Flammenphotometrie
Flammenphotometrie (AES) eignet sich insbesondere für die quantitative Bestimmung von Alkalimetallen wie Natrium (Na), Kalium (K) und Lithium (Li) und von Erdalkalimetallen wie Calcium (Ca). Die Messung mit AES erfolgt für diese Elemente simultan in einem Arbeitsschritt.
Aktuell wird die Elementanalytik vielfach mit aufwendigen Verfahren wie AAS, ICP-OES, Titration oder mit ionenselektiven Elektroden durchgeführt. Jetzt zeichnet sich ein Wandel ab und die bewährte Messtechnologie der AES-Flammenphotometrie löst diese häufig sehr teuren und zeitaufwändigen Techniken ab.
Durch konsequente Modernisierung der AES (AtomEmissionsSpektroskopie) und den besonderen Blick auf sicherheitstechnische Konzepte erschließen sich für viele kostensensitive Kundengruppen völlig neue Anwendungsfelder – von der automatisierten Wareneingangskontrolle bis hin zur Qualifizierung von FFP-Masken nach DIN 149. Mit Kosten von nur 1 Cent pro Messung ist die FP-8000-Serie die wirtschaftlichste Messmethode für Alkali- und Erdalkalimetalle.
parts per billion
Mit ppb wird eine dimensionslose Konzentrationsangabe und die Abkürzung für "parts per billion" benannt. Sie wird z.B. in der Rückstandsanalytik verwendet und gibt an, wieviel Gewichts- oder Volumeneinheiten einer Substanz in einer Mrd. Einheiten einer anderen Substanz enthalten sind. Beispiel: Zur Produktion von Mikrochips benötigt die Halbleiterindustrie Silizium, das weniger als 1 ppb Fremdatome als Verunreinigungen aufweist – also mehr als 99,9999999% reines Silizium.
Atomemissionsspektrometrie
Die Atomemissionsspektrometrie (AES) ist eine Analysemethode, die vor allem dafür eingesetzt wird um die Konzentration von Alkali- und Erdalkalimetallen in wässrigen Lösungen kostengünstig, präzise und schnell zu bestimmen. Es ist eine Relativmessung, bei der die unbekannte Konzentration einer Probe durch Vergleich mit einer als Standard bekannten Konzentration ermittelt wird.
parts per million
Die Konzentrationsangabe ppm ist die Abkürzung für “parts per million“ und heißt übersetzt Teile pro Million. Ein Wert von 10 ppm bedeutet also, dass z.B. 10 Milligramm Substanz in einem Kilogramm einer anderen Substanz befinden. Da Wasser bei Raumtemperatur etwa eine Dichte von 1 L pro Kilogramm hat, wird in der Analytik oft ppm mit mg/L gleichgesetzt. Beispiel: Mineralwasser darf nur als „natriumarm“ bezeichnet werden, wenn der Natriumgehalt des Wassers unter 20 ppm liegt.
Wie funktioniert ein Flammenphotometer?
Was wird mit dem Flammenphotometer (AES) gemessen?
Das Grundprinzip von Flammenphotometrie kennen wir aus dem Chemielabor: Bringt man Kali- oder Alkalimetalle in eine sehr heiße Flamme, erscheint eine für das jeweilige Element charakteristische Flammenfarbe. Bei der AES-Labormessung wird die Analysensubstanz als wässrige Lösung auf Knopfdruck angesaugt und mittels Druckluft als Trägergas feinst vernebelt (Aerosol). Danach wird sie in eine schwach leuchtende Flamme gesprüht. Durch die thermische Anregung der Flamme leuchten die Atome – jedes mit der für sie eigenen charakteristischen Wellenlänge.
Messung der Elemente Na, K, Ca und Li
Die ausgesandte Strahlung wird durch einen je Element passenden optischen Filter selektiert, so gelangt jeweils nur das Licht einer Wellenlänge auf den entsprechenden Photodetektor. Standardmäßig werden mehrere Detektoren gleichzeitig eingesetzt, so ist die simultane Bestimmung mehrerer Elemente möglich.
Je höher die Konzentration eines Elementes, umso stärker ist seine ausgestrahlte Lichtmenge. Über die Leuchtdichte wird die Konzentration der Messlösung bestimmt. Moderne Flammenphotometer berechnen automatisch die notwendigen Kurvenanpassungen, die nicht lineare Effekte ausgleichen und die hohe quantitative Präzision ermöglichen.
Aufklappen und den Analyseablauf im Detail sehen
Messen mit dem Flammenphotometer
Die Atom-Emissions-Spektrometrie zur Konzentrationsbestimmung von Flüssigkeiten liefert ein auf 8 Stellen genaues Messergebnis in 30 Sekunden und erfüllt alle wichtigen Industriestandards. Unsere Geräte bieten einen Probendurchlauf von bis zu 120 Messungen pro Stunde und ein vollautomatischer 24 H Messbetrieb ist möglich.
Hochgenaue Messungen dank idealem Proben-, Gas- und Luftgemisch
Die Analysesubstanz wird automatisch durch die Zugabe einer wässrigen Standby Lösung auf die benötigte Konzentration verdünnt. Im Anschluss wird die wässrige Lösung in den Zerstäuber gesaugt und extrem fein vernebelt, dies geschieht unter Zuhilfenahme des Venturi-Effektes. Zu große Tropfen werden in der Zerstäuberkammer aufgefangen und an einem Tropfensensor vorbei abgeleitet. Die Überwachung des Ausschusses dient als ein Regelparameter, mit dem der Probenfluss und die Zerstäubung optimal eingestellt werden können.
Stabile Messwerte durch eine definierte Flammenform
Die fein vernebelte Probe wird in der Gasmischkammer mit dem Brenngas vermischt, so dass ein ideales Proben-, Gas- und Luftgemisch entsteht. Als Brenngas kann Propan oder Acetylen verwendet werden.
Um stabile Messwerte zu erreichen, muss die Flamme sehr gleichmäßig brennen.12 Gasauslässe modellieren eine für die AES-Messung optimierte Flammenform. Luftströme stabilisieren diese und sorgen für ein gleichbleibendes Flammenbild, welches durch einen Glaszylinder zusätzlich geschützt wird.
Päzise Konzentrationsbestimmungen mittels hochsensibler Fotosensoren
Zu messende Elemente wie Natrium, Kalium, Calcium und Lithium emittieren durch die thermische Anregung Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge. Die unterschiedlichen Wellenlängen werden durch hochgenaue Fotosensoren detektiert. Bis zu 5 unterschiedliche Elemente können so simultan gemessen werden. Alternativ können auch unterschiedliche Konzentrationsbereiche desselben Elementes erfasst werden.
Sicherheit dank effizienter Kühlung und Überwachung
Um die Sicherheit für den Anwender zu erhöhen, reduziert ein integrierter Kühlluftstrom die heiße Abluft auf unter 50 °C. Außerdem überwacht das Gerät selbst kontinuierlich die Flamme. Bei Unregelmäßigkeiten werden die Sicherheitsventile automatisch geschlossen. Ein Probendurchlauf von bis zu 120 Messungen pro Stunde und ein vollautomatischer 24 H Messbetrieb sind möglich. Während des 24/7 Messbetriebs liefert das Flammenphotometer ein auf 8 Stellen genaues Messergebnis in 30 Sekunden und erfüllt alle wichtigen Industriestandards.
AES - Vergleich mit anderen Messverfahren
Die Krüss Flammenphotometer messen sehr wirtschaftlich. Die Betriebskosten bewegen sich pro Messung im einstelligen Cent-Bereich. Dies liegt zum einen an dem geringen Verbrauch der benötigten Standards und Gase sowie am unkomplizierten sowie verschleißarmen Messbetrieb. Bei alternativen AAS-Messungen kann beispielsweise allein der Wechsel der dort eingesetzten Hohlkathoden-Lampe für eines der zu testenden Elemente mehrere Hundert Euro kosten.
In der AES verwendete Brenngase wie Propan oder Acetylen hingegen sind günstig und einfach in der Handhabung. Entscheidend ist auch, dass Anwender der FP8000-Serie neben kommerziell erhältlichen Standards die nötigen Kalibrierlösungen auch aus preiswerten Salzen selbst herstellen können. Zudem entfällt bei unseren Flammenphotometer-Messungen die teure Entsorgung gefährlicher Reagenzien und Reaktionsprodukte im Vergleich zu alternativen Verfahren.
| AES | AAS | ICP - OES | Elektroden | Massenspektrometer | |
|---|---|---|---|---|---|
| Messbare Elemente | Alkali- und Erdalkalimetalle | VIELE | VIELE | Ein Element pro Elektrode | ALLE |
| Genauigkeit | HOCH | HOCH | HOCH | MITTEL | SEHR HOCH |
| Nachweisgrenzen | ppb bis ppm | ppb bis ppm | ppb bis ppm | ppb bis ppm | ppt und kleiner |
| Kosten pro Messung | NIEDRIG | MEDIUM | HOCH | NIEDRIG | SEHR HOCH |
| Messgeschwindigkeit | SEHR SCHNELL | MITTEL | MITTEL | LANGSAM | MITTEL |
| Multielementmessungen | JA | BEDINGT | JA | NEIN | JA |
| Gerätebedienung | EINFACH | ANSPRUCHSVOLL | ANSPRUCHSVOLL | EINFACH | SEHR ANSPRUCHSVOLL |
| Methodenerstellung | SEHR EINFACH | EINFACH | KOMPLEX | EINFACH | KOMPLEX |
| 24/7 - Messbetrieb | JA | JA | JA | BEDINGT | BEDINGT |
Ein Beitrag zur Elementanalytik mit Flammenphotometer (AES) wurde auch in der Fachzeitschrift LABO veröffentlicht. Die gesamte Ausgabe der LABO finden Sie hier als Download (Gesamtausgabe) oder Sie können den Beitrag direkt auf der LABO-Website als Online-Version lesen.
Anwendungsbereiche
Die Atom-Emissions-Spektrometrie erfüllt alle wichtigen Industriestandards. Sie ist technologisch bahnbrechend, schnell, leistungsfähig und hochgenau.
Das Anwendungsspektrum ist durch viele technische Verbesserungen heute breit gefächert: Die Flammenphotometer unserer FP8000-Serie eignen sich besonders für Industrieprozesse mit hohen Ansprüchen an Zuverlässigkeit oder für uneingeschränkten Dauerbetrieb. Die Messgeräte bieten sehr sichere Fernsteuerungsoptionen.
Durch den modularen Aufbau unserer Geräte ist eine Funktionserweiterung mit Nachrüstsätzen jederzeit möglich. So kann sofort auf die Veränderung von applikativen Anforderungen reagiert werden, z. B. mit einem Autosampler oder einer automatischen Verdünnungsvorrichtung (Diluter).
Wenn es um die Konzentrationsbestimmung von Alkali- und Erdalkalielementen geht, sind sie in vielen Laboren das Messgerät der Wahl. Wir haben eine Übersicht der wichtigsten Anwendungen und der empfohlenen Gerätemodelle erstellt.
How to use
Flammenphotometer – alle Vorteile im Überblick.
Komplexe Laboranalytik erfordert in der Regel kosten- und zeitintensive Schulungen der Mitarbeiter und eine sorgfältige Methodenerstellung. Die Bedienung unserer Flammenphotometer benötigt nur einen geringen Trainingsaufwand, denn die Messtechnik ist unkompliziert und speziell die Geräte der FP8000-Serie besitzen automatisierte Sicherheitsmechanismen und eine intelligente Messdatenauswertung. Unsere Kunden schätzen die einfache intuitive Bedienführung der benutzerfreundlichen Software.
Die FP8000-Serie erlaubt die Verwendung selbst angesetzter Kalibrierstandards mit frei wählbaren Konzentrationen.
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