和樣品S加料用。在其二側(cè)有二裙部64d，它們垂直地向下延伸。所述裙部64d可將所述底板61和所述平板活門63的側(cè)邊限定住。
65表示蓋板，其平面65a上有二孔65b，65c，二所述加料管64b，64c可從其中穿過，在該平面的兩側(cè)還裝有帶有卡鉤件的二固定件65d，它們可將加料室30上端面上安裝的一對導(dǎo)向板66，67上的固定件66a，67a鉤緊。所述導(dǎo)向板66，67可防止平板活門63向側(cè)面偏移。68表示一彈簧，放置在蓋板65和蓋板64之間，以使蓋板64可借助此彈簧的向下壓緊力，將蓋板64緊壓在平板活門63的上端面63d上，這樣即可使蓋板64與所述平板活門63成整體地滑動。69表示O型圈，可放在O型圈槽38，39之中。此槽位于加料室30的上垂直孔33U，34U的上端進料口的端口周邊處。
再有，具有上述結(jié)構(gòu)的裝置的操作過程，可參照圖5和圖6說明如下。
(1)起始時，由于加料機構(gòu)40F，40S的圓筒形活門42，42的下端開口42c，42c的所在位置使其不能分別與下垂直孔33D，34D的上面部分連通，所述圓筒形活門42是封住的。還有另一種情況，即因為平板活門63的位置固定在使其上的二孔63a′，63a′不能與底板61上的二孔61b′，61b′連通的位置上，所以它也是不通的〔參閱圖5(A)〕。
(2)之后，通過操縱氣缸70，使平極活門63沿X方向以規(guī)定的距離移動(圖2)，所述孔63a′，63a′即可與孔61b′，61b′連通，平板活門63即開啟。這樣，加料管64b，64e，二孔63a′，63a′，二孔61b′，61b′，上垂直孔33U，34U和二放料孔41d，41d連通。不言而喻，此刻的圓筒形活門42的下端開口是封住的〔參見圖5(B)和圖2〕。
如上所述，因為在所述活門63的下表面上和所述底板61的上表面上加工有凹、凸表面，所以當(dāng)平板活門63滑動時，放置于底板61O型圈槽61b″，61b″中的密封用O型圈不會與所述平板活門63的下表面產(chǎn)生摩擦。
(3)當(dāng)平板活門63開啟后，即可將助熔劑F和樣品S，通過加料孔64b′和64c′分別加進來，此時由于導(dǎo)向桿41的二放料孔41d，41d的底側(cè)是封閉的〔參見圖5(B)〕，所以，所加料將暫時停留在加料機構(gòu)40F和40S中。
(4)然后，氣缸2將下電極20降下，將分析用的坩鍋C放置于電極端面21上，氣缸2再升起，并使坩鍋C放置于上電極10和電極20之間，并且二電極10，20都閉合住。
然后，將一控制開關(guān)(未示出)閉合，對坩鍋C進行通電。此時，通過坩鍋C以使其加熱的電功率值是這樣確定的，即此值須大于分析時的電功率值，坩鍋C須長時間地通電(見圖6)。最初的脫氣過程就是這樣進行的。此過程中的溫度可達約2，500-3000℃。
從另一方面看，當(dāng)所述上電極10和所述下電極20閉合后，氣缸70即退回，以使平板活門63沿Y方向滑動，從而將其再次封閉。很明顯，平板活門63的下表面既使在滑動時，也不會與O型圈62，62產(chǎn)生摩擦。這樣，當(dāng)平板活門63被封住時，即可將載氣通過上垂直孔33U，34U充進來，于是加料機構(gòu)40F，40S中的助熔劑F和樣品將隨著載氣而沖走。
(5)完成了最初的脫氣過程之后，氣缸50F即動作，以使加料機構(gòu)40F的圓筒形活門42沿X方向，以規(guī)定的距離滑動，從而將圓筒形活門42打開，下端開口42c與導(dǎo)向桿41的放料孔41d的下端口可重合，還可與加料室30的下垂直孔33d的上端重合。這樣，放料孔41d即可通過上電極10的豎直通孔12與坩鍋C的端口連通。其結(jié)果是，保留在所述放料孔41d中的助熔劑F即可落入到充分加熱的坩鍋C之中〔見圖5(C)〕。于是，即開始了第二個脫氣過程。在此過程中，對坩鍋C施加的電功率值低于最初階段的值，時間也較最初階段的短。助熔劑的脫氣過程就是這樣完成的(參見圖6)。第二個脫氣過程的溫度較最初階段的要低，約為2，000-2，500℃。
在加了助熔劑F之后，圓筒形活門42退回至封閉狀態(tài)。
(6)隨后，再次對坩鍋C進行加熱，以便對樣品進行分析。氣缸50S動作，使加料機構(gòu)40S的圓筒形活門42打開，其情況如同上述添加助熔劑的情況一樣，這樣，樣品S即落入到坩鍋C之中〔見圖5(d)〕。當(dāng)將樣品S加熱到約2，000-2，500℃時，即可與坩鍋中已有的助熔劑一起熔化，并產(chǎn)生氣體(如圖6所示，在此實施方案中，盡管在分析過程中，坩鍋C的加熱溫度與第二個脫氣過程中的溫度幾乎是相同的，然而，這不是非要如此不可)。所產(chǎn)生的氣體將隨同載氣進入到分析儀(未示出)中，并在其中進行規(guī)定的氣體分析。
在上述的實施方案中，除了金屬之外，陶瓷也可用作樣品S。惰性氣體，例如氦也可用作載氣。
盡管在上述的實施方案中二加料機構(gòu)40F，40S是分別驅(qū)動的，在坩鍋C通電之后，助熔劑F和樣品S也是分別放進坩鍋C中的。但在下述條件下，僅可以使用一個加料機構(gòu)來加熱坩鍋C，所述條件是將助熔劑F放進加料機構(gòu)，對坩鍋C進行加熱以完成最初的脫氣過程，在完成最初的脫氣過程之后，所述助熔劑F即可落入到坩鍋C中，以繼續(xù)完成第二個脫氣過程，同時樣品S即可放入到加料機構(gòu)中，在安成了第二個脫氣過程之后，所述樣品S即可落入到坩鍋C中。此時，施加的電功率和通電時間，可按上述實施方案中的那樣來確定。
本發(fā)明提出的方法并不僅僅能應(yīng)用于如上述實施方案中所說明的那樣，還可以應(yīng)用于下述不同的實施方案中(1)在完成了最初階段和第二個脫氣過程之后，不僅可以將樣品，還可以將第二助熔劑(不是指在第二脫氣過程中投入的那個)同時投入到坩鍋中。
(2)在完成了最初階段的脫氣之后，便可以將樣品隨同助熔劑一起投入到坩鍋中。這樣做有這樣一個優(yōu)點，即在第二個脫氣過程中，可以將樣品中的背景元素(干擾元素)去掉。還有，必須使第二個脫氣過程中的溫度低于樣品分析過程中的溫度，這樣，待分析的成分便不會在第二個脫氣過程中呈氣態(tài)逸出。
另外，在所用的助熔劑空白值很小且是恒定的情況下，則無須對所述助熔劑進行脫氣即可進行分析。在這種情況下，在對坩鍋C進行加熱以進行規(guī)定的脫氣過程之后，僅需要將樣品S和助熔劑F同時放入到坩鍋C之中，而后進行規(guī)定的分析。
正如上面已詳細說明了本發(fā)明所提出的方法那樣，一開始僅對坩鍋進行加熱，溫度最高，以實現(xiàn)最初階段的脫氣過程，然后將助熔劑放入到坩鍋中，此時，坩鍋的加熱溫度低于最初階段的脫氣溫度，以進行第二個脫氣過程。坩鍋本身的脫氣過程主要是在最初階段的脫氣過程中完成的，而助熔劑是在第二個脫氣過程中完成其脫氣的，這樣便有效地實現(xiàn)了脫氣過程。還有，因為第二個脫氣過程是在加進助熔劑之后，施加電功率小于最初階段脫氣過程的電功率的情況下進行的，因而可防止熔化的助熔劑從坩鍋中飛濺出來，或者滲入到坩鍋中去。而這種現(xiàn)象對常規(guī)方法來講是常發(fā)生的。這樣，助熔劑便可在樣品分析過程充分發(fā)揮其熔劑作用，因而可穩(wěn)定地和準確地進行分析。根據(jù)本發(fā)明提出的方法，除了高純度和高質(zhì)量的助熔劑可以使用外，還可使用多種其他的助熔劑，并且助熔劑的空白值可明顯地降低，就是說，不僅提高了分析的準確性，還可降低分析的運行成本。
另外，如上所詳述的，本發(fā)明將一加料室放置于上電極之上，加料室中有一導(dǎo)向桿，一可套在導(dǎo)向桿上的圓筒活門，所述導(dǎo)向桿上有一放料孔，此孔可與上電極中的一豎直通孔連通，而所述的圓筒形活門的沿其圓周上設(shè)有一上端長形孔和一下端口，這樣，僅當(dāng)圓筒形活門滑動使所述下端口與所述的放料孔重合時，所述放料孔的下端口才開啟。助熔劑可短時地放置于放料孔之中，此放料孔是由圓筒形活門控制其開啟和關(guān)閉的。因此，即便在坩鍋脫氣過程的中途，也可將助熔劑放進所述坩鍋中，這樣便可對助熔劑進行加熱而無損于其本來的功用，從而使氣體析出過程能平穩(wěn)地和有效地進行。
另外，由于是通過滑動圓筒形活門打開放料孔的下端口的，因而，暫時放置于所述放料孔中的樣品和助熔劑即可全部落入到坩鍋中，這樣，便可以消除通常這類裝置中所碰到的，將樣品落在坩鍋外面或卡在中途的缺點。規(guī)定數(shù)量的樣品或類似物總可以落在坩鍋中。這樣便可以得到準確的分析結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種利用坩鍋分析樣品中元素的方法，該方法可將樣品，例如金屬和助熔劑放置于坩鍋之中，此坩鍋放置于上電極和下電極之間，可以用對所述坩鍋直接進行通電的方法，熔化所述樣品和分析所述樣品中的元素，其特征在于首先，坩鍋在高溫下進行加熱，以實現(xiàn)最初階段的脫氣，然后將助熔劑放置于所述坩鍋之中，隨后對坩鍋進行加熱，其溫度低于最初階段脫氣過程中的溫度，以實現(xiàn)第二脫氣過程。
2.一種使用坩鍋進行樣品中元素分析的裝置，其特征是在上電極上方安裝有一加料室，該室中設(shè)有一導(dǎo)向桿，一圓筒形活門，該活門套在所述的導(dǎo)向桿上，所述的導(dǎo)向桿上有一放料通孔，它可與上電極中的一豎直通孔連通，所述圓筒形活門沿其圓周上有一上端長孔和一下端開口，這樣，所述放料孔的下端僅在所述圓筒形活門滑動到使其下端開口與所述放料孔重合之時才開啟。
專利摘要
一種用直接對坩鍋進行通電以加熱坩鍋并熔化坩鍋中樣品來對樣品中的元素進行分析的方法及其裝置。首先對坩鍋進行高溫加熱以實現(xiàn)最初階段的脫氣，然后將助熔劑投入所述坩鍋中再次加熱，但加熱溫度低于最初階段脫氣的溫度，以實現(xiàn)第二脫氣過程。分析裝置有一加料室，其中裝有一導(dǎo)向桿和一套在其上的圓筒形活門，導(dǎo)桿上有一放料通孔，它可以與上電極中的一通孔連通，圓筒形活門沿其圓周上設(shè)有上端長孔和一下端開口，僅當(dāng)圓筒形活門滑動到下端開口與放料孔重合時，放料孔的下端口才開啟。
文檔編號G01N33/20GK86100438SQ86100438
公開日1987年9月2日 申請日期1986年2月20日
發(fā)明者谷本正博, 辻勝也 申請人:株式會社堀場制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan