Modifikationer til konventionelle flammeceller

Anvendelsen af flammeatomceller har mange fordele ved rutinemæssig analytisk bestemmelse. Disse omfatter det forhold, at de fleste grundstoffer let kan atomiseres af den passende flamme; flammeceller er let optimerede og enkle at anvende; og på grund af deres lange historie er der meget viden om deres grundlæggende adfærd. Desuden giver flammer et stabilt signal og giver et signal-til-baggrunds- og signal-til-støj-forhold, der muliggør en god følsomhed og præcision (0,4-2% r.s.d.) over et bredt bølgelængdeområde (200-800 nm). Der er imidlertid også en række praktiske ulemper, som man kan støde på ved anvendelse af konventionelle flammeceller. Den første af disse er, at konventionelle indirekte flammesystemer kræver relativt store opløsningsmængder for at fungere, hvilket afspejler det forhold, at kun ∼10% af den optagne opløsning leveres til flammen. Prøverne har også korte transittider i flammerne, hvilket giver anledning til muligheden for ufuldstændig fordampning som omtalt ovenfor, og når først atomerne er dannet, er de udsat for fortyndingseffekter fra den relativt store strømningshastighed af uforbrændt gas, der anvendes til at støtte flammen. Det er blevet anslået, at atomerne kun tilbringer 10-4 s i analysevolumenet – meget mindre end det, der er nødvendigt for at give et stabilt signal. Endelig kan der, selv om prøveindføringen fungerer godt for vandige opløsninger, opstå vanskeligheder, når man forsøger at forstøve organiske opløsningsmidler (som kan slukke flammen) eller indføre faste stoffer. For at afhjælpe disse mangler er der blevet foreslået en række ændringer af flammecellen.

Små prøver (25-200 mm3) kan indføres ved hjælp af pulseforstøvningsteknikken (også kendt som diskret prøveforstøvning, direkte injektionsbægerforstøvning, gulp-prøvetagning og Hoescht-bægerforstøvning). Denne teknik kan også anvendes til højere koncentrationer end normalt forstøvet. Et bæger eller en tragt af et inert materiale (f.eks. polytetrafluorethylen) fastgøres til forstøverens slange, og prøven anbringes i bægeret som en diskret alikvot ved hjælp af en mikropipette. Prøven forbruges fuldstændigt, og det forbigående topsignal registreres.

Anvendelse af forgrenede optagelseskapillærer, der er forbundet til forstøveren ved hjælp af et T-stykke, kan være fordelagtig, når der kræves en buffer eller ioniseringsundertrykker. Ud over at undgå tidskrævende opløsningstilberedning er det også muligt at kalibrere organiske ekstrakter ved hjælp af vandige standarder på denne måde. Denne fremgangsmåde kan også udvides til at koble mere komplekse flowinjektionssystemer, der anvender nye kemier, på samme måde.

Den sidste ændring, der almindeligvis anvendes, er brugen af prøvetagningsbåde og -kopper. Et af de første eksempler på en sådan anordning var Kahns prøveudtagningsbåd, hvor prøven blev fordampet fra en tantalbåd, som blot blev skubbet ind i flammen. Der kan opnås en forbedring af følsomheden for de lettere forstøvede elementer, selv om reproducerbarheden ofte er dårlig. En ændring af denne metode blev senere (1970) rapporteret af Delves, som erstattede tantalskibet med en nikkelmikrokrucibel, den såkaldte Delves-kop. Selve bægeret er monteret på en anordning, der gør det muligt at placere det i nærheden af flammen for at forkulle prøven, inden den sættes ind i flammen for at muliggøre forstøvning. Et nikkelabsorptionsrør blev også anbragt i flammen (justeret i forhold til den hule katodelampe på en sådan måde, at lyset uhindret kan passere gennem røret), idet atomerne kom ind gennem et hul halvvejs i længden af røret. På denne måde kunne man øge atomernes opholdstid i flammen. Sådanne anordninger anvendes nu sjældent.

Anvendelsen af rør til at øge atomernes opholdstid i analysezonen og dermed forbedre detektionsgrænserne er for nylig blevet rapporteret for en række forskellige anvendelser. Sådanne rør er ofte fremstillet af silica og har slidser, hvoraf den ene er direkte over brænderslidsen og den anden normalt er 180° for at mindske turbulensen i de varme gasser. Den forbedring af følsomheden, der er forbundet med disse rør, er generelt begrænset til de grundstoffer, der let kan dissocieres til deres grundtilstandsatomer i flammen. Elementer med relativt høje metaloxid-dissociationsenergier som f.eks. nogle af de overgangsmetaller, der normalt bestemmes bedst ved hjælp af lattergas-acetylenflammen, er udelukket på grund af det overdrevne termiske chok, som denne varmere flamme ville påføre kvartsrøret.

Og selv om de er meget nyttige til mange anvendelser, skal det understreges, at ovennævnte anordninger ikke løser alle de problemer, der er forbundet med brugen af flammer. F.eks. vil de ikke bidrage til at afhjælpe de brændte og kontinuerlige spektrer, der giver anledning til baggrundsstråling i flammer. De båndede spektrer skyldes de exciterede molekyler og radikaler i flammegasserne, mens dissociation, ionisering og rekombination af disse arter giver anledning til de kontinuerlige spektrer. En sådan baggrundsstråling er et særligt problem i flammer, når der anvendes lave bølgelængder (dvs. under 200 nm). Andre problemer i forbindelse med brugen af flammer omfatter spredningsstråling som følge af partikler i lysbanen og forskellige sikkerhedskrav, især med hensyn til eksplosionsfare (altid til stede ved flammer med høj forbrændingshastighed) og giftige flammeprodukter (hvilket kræver brug af ekstraktionssystemer).