Flammenphotometrie – Alkali-und Erdalkalimetall-Analyse
Mit Messkosten von nur etwa 1 Cent pro Analyse stellt Flammenphotometrie (AES) derzeit die wirtschaftlichste Methode zur Bestimmung von Alkali- und Erdalkalimetallen dar. Die modernen Flammenphotometer ersetzen zunehmend teure und zeitintensive Techniken der Elementanalytik wie z. B. die AAS, ICP‑OES, klassische Titrationen oder Messungen mit ionenselektiven Elektroden.
Durch technische Weiterentwicklungen und verbesserte Sicherheitskonzepte erschließt die KRÜSS Optronic FP8000‑Serie neue Einsatzfelder für kostensensitive Anwender – von der automatisierten Wareneingangskontrolle bis hin zur Qualifizierung von FFP‑Masken nach DIN 149.
Mit der AES-Relativmessung werden sehr geringe Konzentrationen zuverlässig erfasst: die Ausgabe der Ergebnisse in präzisen Einheiten wie ppm und ppb ist ein Pluspunkt für analytische Genauigkeit und fundierte Entscheidungen.
Inhalt
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 sich 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 gemessen?
Das Prinzip von Flammenphotometrie kennen wir aus dem Chemielabor: Werden Kali- oder Alkalimetalle in eine sehr heiße Flamme gebracht, 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.
Prinzip der Elementanalytik 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.
Messvorgang und Sicherheitsfunktionen
Die Atomemissionsspektrometrie (AES) liefert innerhalb von nur 30 Sekunden ein auf acht Stellen genaues Konzentrationsergebnis und erfüllt dabei alle relevanten Industriestandards. Mit einem Probendurchsatz von bis zu 120 Messungen pro Stunde und der Möglichkeit eines vollautomatischen 24‑Stunden‑Betriebs bietet die FP8000‑Serie eine hoch effiziente Technik. Hier der Flammenphotometer Aufbau mit dem komplexen Messvorgang im Detail.
Optimales Gemisch, genaue Messung
Für höchste Präzision sorgt ein perfekt abgestimmtes Gemisch aus Probe, Gas und Luft. Die Analyselösung wird automatisch verdünnt und per Venturi‑Effekt fein vernebelt. Zu große Tropfen werden in der Zerstäuberkammer abgeschieden und über einen Tropfensensor überwacht. Für die Messung werden so Probenfluss und Zerstäubung optimal geregelt.
Stabile Werte durch definierte Flamme
Die fein vernebelte Probe wird in der Gasmischkammer mit Propan oder Acetylen zu einem idealen Proben‑, Gas‑ und Luftgemisch vereint. Für maximale Stabilität formt ein System aus 12 Gasauslässen eine perfekt definierte Flamme. Präzise Luftströme und ein schützender Glaszylinder sichern ein ruhiges Flammenbild – die Basis für konstant zuverlässige Messwerte.
Exakte Analyse mit Präzions-Fotosensoren
Elemente wie Natrium, Kalium, Calcium und Lithium senden unter thermischer Anregung Licht in charakteristischen Wellenlängen aus. Die hochpräzisen Fotosensoren erfassen diese Signale und ermöglichen die simultane Messung von bis zu fünf Elementen. Alternativ lassen sich auch unterschiedliche Konzentrationsbereiche eines einzelnen Elements sicher bestimmen.
Sicherheit dank effizienter Kühlung und Überwachung
Ein integrierter Kühlluftstrom senkt die Ablufttemperatur auf unter 50 °C und erhöht so die Anwendersicherheit. Gleichzeitig überwacht das Gerät permanent die Flamme und schließt bei Abweichungen automatisch die Sicherheitsventile. Mit bis zu 120 Messungen pro Stunde und vollautomatischem 24/7‑Betrieb liefert das System in nur 30 Sekunden hochpräzise, achtstellige Messergebnisse nach Industriestandard.
Flammenphotometer messen sehr genau & günstig, Wie stark dieser Effizienzgewinn ist, zeigt der Vergleich von unterschiedlichen Messverfahren.
Flammenphotometrie – Vergleich mit anderen Messverfahren
Die KRÜSS Optronic Flammenphotometer arbeiten sehr wirtschaftlich: Die Betriebskosten liegen pro Messung im einstelligen Cent‑Bereich. Grund dafür sind der geringe Verbrauch an Standards und Brenngasen sowie der verschleißarme, unkomplizierte Messbetrieb.
- Im Vergleich dazu verursachen alternative Absorptions-Verfahren wie die AAS (Atomabsorptionsspektroskopie) deutlich höhere Kosten – allein der Wechsel einer Hohlkathodenlampe für ein einzelnes Element kann mehrere Hundert Euro betragen.
- Beim AES-Messverfahren eingesetzte Brenngase wie Propan oder Acetylen sind kostengünstig und leicht handhabbar. Ein weiterer Vorteil der FP8000‑Serie: Anwender können Kalibrierlösungen nicht nur aus kommerziellen Standards, sondern auch aus preiswerten Salzen selbst herstellen.
- Zusätzlich entfällt beim Flammenphotometern die teure Entsorgung gefährlicher Reagenzien und Reaktionsprodukte, wie sie bei anderen analytischen Verfahren häufig anfällt.
| Flammenphotometer |
AAS (Alternative) |
ICP – OES (Alternative) | Elektroden (Alternative) | Massenspektrometer (Alternative) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Messbare Elemente | Alkali- und Erdalkalimetalle | VIELE | VIELE | Ein Element pro Elektrode | ALLE |
| Genauigkeit | HOCH | MITTEL | MITTEL | 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.
A.KRÜSS-Beitrag Elementanalytik in LABO
Anwendungsbereiche
Die Atom-Emissions-Spektrometrie erfüllt alle wichtigen internationalen Normen und Standards wie GMP/GLP und 21 CFR Part 11 & EU Annex 11. Sie ist technologisch bahnbrechend, schnell, leistungsfähig und hochgenau.
Das Anwendungsspektrum ist durch viele technische Verbesserungen heute breit gefächert: Die FP8000-Serie eignet sich besonders für Industrieprozesse mit hohen Ansprüchen an Zuverlässigkeit oder für uneingeschränkten Dauerbetrieb. Die Messgeräte bieten sehr sichere Fernsteuerungsoptionen.
Durch den modularen Aufbau der Analysegeräte 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.
Anwendungsbereiche Flammenphotometer
How to use – Praxisvideos von Experten
Flammenphotometer kaufen – alle Vorteile im Video
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.
https://www.youtube.com/watch?v=7Nb0XcodewU&list=PLpOJLUHTZNMFKsyEoOa5pu6gAq5XuVBbP&index=2