Modifieringar av konventionella flamceller

Användningen av flamatomceller har många fördelar för rutinmässig analytisk bestämning. Dessa inkluderar det faktum att de flesta grundämnen lätt kan atomiseras av lämplig låga; flamceller är lätt optimerade och enkla att använda; och på grund av deras långa historia är mycket känt om deras grundläggande beteende. Dessutom ger flammor en jämn signal och erbjuder signal/bakgrund- och signal/brus-förhållanden som underlättar god känslighet och precision (0,4-2 % r.s.d.) över ett brett våglängdsområde (200-800 nm). Det finns emellertid också ett antal praktiska nackdelar som kan uppstå vid användning av konventionella flamceller. Den första av dessa är att konventionella indirekta flamsystem kräver relativt stora volymer lösning för att fungera, vilket återspeglar det faktum att endast ∼10 % av den lösning som tas upp levereras till flamman. Proverna har också korta transittider i flammarna, vilket ger upphov till möjligheten till ofullständig förångning som diskuterats ovan, och när atomerna väl har bildats är de utsatta för utspädningseffekter från det relativt höga flödet av oförbränd gas som används för att stödja flamman. Det har uppskattats att atomerna tillbringar endast 10-4 s i analysvolymen – mycket mindre än vad som krävs för att ge en stabil signal. Slutligen, även om provintroduktionen fungerar bra för vattenlösningar kan svårigheter uppstå när man försöker nebulisera organiska lösningsmedel (som kan släcka lågan) eller introducera fasta ämnen. För att komma till rätta med dessa brister har ett antal modifieringar av flamcellen föreslagits.

Små prover (25-200 mm3) kan föras in med hjälp av tekniken pulse nebulization (även känd som discrete sample nebulization, direct-injection cup nebulization, gulp samp sampling och Hoescht cup nebulization). Denna teknik kan också användas för högre koncentrationer än de som normalt nebuliseras. En kopp eller tratt av ett inert material (t.ex. polytetrafluoretylen) kopplas till nebulisatorslangen och provet läggs i koppen som en diskret alikvot med hjälp av en mikropipett. Provet förbrukas helt och den övergående toppsignalen registreras.

Användning av förgrenade upptagskapillärer, som är anslutna till nebulisatorn med hjälp av ett T-stycke, kan vara fördelaktigt när en buffert eller en joniseringsundertryckare krävs. Förutom att man undviker tidskrävande beredning av lösningar är det också möjligt att kalibrera organiska extrakt med hjälp av vattenstandarder på detta sätt. Metoden kan också utvidgas för att på samma sätt koppla ihop mer komplexa flödesinjektionssystem som använder nya kemier.

Den sista modifieringen som vanligen används är användningen av provtagningsbåtar och -koppar. Ett av de första exemplen på en sådan anordning var Kahns provtagningsbåt, där provet förångades från en tantalbåt som helt enkelt trycktes in i lågan. En förbättring av känsligheten kan uppnås för de mer lättfördelade elementen, även om reproducerbarheten ofta är dålig. En modifiering av detta tillvägagångssätt rapporterades senare (1970) av Delves, som ersatte tantalbåten med en mikrokryssare av nickel, den så kallade Delves-koppen. Själva koppen är monterad på en anordning som gör det möjligt att placera den nära lågan för att förkolna provet innan det förs in i lågan för att möjliggöra atomisering. Ett nickelabsorberingsrör placerades också i lågan (anpassat till den ihåliga katodlampan på ett sådant sätt att ljuset obehindrat kan passera genom röret), och atomerna kom in genom ett hål halvvägs längs dess längd. På detta sätt kunde atomernas uppehållstid i lågan ökas. Sådana anordningar används numera sällan.

Användningen av rör för att öka atomernas uppehållstid i den analytiska zonen och därmed förbättra detektionsgränserna har på senare tid rapporterats för en rad olika tillämpningar. Sådana rör tillverkas ofta av kiseldioxid och har slitsar, en direkt ovanför brännarens slits och den andra vanligen i 180° vinkel, för att minska turbulensen i de heta gaserna. Den förbättring av känsligheten som är förknippad med dessa rör är i allmänhet begränsad till de grundämnen som lätt kan dissocieras till sina atomer i grundtillstånd i flamman. Element med relativt höga metalloxiddissocieringsenergier, t.ex. vissa av övergångsmetallerna, som normalt bäst bestäms med hjälp av lustgas-acetylenflamman, är uteslutna på grund av den överdrivna termiska chock som denna varmare låga skulle innebära för kvartsröret.

Och även om de är mycket användbara för många tillämpningar bör det understrykas att de ovan nämnda anordningarna inte kommer att övervinna alla problem som är förknippade med användningen av flammor. De kommer till exempel inte att bidra till att lindra de brännmärkta och kontinuerliga spektra som ger upphov till bakgrundsstrålning i flammor. De bandade spektren uppstår från de exciterade molekylerna och radikalerna i flamgaserna, medan dissociation, jonisering och rekombination av dessa arter ger upphov till de kontinuerliga spektren. Sådan bakgrundsstrålning är ett särskilt problem med flammor när man använder låga våglängder (dvs. under 200 nm). Andra problem som är förknippade med användningen av flammor är bl.a. spridningsstrålning till följd av partiklar i ljusbanan och olika säkerhetskrav, särskilt när det gäller explosionsrisker (som alltid finns med flammor med hög brinnhastighet) och giftiga flamprodukter (som kräver användning av extraktionssystem).