Die Verarbeitung zeitlich variierender Emissionen in der optischen -Emissions-Spektrometrie (OES) ist auch heute keine alltägliche Applikation. Die Erfassung eines solchen „transienten“ Emissionssignals ergibt sich jedoch bei zahlreichen Anwendungen. So führt jede chromatographische Trennung zu einem unregelmäßigen Eintrag in die Detektoreinheit, also z.B. eine spektrometrischen Plasma-Anregungseinheit. Ein handelsüblicher Detektor ist zum Beispiel der Atom-Emissions-Detektor (AED) der Firma Hewlett Packard.
Für eine spezielle Anwendung im Umweltbereich wurde ein System gesucht, bei dem die quantitative Detektion der spektralen Halogenemissionen transient erfolgte. Zu diesem Zweck wurde auf der Basis des LABVIEW-Treibers für das PC 2000 eine Erfassungs- und Auswertungssoftware entwickelt, welche die gewünschten Aufgaben erfüllt.
Für die Anwendung wurden 2 Spektrometer (PC 2000 Master + Slave) eingesetzt. Der nutzbare Spektralbereich lag für die Masterkarte bei 720 – 960 nm und für die Slavekarte bei 450 – 720nm. Es wurden jeweils Gitter mit 1200 Linien / mm eingesetzt. Durch den 5 mm – Spalt wurde so eine optische Auflösung von < 0,4nm erreicht.
Der Messaufbau mit der Mikrowellenplasma-Kammer und dem Injektionsblock zur Probenaufgabe ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.
Abbildung 1: Foto des Messaufbaus zur Erzeugung und Erfassung transienter Halogensignale
Im ersten Schritt erfolgte die Ermittlung der geeignetsten Emissionslinien für Fluor (685,603 nm), Chlor (837,594 nm), Brom (889,762 nm) und Iod (804,093 nm) und deren Separierung aus dem Gesamtspektrum. Diese sollten genügend Intensität zur Detektion kleiner Konzentrationen besitzen, aber gleichzeitig einen zufriedenstellenden linearen Arbeitsbereich bei Detektion mit dem CCD-Detektor des Spektrometers ermöglichen. Da der LABVIEW-Treiber nur qualitative Aussagen erlaubte, folgte die Entwicklung einer Software mit der sowohl die transiente Erfassung als auch Auswertung (einschließlich Untergrundkorrektur) der Signale möglich ist. Dies sollte simultan für alle Halogene erfolgen.
Um die vorgenannten Bedingungen zu erfüllen ist die Optimierung der Integrationszeit des CCD von erheblicher Bedeutung. Wie aus Abb.2 zu erkennen führen intensive Emissionen bei zu langer Integrationszeit zu Blooming (hier bei 765 nm bis 775 nm, sowie 785 nm und 792 nm).
Abbildung 2: Emissionsspektrum eines mikrowelleninduzierten Plasmas
von 720 nm bis 850 nm
Bei stark verringerten Integrationszeiten werden jedoch intensitätsschwache Emissionen nicht mehr ausreichend erfasst. Die Optimierung der Detektionszeit erfolgte für alle Halogene und ermöglichte deren lineare Erfassung ohne Blooming über einen Konzentrationsbereich von drei Dekaden.
Im zweiten Schritt setzte die Untergrundkorrektur und Auswertung der zeitlich variierenden Emission ein, welche zu einem nachfolgend illustriertem Graphen führte:
Abbildung 3: Darstellung einer ausgewerteten, transienten Chloremission
Im dritten Schritt wurde der Messverlauf einer eigens dafür entwickelten Integrationsroutine übergeben und erlaubte so die Quantifizierung des Messsignals.
In nachfolgenden Entwicklungsschritten gelang die Erweiterung der Detektionssoftware mit dem Sentronic Spektrometer PC 2000 auf bis zu 8 variable Emissionslinien, die jeweils für die simultane, transiente Detektion optimiert werden können. Es steht somit ein leistungsstarker multielementfähiger Detektor für den diskontinuierlichen Probeneintrag in der Atomspektrometrie zur Verfügung.
"Angewandte Atomspektroskopie" im Institut für Chemo- und Bisosensorik Münster -
Andre Klostermeier (Entwickler der o.g. Software)
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