WO2007051653A1 - Method and apparatus for heating of sample material by means of microwaves - Google Patents

Method and apparatus for heating of sample material by means of microwaves Download PDF

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WO2007051653A1
WO2007051653A1 PCT/EP2006/010664 EP2006010664W WO2007051653A1 WO 2007051653 A1 WO2007051653 A1 WO 2007051653A1 EP 2006010664 W EP2006010664 W EP 2006010664W WO 2007051653 A1 WO2007051653 A1 WO 2007051653A1
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WO
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sample
microwave
heating element
temperature
space
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PCT/EP2006/010664
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Inventor
Werner Lautenschläger
Martin Metzger
Frank Bismor
Original Assignee
Mikrowellen-Systeme Mws Gmbh
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/72Radiators or antennas
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/647Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques
    • H05B6/6491Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with the use of susceptors
    • H05B6/6494Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with the use of susceptors for cooking

Definitions

  • the present invention relates to a method for heating sample material with introduction of microwaves, as well as a device with a microwave chamber for heating sample material.
  • Such methods and apparatus for treating sample material are known per se from laboratory technology.
  • such devices serve to heat sample material as part of chemical analysis to trigger evaporation events.
  • microwave radiator or microwave transmitter for irradiation of the "microwave space” or “treatment space” is usually provided a microwave radiator or microwave transmitter in the form of a magnetron.
  • the microwave space is usually metallic
  • the intensity of the microwave radiation emitted by the microwave radiator can usually be changed, for example, "steplessly", so that influence on the energy input into the microwave space can be taken in.
  • the absorption of microwaves by an at least partially microwave-absorbing body depends on the intensity of the microwave dependent on him microwave radiation, so that by changing the intensity of the microwave irradiation Influence on the temperature behavior of this body can be taken.
  • sample containers or “containers” are provided for receiving sample material, and these containers are placed in the treatment or microwave room with the sample material placed therein, where they are then exposed to microwave irradiation.
  • sample material is itself (at least partially) microwave-absorbing, it will heat upon microwave irradiation by absorbing this radiation.
  • a device can thus serve in particular for a treatment of microwave-absorbing sample material.
  • the sample material is not or only slightly microwave-absorbing, it can be provided that the sample material is heated indirectly, for example by the sample container consists of microwave-absorbing material. In the case of microwave irradiation, heating of the container thus occurs and the heat produced there is then passed on to the sample material in the container by heat conduction or possibly also by convection.
  • the term "indirect heating" of the sample material is intended to express that the sample material itself is not or only slightly microwaveable and that the heating takes place at least predominantly by absorption of heat from the environment.
  • a sample container in which the sample material is located and / or a gaseous Environment, so for example air, which surrounds the sample material in the microwave space.
  • indirect heating element is understood to mean an at least partially microwave-absorbing body which can transfer heat (directly or indirectly via an intermediate body) to the sample material via heat conduction. "At least partially” is intended here to mean that the indirect heating element. In any case, when microwave irradiation is heated more than the sample material, so that a heat flow of the
  • Heating element in the direction of the sample material is formed.
  • sample material of a known mass is heated or heated in such a way that evaporation or combustion processes occur, through which part of the sample material is released into the environment or burns up or burns.
  • the mass of the remaining sample material is less than the mass of the original sample material. Subsequently, this remaining mass of the
  • Sample material in a predetermined manner changes, so that the temperature in the treatment process at least temporarily follows a given or pre-recorded temperature curve, or "temperature curve” .
  • This curve can also be referred to as a "setpoint curve” or "reaction curve”.
  • European Patent EP 0 592 654 B2 discloses a device for evaporating treatment which has a microwave space.
  • Containers are provided for receiving sample material, wherein the containers may consist of a microwave-absorbing material, so that indirect heating of the sample material via the containers is made possible.
  • the containers may according to this prior art of plastic material, such as PTFE Teflon (polytetrafluoroethylene) exist and are particularly intended as a pressure-stable container.
  • plastic material such as PTFE Teflon (polytetrafluoroethylene) exist and are particularly intended as a pressure-stable container.
  • the pot-like shape of the container causes "heat build-up" in the region of the sample material, so that the air (or more generally the corresponding gas mixture) in the container heats up, for example as a result of the heat radiation from the container into the interior of the container.
  • a corresponding adaptation of the temperature of the sample material is generally appreciably delayed as the irradiated microwaves are reduced. This also precludes a precise control of the sample material temperature according to a predetermined reaction curve.
  • the detection of the temperature of the sample material as z. B. by infrared measurement from the prior art, for. B. from the cited EP 0 592 654 B2 is known, does not change the principles and effects described above.
  • the temperature measured in this way makes it possible to determine with hindsight what time course the temperature of the sample material has taken.
  • a precise and reliable control of the temperature profile requires, first of all, that the temperature of the sample material be fast and can be selectively changed. This is contrary to the above effects.
  • the object of the present invention is to specify a method and a device for treating, in particular, no or only insignificantly microwave-absorbing sample material using microwave irradiation, with which or with which the time profile of the temperature of the sample material can be better controlled.
  • a method of heating sample material comprising the steps of: placing the sample material in a microwave space relative to a heating element of microwave absorbing material such that the heating element does not substantially extend beyond the level of the sample material and the sample material is in direct or indirect bathleitcard to the heating element.
  • the entry of microwaves for heating the heating element is provided.
  • the heating element in the microwave chamber heats up due to its microwave-absorbing properties. Due to the politiciansleittures then the thus transferring heat from the heating element to the sample material and thus heating the sample material.
  • the heating element does not extend at least substantially above the level of the sample material, it is achieved that, after a reduction in the intensity of the microwave radiation radiated into the microwave space, no further heat emission from heat stored in the heating element ("postheating") from the side or As a result, the temperature of the sample material can be adjusted more quickly with microwave reduction.
  • the microwave radiation on the way between the transmitter, so z. B. the magnetron and the heating element is not weakened by absorption. This also causes a particularly rapid response of the temperature change of the heating element due to a change in the irradiance.
  • the heating element can be manufactured with comparatively low cost of materials, so that it has a correspondingly small heat capacity. This is a particularly rapid heating and cooling or general
  • the temperature of the sample material can be adapted very quickly when the intensity of the irradiated microwave irradiation changes.
  • the tracking of a setpoint curve is therefore possible with much greater accuracy and faster response.
  • a so-called “hysteresis-free” regulation of the temperature of the sample material is effected, whereby under “hysteresis” here the Residue of the temperature adaptation of the sample material to be understood against a change in the microwave irradiation. In other words, the duration of the temperature adjustment is thus shifted to zero.
  • the heating element must therefore not extend "substantially" beyond the level of the sample material, ie it must be ensured that a corresponding free space without heating element is created above this level It can be said that the ratio between a first vertical extension between the support level of the sample material and the level of the upper limit of the heating element to a second vertical extent between this upper limit of the heating element and the upper limit of the microwave space a predetermined value, for example, "1: 1" or "1 : 2 "may not exceed.
  • sample support or “sample holder” is understood to mean a means for holding the sample material in the microwave space.
  • this means may be designed, for example, as a “support”, in the sense of “plate” or the like, ie with a substantially flat surface on which the sample material can be easily applied, or but as a “receptacle” in the sense that an edge is provided on a corresponding support, which secures the applied sample material against a lateral breakout.
  • the “sample support / sample holder” can be a “sample plate” with a flat surface or, for example, a dish-shaped sample receptacle which differs from the sample plate by a certain edge elevation viscous sample in this sense, a “sample recording” is suitable.
  • the inventive method can be advantageously designed by the sample material is placed on a sample support / sample holder in the microwave space. This makes it possible to keep the upper half space around the sample material free of solids. Through this free space formed the formation of a heat accumulation is avoided. This also contributes to the shortening of the reaction time in the temperature adjustment of the sample material due to a change in the intensity of the irradiated microwave radiation. This of course applies to any solid, regardless of its microwave absorbing property. In particular, therefore, no "cup-shaped" body, for example in the form of side walls of a sample container, must be provided around the sample material. (Also for this clearance, an indication of a minimum vertical extension could be made in analogy to the above statements.)
  • the sample material may be in direct contact with the heating element or in indirect.
  • a sample support / sample holder itself may be provided as a heating element, on which the sample material is arranged directly.
  • the heat conduction takes place directly between the heating element in the form of the sample support / sample holder and the sample material.
  • the contact area over which the heat conduction takes place is in this case comparatively large (so to speak "maximum") because it extends over the entire contact surface of the sample material.
  • the sample material is arranged in the microwave space on a sample support / sample holder made of essentially microwave-transparent material.
  • the shape of the sample supports / sample holder can be optimized independently of the heating element, ie in particular achieve a corresponding increase in surface area for the sample material to be recorded.
  • this sample support / sample holder made of substantially microwave-permeable material on which the sample material is arranged, this sample support / sample holder on the other hand is in direct or indirect varnishleitcard with the heating element, so that the sample material is in indirect politiciansleitcard to the heating element ,
  • the heating element can thereby be optimized independently of the sample support / sample holder in terms of its heat capacity, so in particular be dimensioned such that in the sense of the above representations a particularly rapid temperature adjustment is possible.
  • the heating element can be provided below the Probenaufläge / sample holder and the sample support / sample holder, for example, simply be placed on the heating element.
  • the size of the contact surface for heat conduction are chosen practically freely, so that in this way the heat conduction effect can be influenced.
  • the contact surface between the sample support / sample holder and the heating element can advantageously be made approximately annular.
  • the heat at a heat output of the heating element only short propagation paths back to the sample material, so that the heating takes place quickly.
  • the "unwanted" afterheating effect is comparatively low, since the contact surface and therefore the heat conduction effect are comparatively small due to the annular configuration.
  • the material of the sample support / sample holder is "substantially" microwave permeable in the sense that the heating of the heating element in microwave irradiation is noticeably faster than the heating of the sample support / sample holder.
  • the sample support / sample holder is intended to rapidly transfer the heat absorbed via the contact surface to the sample material, so that to that extent a material with a good heat-conducting property is particularly well suited.
  • a sample support / sample holder may be provided, which consists at least partially of glass fiber and / or quartz fiber material.
  • the temperature of the sample material or the heating element or the sample support / sample holder is detected. Further advantageously, the temperature detection is carried out during the microwave entry into the microwave space repeatedly. On the basis of this temperature measurement, a temperature curve can be made. Because of the fast Temperature adjustment can be assumed in a detection of the temperature of the heating element that this temperature is virtually representative of the temperature of the sample material.
  • the intensity of the microwave irradiation is then regulated as a function of the detected temperature.
  • an air flow takes place in the microwave space. This allows, for example, removal of moisture or solvent vapors.
  • a device for heating sample material which has a microwave chamber and a sample support / sample receptacle arranged therein for receiving the sample material. Furthermore, the device has a microwave-absorbing heating element, which in direct or indirect istuction with the sample material.
  • Sample support / sample holder is.
  • the heating element does not substantially extend beyond the level of the sample support / sample holder or, if appropriate, of the sample material located thereon.
  • the Probenaufläge / sample holder and the heating element may be formed in one piece or two pieces.
  • a two-piece embodiment is generally advantageous because, in this case, the heating element and the sample support / sample holder are simply different
  • the sample support / sample holder consists of a substantially microwave transparent material.
  • a material can be selected for the sample supports / sample receptacle that conducts the heat comparatively well (because of the above shown connections) and also as inert as possible, so that undesirable reactions with the resting sample material can be virtually excluded.
  • a material can be selected which stores comparatively poor heat, that is, has a comparatively low heat capacity, so that even a decrease in temperature or a reduction in temperature increase can take place particularly rapidly and thus supports a fast and easily controllable temperature control becomes.
  • a material for this example glass fiber and / or quartz fiber is particularly well.
  • the sample support / sample holder consists at least partially of a material which has the following properties: (i) it is chemically inert as far as possible in order not to interact undesirably with the resting sample material, (ii) it is in the temperature range intended for the treatment heat resistant, and
  • the said glass fiber and / or quartz fiber material is particularly suitable.
  • the Probenaufläge / sample holder and the heating element in the microwave space are arranged freely such that the sample support / sample receiving at least substantially laterally and above is not surrounded by microwave-absorbing material.
  • a change in the intensity emitted by the magnetron results in a corresponding change in the microwave radiation incident on the heating element directly, that is to say in particular without a time delay and without weakening.
  • This also favors a particularly rapid response of the temperature behavior when changing the microwave radiation. It is thus particularly advantageous in this respect if no sample container or the like of a material is arranged around the sample support / sample receiver / heating element arrangement, which at least partially absorbs microwaves.
  • the heating element should be arranged in the microwave space so that its surface is at least partially directly exposed to the microwave radiation, either directly from the microwave radiator or example once (almost lossless) has been reflected on one of the inner walls of the microwave space.
  • a free space is advantageously formed in the microwave space in the upper half-space around the sample material so that no heat accumulation can form.
  • the material for the heating element care should be taken in the sense of the above statements that the material has correspondingly appreciable absorption properties with respect to microwave radiation. At very low or too low absorption capacity of the material, the desired rapid heating effect can not form, because then the heating of the heating element is too slow in microwave irradiation.
  • the absorbent properties depend on various factors, such as: B. in particular from the material itself, from the Wavelength (or wavelengths) of the incident radiation and of the temperature.
  • the heating element consists of a semiconductor material or of an insulator material with finely distributed conductive material, preferably at least partially of silicon carbide.
  • This material is very temperature resistant, for example, it can
  • the heating element consists of an inert material.
  • the heating element is at least substantially sleeve-shaped or ring-shaped or cylindrically shaped. This allows for a total of material-saving design a good and stable support surface for the Probenaufläge / sample holder and also allows to design the contact surface for heat conduction of a suitable size.
  • An approximately annular contact surface as it results in a substantially annular or sleeve-like or cylindrical shape of the heating element, is particularly advantageous because in this case, the heat flow must cover only relatively short propagation paths to the entire volume of the sample support / sample holder to penetrate. This in turn allows a particularly rapid spread of heat.
  • the sample support / sample holder is approximately circular in horizontal section and the contact surface between the heating element and the Probenaufläge / sample holder is annular, this ring is substantially centric with respect to the sample support / sample holder and has a mean radius, the approximately half the radius of the sample support / sample holder corresponds.
  • the heating element is advantageous at least in its lower
  • Conically shaped area For example, it may be formed tapering down, so that on the one hand above a comparatively stable support surface for the
  • Probenaufläge / sample holder can be formed and on the other hand down insertion into a receiving opening of a magazine or the like is particularly easy.
  • the heating element is designed as a crucible sleeve.
  • the device further comprises a temperature measuring device for detecting the temperature of sample material located on the sample support / sample holder and / or for detecting the temperature of the sample support / sample holder and / or for detecting the temperature of the heating element.
  • the temperature measuring device comprises an infrared sensor.
  • the temperature can be detected quickly without contact.
  • the temperature profile can be controlled virtually without loss of time.
  • the temperature quasi-permanent so for example in short time intervals, are detected, which is particularly in connection with the possible rapid temperature change advantage.
  • the results of such a temperature measurement can support a particularly reliable control of the temperature profile act, in particular, because any deviations from setpoints, an immediate countermeasure in the form of a change in the intensity of the microwave radiation can take place.
  • the device further comprises a means for generating an air flow in the microwave space.
  • the means may comprise, for example, a suction device for removing moisture and / or steam, for example solvent vapor, from the treatment space.
  • the suction device generates a corresponding air flow for shielding the treatment space for this purpose.
  • the device has a "sample tray” arranged in the microwave space or a "magazine” or the like for receiving the heating element.
  • This magazine can be provided in particular for receiving a plurality of heating elements.
  • the magazine for this purpose have at least one receiving opening for insertion of the heating element.
  • a conical shape of the heating element is advantageous in this respect, because it can be easily inserted from above into such a receiving opening.
  • the magazine can be made of a microwave-transparent material.
  • the magazine is rotatably arranged in the treatment room.
  • the heating element is generally guided through areas of space, which are more or less permeated by microwave radiation, so that a total of uniform heating is ensured.
  • the microwave space is advantageously protected on the inside with an insulating material.
  • This can be provided, for example, to protect a microwave metal housing.
  • the insulating material is advantageously microwave transparent and, for example, mounted directly on metallic inner walls of the microwave space.
  • Then Provided device for heating sample material.
  • Device comprises a microwave space and arranged in the microwave space, for example, microwave-permeable crucible for receiving the microwave space
  • the device comprises a microwave-absorbing sleeve for receiving the crucible.
  • Sleeve may be provided as a heating element in the sense of the above statements.
  • an apparatus for heating sample material has a microwave space and a sample tray which is arranged in the microwave space.
  • the sample tray may be provided for example in the form of a magazine.
  • the sample tray has at least one defined parking space for a heating element.
  • the parking space can be provided for example by an opening or "receiving opening" in the sample tray
  • Heating element consists of microwave-absorbing material and is designed for direct or indirect contact with the sample material.
  • the heating element is adjustable in the parking space, for example from above.
  • the heating element may be provided in the form of a crucible, a sleeve or a crucible sleeve.
  • Fig. Ia is a schematic cross section through a sleeve-shaped heating element and a
  • Fig. / Ib is a schematic cross section through a crucible-shaped heating element and a
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through a sample changer system with a
  • Heating element inserted in a magazine and with an infrared temperature measuring device.
  • Fig. Ia shows a schematic cross section through a heating element, which according to this embodiment as
  • Crucible sleeve 2 is configured and a
  • Sample support / sample holder in the form of a "sample plate” or a “sample carrier” 5, which is arranged on top of the crucible sleeve 2 and serves for placing sample material 1.
  • sample material 1.
  • Heating element also as "sample plate holder.”
  • the crucible sleeve 2 is shown in Fig. Ia in a receiving opening 20 of a (only partially shown) magazine 4 recorded or inserted.
  • Fig. Ib shows a crucible-shaped heating element 2 ', which may be formed conically at least externally.
  • the Sample material 1 can be used directly, or, for example, indirectly, ie, by inserting a temperature-shaped mat 21, for example of glass fiber.
  • the magazine 4 in this case represents a sample tray and through the receiving opening 20 in the magazine 4 and the sample tray, a defined parking space for the crucible sleeve 2 and the heating element in the magazine 4 and in the sample tray is formed.
  • the heating element or the example. Outside slightly conical crucible sleeve 2 is adjustable or usable from above into the receiving opening 20 according to this embodiment.
  • the heating element is brought in another way in the intended position on the parking space, for example by lateral insertion.
  • the receiving opening may for example be provided in the form of a U-shaped recess extending inwardly from the edge of the sample tray.
  • the crucible sleeve 2 consists of a microwave-absorbing material, the sample carrier 5 of an at least substantially microwave-transparent material.
  • Crucible sleeve 2 and sample carrier 5 are intended to be used in a microwave space or treatment room (not shown in FIG. 1) that is part of a device for treating sample material.
  • the treatment room can be irradiated with a microwave radiator, so for example with a magnetron.
  • the crucible sleeve 2 If the crucible sleeve 2 is exposed to microwave irradiation in the treatment room, it heats up due to its microwave-absorbing property. The heat is transmitted through the annular contact or contact surface with the sample carrier 5 by conduction of heat to the latter, so that the sample carrier 5 is heated and in turn the heat to a on the sample carrier 5 resident sample 1 forwarded.
  • the system is thus particularly suitable for sample material 1, which itself is not or only slightly microwaveable.
  • the crucible sleeve 2 thus consists of a microwave-absorbing material, for example of a ceramic material with embedded therein electrically conductive material, for example of silicon carbide. It is advantageous if the material has comparatively "good" microwave-absorbing properties, because a rapid increase in temperature upon irradiation can then take place This is particularly advantageous with regard to the possibility of rapid temperature control by changing the intensity of the microwave radiation into the treatment space be that at least 50% of the microwave radiation used in the treatment in question is absorbed by the crucible sleeve 2.
  • the sample carrier 5 can contribute to the enlargement of the surface in the arrangement according to the invention, so that the support surface of the sample carrier 5 can be adapted exactly to the amount of the provided sample material 1. According to the above representations, it is favorable in terms of the choice of the material of the sample carrier 5, to choose a material that conducts the heat well and reacts quickly when reducing the heat, so has a relatively low heat capacity. In addition, of course, the material must withstand the intended temperature range of the system accordingly. For example, this glass and / or quartz fiber material is particularly suitable.
  • sample carrier 5 With regard to the material of sample carrier 5 and crucible sleeve 2, it is also advantageous if the most inert
  • Material is selected to prevent unwanted interactions with the sample material 1 to be treated. Also in this regard, the specific materials exemplified as silicon carbide and glass / quartz fiber are advantageous.
  • a temperature range of the system can be handled, which is for example between room temperature and 1400 0 C.
  • the upper limit of this temperature range is particularly particularly influenced by the special choice of the material of the crucible sleeve 2.
  • the sleeve shape of the crucible sleeve 2 results in particular the following advantages:
  • An approximately annular contact surface between the crucible sleeve 2 and the sample carrier 5 can be formed by the sleeve shape. If the sample carrier 5 is approximately circular in shape, for example in horizontal section, this annular contact surface may be provided approximately in a region which extends around half the radius of the sample carrier 5. This way can work the heat from the crucible sleeve 2 on the sample carrier 5 forward very quickly, because they must cover only relatively short distances in the volume of the sample carrier 5. On the other hand, when the temperature supply is reduced, the temperature of the sample carrier 5 can adjust relatively quickly, because no contact area is formed in relation to the sample carrier 5 over which significant heat would still be transmitted from the crucible sleeve 2 to the sample carrier 5. Thus, a quick and controlled temperature control is favored thereby.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the device according to the invention is shown.
  • a magazine 4 (or “sample plate") is located in a microwave space 70 with receiving openings 20 into which crucible sleeves can be inserted, the magazine being part of a sample changer or sample changer system.
  • FIG. 2 only two crucible sleeves 2 and a sample plate 5 are shown for the sake of simplicity and clarity. In practice, of course, it may be provided to provide in each of the receiving openings 20 of the magazine 4 in each case a crucible sleeve 2 with a sample plate 5 arranged thereon. It is particularly advantageous if the sample carrier 5 and the crucible sleeve 2 are arranged so freely in the treatment space 70 that the microwave radiation generated by the microwave emitter 7 is not weakened by microwave-absorbing material on the way to the crucible sleeve 2. In particular, it is therefore advantageous if the crucible sleeve 2 is free of any microwave-absorbing parts, for example in a lateral and upper region.
  • the sample material 1 is arranged in the microwave space 70 on the sample plate 5 and this on the crucible sleeve 2, which serves as an indirect heating element.
  • the magnetron 7 is turned on, so that microwaves are irradiated into the microwave space 70.
  • the crucible sleeve 2 Due to the absorption property of the crucible sleeve 2, the latter heats up and, via the annular contact surface, transfers the heat to the sample plate 5. This heats up quickly due to their good heat-conducting properties and in turn transfers the heat to the sample material 1. With a reduction in the intensity of the irradiated microwave radiation, the temperature of the crucible sleeve 2 is reduced rapidly due to the comparatively low heat capacity thereof. The transfer of heat to the sample plate 5 via the comparatively small, annular contact surface also reduces rapidly, which in turn leads to the temperature of the sample material correspondingly adapting rapidly.
  • the magazine 4 is thus located in a treatment or microwave space 70 into which microwave radiation can be radiated by means of a magnetron 7.
  • the bottom 75 of the treatment space 70 has two access openings 71, 72, wherein the first access opening 71 is provided for the passage of a balance 3, more precisely for the corresponding support of a Aufnähmetlache 35 of the balance 3 and the second access opening 72 for a holder 74 of Magazine 4. •
  • a motor 61 is provided for rotating the magazine 4 via its support 74.
  • this motor 61 is mounted on a mounting plate 63 which is mounted vertically movable via a parallel guide 66.
  • Another motor 60 is provided for driving an eccentric disk 62, wherein the
  • Eccentric disc 62 acts from below against the mounting plate 63, so that thereby the mounting plate 63 and thus also the magazine 4 are height adjustable. In this way, a lifting system is formed.
  • the magazine 4 can be lowered out of the outlined in Fig. 2 position out so that the crucible sleeve 2 comes to rest freely on the Aufnähmetlache 35 of the balance 3 due to their conical outer shape, so that the weight of the crucible sleeve 2 with optionally thereon located sample carrier 5 can be detected with sample material.
  • the lifting system so a vertical relative movement between the magazine 4 and the crucible sleeve 2 is caused by the crucible sleeve 2 is positioned on the Aufnähmetlache 35 of the balance 3.
  • control unit 65 which is connected via data lines to the motors 60, 61 and also the balance 3. Furthermore, the control unit 65 is integrally connected to a data system 40, for example, so that a control and data unit is formed.
  • the control data which relate to the motor 61, in particular contain information about the rotational position of the sample tray 4 and thus information about which crucible sleeve 2 is currently at which rotational position and thus, for example, on the balance 3 or its bearing surface 35 , Thus, this information is used for sample identification by means of rotational position coding.
  • the control data related to the motor 60 provide information about the height adjustment of the sample tray 4 and thus information related to a weighing operation of the crucible sleeve 2 with the balance 3.
  • an infrared temperature sensor 80 is provided. The temperature measurement can take place for example on the weighing position of the crucible sleeve 2 or in the immediate vicinity thereof.
  • the temperature sensor is inserted in a recess 81 of the metallic wall 90 of the microwave space housing.
  • the temperature sensor can be arranged laterally at the level of a crucible wall and thus measure the sample temperature indirectly via the crucible temperature.
  • the temperature sensor can also be arranged above a crucible (see reference numeral 80 ') so as to be directed directly to sample material and thus to directly detect the sample temperature.
  • the temperature sensor 80 is also connected to the control and data unit, so that the measured temperature values are also available there.
  • the various crucibles are therefore rotated past the laterally arranged temperature sensor (measurement as it passes by), the response time of the sensor being matched to the rotational speed and the crucible size Typically, the rotational speed is in the range from 5 to 20 rpm.
  • a fast IR sensor with a response time of, for example, 50 ms to 100 ms is preferably used.
  • at least one part 82 of the evaluation electronics is preferably arranged in the sensor cable 83.
  • each temperature measurement can be assigned to a particular sample and in time successive samples are stored to a temperature curve 69 of a sample and optionally displayed on a screen 67.
  • a curve can be used to control the temperature to a desired temperature curve by adjusting the microwave power and / or for quality control.
  • a sample position can be moved in front of the temperature sensor before the MW treatment.
  • the user can then label this sample position by means of the display device 67 and an input device (keyboard, touch screen, etc.) 68.
  • the treatment space 70 may be protected by a microwave permeable insulating layer 90.
  • a (not shown) suction device may be provided.
  • moisture and / or solvent vapors can be sucked out of the treatment space 70 by generating a corresponding air throughput.
  • the sketched in Fig. 2 arrangement is particularly suitable for determining dry or
  • the procedure can advantageously be as follows:
  • the weight change of the corresponding sample material 1 is detected at short time intervals, in each case with the balance 3.
  • a graphic and tabular evaluation of the volatilizing fractions can then be created.
  • a particularly high quality Quality control can be achieved because unforeseen events, such as splashing etc. of sample material are directly visible and an accurate measurement of the sample temperature is possible.
  • the device is also suitable for direct drying when a Probenmateriel is used, which is itself microwave-absorbing.
  • microwave-absorbing crucible sleeves 2 instead of microwave-absorbing crucible sleeves 2, it is also possible to manufacture the sample tray or the magazine 4 from a microwave-absorbing material.
  • the crucible sleeves 2 can also be used together with standard crucibles which are inserted into the crucible sleeves.
  • the invention is suitable, for example, for determining dry residue and incineration residue, wherein the process can be carried out automatically using a sample changer system.

Abstract

The invention relates to a method for heating of sample material by means of microwaves, and to an apparatus having a microwave area for heating of sample material. A sample plate (4) with a defined location for a heating element (2) is arranged in the microwave area (70). The heating element (2) is composed of a microwave-absorbent material, and is designed to make direct or indirect contact with the sample material (1). On irradiation with microwaves, the heating element (2) is heated, and passes the heat to the sample material (1). If the intensity of the injected microwaves is reduced, the temperature of the heating element (2) and of the sample material (1) are adapted very quickly, this allowing particularly fast and controlled temperature regulation. An infrared sensor (80) is provided in order to record the temperature. The apparatus is suitable, for example, for determination of drying residue and heat-treatment residue.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von Probenmaterial mit Mikrowellen Method and apparatus for heating sample material with microwaves
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von Probenmaterial unter Eintrag von Mikrowellen, sowie eine Vorrichtung mit einem Mikrowellenraum zum Erwärmen von Probenmaterial .The present invention relates to a method for heating sample material with introduction of microwaves, as well as a device with a microwave chamber for heating sample material.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen zum Behandeln von Probenmaterial sind aus der Labortechnik an sich bekannt. Beispielsweise dienen entsprechende Vorrichtungen dazu, Probenmaterial im Rahmen chemischer Analysen zu erwärmen, um Verdampfungsvorgänge auszulösen.Such methods and apparatus for treating sample material are known per se from laboratory technology. For example, such devices serve to heat sample material as part of chemical analysis to trigger evaporation events.
Zur Bestrahlung des „Mikrowellenraums" oder „Behandlungsraums" ist üblicherweise ein Mikrowellenstrahler bzw. Mikrowellensender in Form eines Magnetrons vorgesehen.For irradiation of the "microwave space" or "treatment space" is usually provided a microwave radiator or microwave transmitter in the form of a magnetron.
Der Mikrowellenraum ist in der Regel mit metallischenThe microwave space is usually metallic
Innenwänden versehen, die aufgrund ihrerInterior walls provided, due to their
Materialeigenschaften Mikrowellenstrahlung reflektieren. Es kann sich also insoweit um einen „Mikrowellenofen" handeln.Material properties Reflect microwave radiation. So it may be a "microwave oven" so far.
Die Intensität der vom Mikrowellenstrahler ausgestrahlten Mikrowellenstrahlung kann üblicherweise, beispielsweise „stufenlos", verändert werden, so dass auf diese Weise Einfluss auf den Energieeintrag in den Mikrowellenraum genommen werden kann. Insbesondere ist die Absorption von Mikrowellen durch einen zumindest teilweise mikrowellenabsorbierenden Körper von der Intensität der auf ihn treffenden Mikrowellen-Strahlung abhängig, so dass durch Veränderung der Intensität der Mikrowellenbestrahlung Einfluss auf das Temperaturverhalten dieses Körpers genommen werden kann .The intensity of the microwave radiation emitted by the microwave radiator can usually be changed, for example, "steplessly", so that influence on the energy input into the microwave space can be taken in. In particular, the absorption of microwaves by an at least partially microwave-absorbing body depends on the intensity of the microwave dependent on him microwave radiation, so that by changing the intensity of the microwave irradiation Influence on the temperature behavior of this body can be taken.
Zur Aufnahme von Probenmaterial sind üblicherweise Probenbehälter oder kurz „Behälter" vorgesehen. Diese Behälter werden mit dem darin eingebrachten Probenmaterial in den Behandlungs- bzw. Mikrowellenraum gegeben, wo sie dann einer Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt werden.Typically, sample containers or "containers" are provided for receiving sample material, and these containers are placed in the treatment or microwave room with the sample material placed therein, where they are then exposed to microwave irradiation.
Wenn das Probenmaterial an sich (zumindest teilweise) mikrowellenabsorbierend ist, erwärmt es sich bei Bestrahlung mit Mikrowellen, indem es diese Strahlung absorbiert. Eine solche Vorrichtung kann also insbesondere zu einer Behandlung von mikrowellenabsorbierendem Probenmaterial dienen.If the sample material is itself (at least partially) microwave-absorbing, it will heat upon microwave irradiation by absorbing this radiation. Such a device can thus serve in particular for a treatment of microwave-absorbing sample material.
Wenn das Probenmaterial nicht oder nur unwesentlich mikrowellenabsorbierend ist, kann vorgesehen sein, dass das Probenmaterial indirekt erwärmt wird, und zwar indem beispielsweise der Probenbehälter aus mikrowellenabsorbierendem Material besteht. Hierbei kommt es also bei Mikrowellenbestrahlung zu einer Erwärmung des Behälters und die dort entstehende Wärme wird dann durch Wärmeleitung oder eventuell auch durch Konvektion an das in dem Behälter befindliche Probenmaterial weitergegeben.If the sample material is not or only slightly microwave-absorbing, it can be provided that the sample material is heated indirectly, for example by the sample container consists of microwave-absorbing material. In the case of microwave irradiation, heating of the container thus occurs and the heat produced there is then passed on to the sample material in the container by heat conduction or possibly also by convection.
Selbstverständlich ist auch eine Mischform der beiden genannten Vorgänge - direkte und indirekte Erwärmung des Probenmaterials - möglich.Of course, a mixed form of the two processes mentioned - direct and indirect heating of the sample material - possible.
Im Folgenden soll mit der Bezeichnung „indirekte Erwärmung" des Probenmaterials zum Ausdruck gebracht werden, dass das Probenmaterial selbst nicht oder nur unwesentlich mikrowellenabsorbierend ist und die Erwärmung zumindest überwiegend durch Wärmeaufnahme aus der Umgebung erfolgt . Die „Umgebung" kann dabei insbesondere ein Festkörper sein, wie beispielsweise ein Probenbehälter, in dem sich das Probenmaterial befindet, und/oder auch eine gasförmige Umgebung, also beispielsweise Luft, die im Mikrowellenraum das Probenmaterial umgibt .In the following, the term "indirect heating" of the sample material is intended to express that the sample material itself is not or only slightly microwaveable and that the heating takes place at least predominantly by absorption of heat from the environment. such as a sample container in which the sample material is located, and / or a gaseous Environment, so for example air, which surrounds the sample material in the microwave space.
In diesem Zusammenhang soll weiterhin mit der Bezeichnung «nur unwesentlich mikrowellenabsorbierend" für dasIn this context, continue to be called " only slightly microwave absorbing" for the
Probenmaterial zum Ausdruck gebracht werden, dass die oben dargestellten Erwärmungseffekte durch Wärmeaufnahme aus derSample materials are expressed that the above heating effects by heat absorption from the
Umgebung im Fall eines Mikrowelleneintrags in denEnvironment in the case of a microwave entry into the
Mikrowellenraum über eine gegebenenfalls stattfindende absorptionsbedingte Erwärmung des Probenmaterials selbst dominieren.Microwave space over an optionally occurring absorption-induced heating of the sample material itself dominate.
Unter „indirektem Heizelement" wird in diesem Zusammenhang ein zumindest teilweise mikrowellenabsorbierender Körper verstanden, der über Wärmeleitung Wärme (direkt oder über einen dazwischen befindlichen Körper indirekt) an das Probenmaterial weitergeben kann. „Zumindest teilweise" soll hierbei bedeuten, dass das indirekte Heizelement . bei Mikrowellenbestrahlung jedenfalls stärker erwärmt wird als das Probenmaterial, so dass also ein Wärmestrom von demIn this context, "indirect heating element" is understood to mean an at least partially microwave-absorbing body which can transfer heat (directly or indirectly via an intermediate body) to the sample material via heat conduction. "At least partially" is intended here to mean that the indirect heating element. In any case, when microwave irradiation is heated more than the sample material, so that a heat flow of the
Heizelement in Richtung auf das Probenmaterial entsteht.Heating element in the direction of the sample material is formed.
Zur Bestimmung von Trocken- oder Glührückständen wird Probenmaterial einer bekannten Masse derart erwärmt oder erhitzt, dass es zu Verdampfungs- oder Verbrennungsprozessen kommt, durch die ein Teil des Probenmaterials an die Umgebung abgegeben wird bzw. verglüht oder verbrennt. Dies führt dazu, dass die Masse des verbleibenden Probenmaterials geringer ist als die Masse des ursprünglichen Probenmaterials. Anschließend wird dann diese verbleibende Masse desTo determine dry or glow residues, sample material of a known mass is heated or heated in such a way that evaporation or combustion processes occur, through which part of the sample material is released into the environment or burns up or burns. As a result, the mass of the remaining sample material is less than the mass of the original sample material. Subsequently, this remaining mass of the
Probenmaterials bestimmt. Diese Daten erlauben dann bestimmte chemische Rückschlüsse.Specimen determined. These data then allow certain chemical conclusions.
Hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs des Temperaturverlaufs des Probenmaterials ist es dabei in bestimmten Fällen wünschenswert oder vorteilhaft, dass sich die Temperatur desWith regard to the timing of the temperature profile of the sample material, it is desirable or advantageous in certain cases that the temperature of the
Probenmaterials in einer vorab festgelegten Art und Weise ändert, dass also die Temperatur bei dem Behandlungsvorgang zumindest zeitweise einer vorgegebenen bzw. vorzeichneten Temperaturverlaufskurve, oder kurz „Temperaturkurve" folgt. Diese Kurve kann auch als „Sollkurve" bzw. „Reaktionskurve" bezeichnet werden.Sample material in a predetermined manner changes, so that the temperature in the treatment process at least temporarily follows a given or pre-recorded temperature curve, or "temperature curve" .This curve can also be referred to as a "setpoint curve" or "reaction curve".
Aus dem europäischen Patent EP 0 592 654 B2 ist eine Vorrichtung zur Verdampfungsbehandlung bekannt, die einen Mikrowellenraum aufweist. Zur Aufnahme von Probenmaterial sind dabei Behälter vorgesehen, wobei die Behälter aus einem mikrowellenabsorbierenden Material bestehen können, so dass eine indirekte Erwärmung des Probenmaterials über die Behälter ermöglicht wird.European Patent EP 0 592 654 B2 discloses a device for evaporating treatment which has a microwave space. Containers are provided for receiving sample material, wherein the containers may consist of a microwave-absorbing material, so that indirect heating of the sample material via the containers is made possible.
Die Behälter können gemäß diesem Stand der Technik aus Kunststoffmaterial , wie beispielsweise PTFE-Teflon (Polytetrafluorethylen) bestehen und sind insbesondere als druckstabile Behälter vorgesehen.The containers may according to this prior art of plastic material, such as PTFE Teflon (polytetrafluoroethylene) exist and are particularly intended as a pressure-stable container.
In diesem Zusammenhang ist hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Temperatur des Probenmaterials allerdings Folgendes zu bemerken: Aufgrund der Wärmekapazität des Probenbehälters wird dabei die Wärme im Material des Probenbehälters in gewissem merklichem Maße gespeichert, so dass bei Reduktion der Mikrowellenbestrahlung weiterhin Wärme vom Probenbehälter auf das Probenmaterial per Wärmeleitung übertragen wird. Dies führt dazu, dass die oben genannte Verfolgung einer vorgezeichneten Temperaturkurve praktisch unmöglich gemacht wird, zumindest in den Fällen, in denen der vorgegebene Temperaturverlauf einen Abschnitt aufweist, in dem die Temperaturzunahme abnimmt .In this context, however, the following is to be noted with regard to the time course of the temperature of the sample material: Due to the heat capacity of the sample container while the heat in the material of the sample container is stored to a certain extent, so that upon reduction of the microwave irradiation continues heat from the sample container to the sample material per Heat conduction is transmitted. As a result, the above-mentioned tracking of a prescribed temperature curve is made practically impossible, at least in the cases where the predetermined temperature profile has a portion where the temperature increase decreases.
Außerdem ist zu bedenken, dass durch die vergleichsweise materialintensive Gestaltung des Probenbehälters gemäß der EP 0 592 654 B2 , die aufgrund der Druckstabilität nötig ist, die Erwärmung des Probenmaterials vergleichsweise langsam erfolgt, weil die Strahlungsenergie aufgrund der Absorption in dem Material des Probenbehälters zunächst diesen erwärmen muss, bevor die Wärme an das Probenmaterial effektiv weitergeleitet werden kann.It should also be borne in mind that due to the comparatively material-intensive design of the sample container according to EP 0 592 654 B2, which is necessary because of the pressure stability, the heating of the sample material takes place comparatively slowly because the radiation energy due to the absorption In the sample container material, it must first heat it before the heat can be effectively transferred to the sample material.
Weiterhin wird durch die topfartige Formgebung des Behälters ein „Hitzestau" im Bereich des Probenmaterials hervorgerufen. Die Luft (oder allgemeiner das entsprechende Gasgemisch) in dem Behälter erwärmt sich also, beispielsweise durch die Wärmeabstrahlung des Behälters in das Innere des Behälters. Dieser „Hitzestau" hat zur Folge, dass eine entsprechende Anpassung der Temperatur des Probenmaterials bei Reduktion der eingestrahlten Mikrowellen in der Regel merklich verzögert wird. Auch dies steht also einer präzisen Steuerung der Probenmaterialtemperatur gemäß einer vorgegebenen Reaktionskurve entgegen.Furthermore, the pot-like shape of the container causes "heat build-up" in the region of the sample material, so that the air (or more generally the corresponding gas mixture) in the container heats up, for example as a result of the heat radiation from the container into the interior of the container. As a result, a corresponding adaptation of the temperature of the sample material is generally appreciably delayed as the irradiated microwaves are reduced. This also precludes a precise control of the sample material temperature according to a predetermined reaction curve.
In diesem Zusammenhang ist weiterhin zu bedenken, dass es gemäß der EP 0 592 654 B2 bei Temperaturen ab etwa 200 bis 5000C zu Festigkeitsproblemen beim Behältermaterial kommen kann.In this context, it should further be considered that, according to EP 0 592 654 B2, at temperatures from about 200 to 500 ° C., strength problems in the container material can occur.
Der genannte Effekt kann natürlich nicht nur bei druckstabilen Probenbehältern auftreten, sondern prinzipiell auch bei sonstigen Behältern oder anderweitigen zumindest teilweise mikrowellenabsorbierenden Teilen, die das Probenmaterial entsprechend umgeben.Of course, said effect can not only occur with pressure-stable sample containers, but in principle also with other containers or otherwise at least partially microwave-absorbing parts which surround the sample material accordingly.
Auch die Erfassung der Temperatur des Probenmaterials, wie sie z. B. per Infrarot-Messung aus dem Stand der Technik, z. B. aus der genannten EP 0 592 654 B2 an sich bekannt ist, ändert an den oben dargestellten Prinzipien bzw. Effekten nichts. Die so gemessene Temperatur ermöglicht, im Nachhinein festzustellen, welchen zeitlichen Verlauf die Temperatur des Probenmaterials genommen hat. Eine präzise und zuverlässige steuernde Regelung des Temperaturverlaufs erfordert jedoch zuallererst, dass die Temperatur des Probenmaterials schnell und gezielt verändert werden kann. Dem stehen die oben genannten Effekte entgegen.Also, the detection of the temperature of the sample material as z. B. by infrared measurement from the prior art, for. B. from the cited EP 0 592 654 B2 is known, does not change the principles and effects described above. The temperature measured in this way makes it possible to determine with hindsight what time course the temperature of the sample material has taken. However, a precise and reliable control of the temperature profile requires, first of all, that the temperature of the sample material be fast and can be selectively changed. This is contrary to the above effects.
Die Regelung der „Heizrate" gemäß der Sollkurve von selbst nicht oder nur unwesentlich mikrowellenabsorbierendenThe regulation of the "heating rate" according to the desired curve of not or only slightly microwave absorbing
Probenmaterial ist daher im Allgemeinen nur mit erheblicherSample material is therefore generally only significant
Ungenauigkeit möglich. Dies führt im Weiteren im Allgemeinen abhängig von der speziellen Anwendung - zu einer entsprechenden Ungenauigkeit bei einer hierauf basierenden Analyse.Inaccuracy possible. In general, this leads to a corresponding inaccuracy in an analysis based thereon, depending on the specific application.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von insbesondere nicht oder nur unwesentlich mikrowellenabsorbierendem Probenmaterial unter Nutzung von Mikrowellenbestrahlung anzugeben, mit dem bzw. mit der der zeitliche Verlauf der Temperatur des Probenmaterials besser kontrollierbar ist.The object of the present invention is to specify a method and a device for treating, in particular, no or only insignificantly microwave-absorbing sample material using microwave irradiation, with which or with which the time profile of the temperature of the sample material can be better controlled.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.This object is achieved by the features of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Erwärmen von Probenmaterial vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst : Das Probenmaterial wird in einem Mikrowellenraum bezüglich eines Heizelements aus mikrowellenabsorbierendem Material derart angeordnet, dass sich das Heizelement im Wesentlichen nicht über das Niveau des Probenmaterials erstreckt und dass das Probenmaterial in direktem oder indirektem Wärmeleitkontakt zu dem Heizelement steht. Als weiterer Schritt ist der Eintrag von Mikrowellen zur Erwärmung des Heizelements vorgesehen.According to the invention, there is provided a method of heating sample material, comprising the steps of: placing the sample material in a microwave space relative to a heating element of microwave absorbing material such that the heating element does not substantially extend beyond the level of the sample material and the sample material is in direct or indirect Wärmeleitkontakt to the heating element. As a further step, the entry of microwaves for heating the heating element is provided.
Bei Bestrahlung mit Mikrowellen erwärmt sich das Heizelement im Mikrowellenraum aufgrund seiner mikrowellenabsorbierenden Eigenschaften. Aufgrund des Wärmeleitkontakts wird dann die so entstandene Wärme von dem Heizelement auf das Probenmaterial übertragen und auf diese Weise das Probenmaterial erwärmt .When irradiated with microwaves, the heating element in the microwave chamber heats up due to its microwave-absorbing properties. Due to the Wärmeleitkontakts then the thus transferring heat from the heating element to the sample material and thus heating the sample material.
Dadurch, dass sich das Heizelement nicht oder zumindest nicht nennenswert über das Niveau des Probenmaterials hinaus erstreckt, wird erzielt, dass nach einer Reduktion der Intensität der in den Mikrowellenraum eingestrahlten Mikrowellenstrahlung keine weitere Wärmeabgabe von im Heizelement gespeicherter Wärme („Nachheizen") von seitlich oder oberhalb des Probenmaterials erfolgt . Infolgedessen kann sich die Temperatur des Probenmaterials bei Mikrowellenreduzierung schneller anpassen.Due to the fact that the heating element does not extend at least substantially above the level of the sample material, it is achieved that, after a reduction in the intensity of the microwave radiation radiated into the microwave space, no further heat emission from heat stored in the heating element ("postheating") from the side or As a result, the temperature of the sample material can be adjusted more quickly with microwave reduction.
Außerdem wird erzielt, dass die Mikrowellenstrahlung auf dem Weg zwischen dem Sender, also z. B. dem Magnetron und dem Heizelement nicht durch Absorption geschwächt wird. Auch hierdurch wird also ein besonders schnelles Ansprechen der Temperaturveränderung des Heizelements aufgrund einer Veränderung der Bestrahlungsstärke bewirkt.In addition, it is achieved that the microwave radiation on the way between the transmitter, so z. B. the magnetron and the heating element is not weakened by absorption. This also causes a particularly rapid response of the temperature change of the heating element due to a change in the irradiance.
Weiterhin kann das Heizelement mit vergleichsweise geringem Materialaufwand gefertigt werden, so dass es eine entsprechend kleine Wärmekapazität aufweist. Hierdurch wird eine besonders rasche Erwärmung und Abkühlung bzw. allgemeinFurthermore, the heating element can be manufactured with comparatively low cost of materials, so that it has a correspondingly small heat capacity. This is a particularly rapid heating and cooling or general
Temperaturanpassung des Heizelements und somit auch des Probenmaterials in Abhängigkeit von einer Intensitätsänderung der eingestrahlten Mikrowellen möglich.Temperature adaptation of the heating element and thus also the sample material in response to a change in intensity of the irradiated microwaves possible.
Insgesamt kann sich also durch das erfindungsgemäße Verfahren die Temperatur des Probenmaterials bei Veränderung der Intensität der eingestrahlten Mikrowellenbestrahlung besonders schnell anpassen. Die Verfolgung einer Sollkurve wird daher mit wesentlich größerer Genauigkeit und mit schnellerem Ansprechverhalten möglich. Im Kern wird also eine gleichsam „hysteresefreie" Regelung der Temperatur des Probenmaterials bewirkt, wobei unter „Hysterese" hier das Zurückbleiben der Temperaturanpassung des Probenmaterials gegenüber einer Änderung der Mikrowellenbestrahlung verstanden sein möge. Mit anderen Worten wird also die Zeitdauer der Temperaturanpassung gegen Null verlagert.Overall, therefore, by the method according to the invention, the temperature of the sample material can be adapted very quickly when the intensity of the irradiated microwave irradiation changes. The tracking of a setpoint curve is therefore possible with much greater accuracy and faster response. In essence, therefore, a so-called "hysteresis-free" regulation of the temperature of the sample material is effected, whereby under "hysteresis" here the Residue of the temperature adaptation of the sample material to be understood against a change in the microwave irradiation. In other words, the duration of the temperature adjustment is thus shifted to zero.
Damit sich der gewünschte Effekt ausbilden kann, darf sich also das Heizelement „im Wesentlichen" nicht über das Niveau des Probenmaterials hinaus erstrecken. Es muss also gewährleistet werden, dass oberhalb dieses Niveaus ein entsprechender Freiraum ohne Heizelement geschaffen ist. Beispielsweise könnte in diesem Sinne also gesagt werden, dass das Verhältnis zwischen einer ersten Vertikalerstreckung zwischen dem Auflageniveau des Probenmaterials und dem Niveau der Obergrenze des Heizelements zu einer zweiten Vertikalerstreckung zwischen dieser Obergrenze des Heizelements und der oberen Begrenzung des Mikrowellenraums einen vorgegebenen Wert, beispielsweise „1:1" oder „1:2" nicht überschreiten darf.So that the desired effect can develop, the heating element must therefore not extend "substantially" beyond the level of the sample material, ie it must be ensured that a corresponding free space without heating element is created above this level It can be said that the ratio between a first vertical extension between the support level of the sample material and the level of the upper limit of the heating element to a second vertical extent between this upper limit of the heating element and the upper limit of the microwave space a predetermined value, for example, "1: 1" or "1 : 2 "may not exceed.
Im Folgenden wird unter der Bezeichnung „Probenauflage" bzw. „Probenaufnahme" ein Mittel zur Halterung des Probenmaterials im Mikrowellenraum verstanden. Mit der Bezeichnung soll zum Ausdruck gebracht werden, dass dieses Mittel beispielsweise als „Auflage" gestaltet sein kann, und zwar im Sinne von „Platte" oder dergleichen, also mit einer im Wesentlichen planen Oberfläche, auf die das Probenmaterial einfach aufgetragen werden kann, oder aber als „Aufnahme" in dem Sinne, dass auf einer entsprechenden Auflage ein Rand vorgesehen ist, der das aufgetragene Probenmaterial gegen ein seitliches Ausbrechen sichert. Es kann sich also bei der „Probenauflage/Probenaufnahme" um eine „Probenplatte" mit einer ebenen Oberfläche handeln oder um eine beispielsweise tellerförmige Probenaufnahme, die sich von der Probenplatte durch eine gewisse Randerhebung unterscheidet. Eine „Probenplatte" eignet sich beispielsweise für festes Probenmaterial, während sich beispielsweise für eine eher zähflüssige Probe in diesem Sinne eine „Probenaufnahme" eignet .In the following, the term "sample support" or "sample holder" is understood to mean a means for holding the sample material in the microwave space. By the term should be expressed that this means may be designed, for example, as a "support", in the sense of "plate" or the like, ie with a substantially flat surface on which the sample material can be easily applied, or but as a "receptacle" in the sense that an edge is provided on a corresponding support, which secures the applied sample material against a lateral breakout.Thus, the "sample support / sample holder" can be a "sample plate" with a flat surface or, for example, a dish-shaped sample receptacle which differs from the sample plate by a certain edge elevation viscous sample in this sense, a "sample recording" is suitable.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft gestalten, indem das Probenmaterial auf einer Probenauflage/Probenaufnahme im Mikrowellenraum angeordnet wird. Dadurch wird ermöglicht, den oberen Halbraum um das Probenmaterial herum frei von Festkörpern zu halten. Durch diesen so gebildeten Freiraum wird die Bildung eines Hitzestaus vermieden. Auch dies trägt somit zur Verkürzung der Reaktionszeit bei der Temperaturanpassung des Probenmaterials aufgrund einer Änderung der Intensität der eingestrahlten Mikrowellenstrahlung bei. Dies gilt natürlich für jeden Festkörper, unabhängig von dessen mikrowellenabsorbierender Eigenschaft. Insbesondere muss also beispielsweise kein „topfförmiger" Körper, etwa in Form von Seitenwänden eines Probenbehälters um das Probenmaterial herum vorgesehen werden. (Auch für diesen Freiraum könnte in Analogie zu den obigen Ausführungen eine Angabe über eine minimale Vertikalerstreckung gemacht werden.)The inventive method can be advantageously designed by the sample material is placed on a sample support / sample holder in the microwave space. This makes it possible to keep the upper half space around the sample material free of solids. Through this free space formed the formation of a heat accumulation is avoided. This also contributes to the shortening of the reaction time in the temperature adjustment of the sample material due to a change in the intensity of the irradiated microwave radiation. This of course applies to any solid, regardless of its microwave absorbing property. In particular, therefore, no "cup-shaped" body, for example in the form of side walls of a sample container, must be provided around the sample material. (Also for this clearance, an indication of a minimum vertical extension could be made in analogy to the above statements.)
Das Probenmaterial kann in direktem Kontakt mit dem Heizelement stehen oder aber in indirektem. Beispielsweise kann eine Probenauflage/Probenaufnahme selbst als Heizelement vorgesehen sein, auf der direkt das Probenmaterial angeordnet wird. In diesem Fall findet die Wärmeleitung direkt zwischen dem Heizelement in Form der Probenauflage/Probenaufnahme und dem Probenmaterial statt. Die Kontaktfläche, über die die Wärmeleitung erfolgt, ist in diesem Fall vergleichsweise groß (sozusagen „maximal") , weil sie sich über die gesamte Auflagefläche des Probenmaterials erstreckt.The sample material may be in direct contact with the heating element or in indirect. For example, a sample support / sample holder itself may be provided as a heating element, on which the sample material is arranged directly. In this case, the heat conduction takes place directly between the heating element in the form of the sample support / sample holder and the sample material. The contact area over which the heat conduction takes place is in this case comparatively large (so to speak "maximum") because it extends over the entire contact surface of the sample material.
Bei direktem Wärmeleitkontakt zwischen dem Heizelement und dem Probenmaterial ist eine große Kontaktfläche zur Wärmeleitung hinsichtlich einer schnellen Erwärmung offensichtlich vorteilhaft. Allerdings ist andererseits zu berücksichtigen, dass bedingt durch diese „große" Kontaktfläche bei einer Reduktion der Mikrowelleneinstrahlung ein „Nachheiz-Effektw durch Abgabe der in dem Heizelement gespeicherten Wärme an das Probenmaterial ebenfalls vergleichsweise groß ist, so dass also eine Temperaturanpassung des Probenmaterials in diesem Fall entsprechend verzögert wird.In direct Wärmeleitkontakt between the heating element and the sample material, a large contact surface for heat conduction with respect to a rapid heating is obviously advantageous. However, on the other hand, it has to be considered that due to this "big" Contact surface with a reduction of the microwave irradiation a "reheating effect w by dispensing the stored heat in the heating element to the sample material is also relatively large, so that a temperature adjustment of the sample material is delayed accordingly in this case.
Vorteilhaft wird das Probenmaterial im Mikrowellenraum auf einer Probenaufläge/Probenaufnahme aus im Wesentlichen mikrowellendurchlässigem Material angeordnet. Dadurch lässt sich die Form der Probenaufläge/Probenaufnahme unabhängig vom Heizelement optimieren, also insbesondere eine entsprechende Oberflächenvergrößerung für das aufzunehmende Probenmaterial erzielen.Advantageously, the sample material is arranged in the microwave space on a sample support / sample holder made of essentially microwave-transparent material. As a result, the shape of the sample supports / sample holder can be optimized independently of the heating element, ie in particular achieve a corresponding increase in surface area for the sample material to be recorded.
Es kann also vorteilhaft eine Probenauflage/Probenaufnahme aus im Wesentlichen mikrowellendurchlässigen Material vorgesehen sein, auf der das Probenmaterial angeordnet wird, wobei diese Probenauflage/Probenaufnahme andererseits in direktem oder indirektem Wärmeleitkontakt mit dem Heizelement steht, so dass das Probenmaterial in indirektem Wärmeleitkontakt zu dem Heizelement steht. Das Heizelement kann dadurch unabhängig von der Probenauflage/Probenaufnahme hinsichtlich seiner Wärmekapazität optimiert werden, also insbesondere derart dimensioniert werden, dass im Sinne der obigen Darstellungen eine besonders rasche Temperaturanpassung ermöglicht wird.Thus, it can be advantageous to provide a sample support / sample holder made of substantially microwave-permeable material on which the sample material is arranged, this sample support / sample holder on the other hand is in direct or indirect Wärmeleitkontakt with the heating element, so that the sample material is in indirect Wärmeleitkontakt to the heating element , The heating element can thereby be optimized independently of the sample support / sample holder in terms of its heat capacity, so in particular be dimensioned such that in the sense of the above representations a particularly rapid temperature adjustment is possible.
Vorteilhaft wird ein direkter Kontakt zwischen dem Heizelement und der Probenauflage/Probenaufnahme hergestellt, weil dies wiederum hinsichtlich einer möglichst raschen Temperaturanpassung vorteilhaft ist. Beispielsweise kann das Heizelement unterhalb der Probenaufläge/Probenaufnahme vorgesehen werden und die Probenauflage/Probenaufnahme beispielsweise einfach auf dem Heizelement angeordnet werden.Advantageously, a direct contact between the heating element and the sample support / sample holder is produced, because this in turn is advantageous in terms of the fastest possible temperature adjustment. For example, the heating element can be provided below the Probenaufläge / sample holder and the sample support / sample holder, for example, simply be placed on the heating element.
In diesem Fall kann durch die Formgebung der Probenauflage/Probenaufnahme einerseits und des Heizelements andererseits die Größe der Kontaktfläche zur Wärmeleitung praktisch frei gewählt werden, so dass auf diese Weise der Wärmeleiteffekt beeinflusst werden kann.In this case, by shaping the sample support / sample holder on the one hand and the heating element On the other hand, the size of the contact surface for heat conduction are chosen practically freely, so that in this way the heat conduction effect can be influenced.
Beispielsweise kann die Kontaktfläche zwischen der Probenauflage/Probenaufnahme und dem Heizelement vorteilhaft etwa ringförmig gestaltet werden. In diesem Fall legt die Wärme bei einer Wärmeabgabe des Heizelementes nur kurze Ausbreitungswege zu dem Probenmaterial zurück, so dass die Erwärmung schnell erfolgt. Bei einer Reduktion der Temperaturzunähme bzw. bei einer Temperaturabnahme des Heizelementes ist andererseits der „unerschwünschte" Nachheizeffekt vergleichsweise gering, da aufgrund der ringförmigen Gestaltung die Kontaktfläche und damit der Wärmeleiteffekt vergleichsweise gering ist.For example, the contact surface between the sample support / sample holder and the heating element can advantageously be made approximately annular. In this case, the heat at a heat output of the heating element only short propagation paths back to the sample material, so that the heating takes place quickly. On the other hand, with a reduction of the temperature increase or with a temperature decrease of the heating element, the "unwanted" afterheating effect is comparatively low, since the contact surface and therefore the heat conduction effect are comparatively small due to the annular configuration.
Dementsprechend ist in diesem Fall das Material der Probenauflage/Probenaufnahme also „Im Wesentlichen" mikrowellendurchlässig in dem Sinne, dass die Erwärmung des Heizelements bei Mikrowellenbestrahlung jedenfalls merklich schneller erfolgt als die Erwärmung der Probenauflage/Probenaufnahme .Accordingly, in this case, the material of the sample support / sample holder is "substantially" microwave permeable in the sense that the heating of the heating element in microwave irradiation is noticeably faster than the heating of the sample support / sample holder.
Die Probenauflage/Probenaufnahme soll die über die Kontaktfläche aufgenommene Wärme rasch an das Probenmaterial weitergeben, so dass insoweit ein Material mit guter wärmeleitender Eigenschaft besonders gut geeignet ist.The sample support / sample holder is intended to rapidly transfer the heat absorbed via the contact surface to the sample material, so that to that extent a material with a good heat-conducting property is particularly well suited.
Beispielsweise kann hierfür eine Probenauflage/Probenaufnahme vorgesehen sein, die zumindest teilweise aus Glasfaser- und/oder Quarzfasermaterial besteht.For example, for this purpose, a sample support / sample holder may be provided, which consists at least partially of glass fiber and / or quartz fiber material.
Vorteilhaft wird die Temperatur des Probenmaterials oder des Heizelements bzw. der Probenauflage/Probenaufnahme erfasst . Weiterhin vorteilhaft erfolgt dabei die Temperaturerfassung während des Mikrowelleneintrags in den Mikrowellenraum wiederholt. Auf der Basis dieser Temperaturmessung kann eine Temperaturkurve angefertigt werden. Aufgrund der schnellen Temperaturanpassung kann bei einer Erfassung der Temperatur des Heizelements davon ausgegangen werden, dass diese Temperatur quasi repräsentativ für die Temperatur des Probenmaterials ist.Advantageously, the temperature of the sample material or the heating element or the sample support / sample holder is detected. Further advantageously, the temperature detection is carried out during the microwave entry into the microwave space repeatedly. On the basis of this temperature measurement, a temperature curve can be made. Because of the fast Temperature adjustment can be assumed in a detection of the temperature of the heating element that this temperature is virtually representative of the temperature of the sample material.
Vorteilhaft wird dann die Intensität der Mikrowellenbestrahlung in Abhängigkeit der erfassten Temperatur geregelt.Advantageously, the intensity of the microwave irradiation is then regulated as a function of the detected temperature.
Vorteilhaft erfolgt im Mikrowellenraum ein Luftdurchsatz. Dadurch wird beispielsweise eine Entfernung von Feuchtigkeit oder Lösemitteldämpfen ermöglicht.Advantageously, an air flow takes place in the microwave space. This allows, for example, removal of moisture or solvent vapors.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von Probenmaterial vorgesehen, die einen Mikrowellenraum und eine in diesem zur Aufnahme des Probenmaterials angeordnete Probenaufläge/Probenaufnahme aufweist . Weiterhin weist die Vorrichtung ein mikrowellenabsorbierendes Heizelement auf, das in direktem oder indirektem Wärmeleitkontakt mit derAccording to a further aspect of the invention, a device for heating sample material is provided, which has a microwave chamber and a sample support / sample receptacle arranged therein for receiving the sample material. Furthermore, the device has a microwave-absorbing heating element, which in direct or indirect Wärmeleitkontakt with the
Probenauflage/Probenaufnahme steht . Dabei erstreckt sich das Heizelement im Wesentlichen nicht über das Niveau der Probenauflage/Probenaufnahme oder gegebenenfalls des darauf befindlichen Probenmaterials.Sample support / sample holder is. In this case, the heating element does not substantially extend beyond the level of the sample support / sample holder or, if appropriate, of the sample material located thereon.
Die Probenaufläge/Probenaufnahme und das Heizelement können einstückig oder zweistückig ausgebildet sein. Vorteilhaft ist jedoch im Allgemeinen eine zweistückige Ausführungsform, weil in diesem Fall für das Heizelement und für die Probenauflage/Probenaufnahme einfach unterschiedlicheThe Probenaufläge / sample holder and the heating element may be formed in one piece or two pieces. However, a two-piece embodiment is generally advantageous because, in this case, the heating element and the sample support / sample holder are simply different
Materialien gewählt werden können. Vorteilhaft besteht die Probenauflage/Probenaufnahme aus einem im Wesentlichen mikrowellendurchlässigen Material .Materials can be selected. Advantageously, the sample support / sample holder consists of a substantially microwave transparent material.
Insbesondere kann in diesem Fall für die Probenaufläge/Probenaufnahme ein Material gewählt werden, das die Wärme vergleichsweise gut leitet (wegen der oben dargestellten Zusammenhänge) und zudem möglichst inert ist, so dass unerwünschte Reaktionen mit dem aufliegenden Probenmaterial quasi ausgeschlossen werden können.In particular, in this case, a material can be selected for the sample supports / sample receptacle that conducts the heat comparatively well (because of the above shown connections) and also as inert as possible, so that undesirable reactions with the resting sample material can be virtually excluded.
Außerdem kann für die Probenauflage/Probenaufnahme ein Material gewählt werden, das vergleichsweise schlecht Wärme speichert, also eine vergleichsweise geringe Wärmekapazität aufweist, so dass auch dadurch eine Temperaturabnahme bzw. eine Reduktion einer Temperaturzunahme besonders rasch erfolgen kann und somit eine schnelle und gut kontrollierbare Temperaturregelung unterstützt wird. Als Material eignet sich hierfür beispielsweise Glasfaser und/oder Quarzfaser besonders gut .In addition, for the sample support / sample holder, a material can be selected which stores comparatively poor heat, that is, has a comparatively low heat capacity, so that even a decrease in temperature or a reduction in temperature increase can take place particularly rapidly and thus supports a fast and easily controllable temperature control becomes. As a material for this example, glass fiber and / or quartz fiber is particularly well.
Vorteilhaft besteht die Probenauflage/Probenaufnahme zumindest teilweise aus einem Material, das folgende Eigenschaften hat: (i) es ist chemisch möglichst inert, um nicht mit dem aufliegenden Probenmaterial in unerwünschte Wechselwirkung zu treten, (ii) es ist in dem bei der Behandlung vorgesehenen Temperaturbereich wärmebeständig, undAdvantageously, the sample support / sample holder consists at least partially of a material which has the following properties: (i) it is chemically inert as far as possible in order not to interact undesirably with the resting sample material, (ii) it is in the temperature range intended for the treatment heat resistant, and
(iii) aus den oben angeführten Gründen ist es bei geringer(iii) it is lower for the reasons given above
Wärmekapazität gut wärmeleitend. In diesem Sinn eignet sich das genannte Glasfaser- und/oder Quarzfasermaterial in besonderem Maße .Heat capacity good thermal conductivity. In this sense, the said glass fiber and / or quartz fiber material is particularly suitable.
Vorzugsweise sind die Probenaufläge/Probenaufnahme und das Heizelement im Mikrowellenraum derart frei angeordnet, dass die Probenauflage/Probenaufnahme zumindest im Wesentlichen seitlich und oberhalb nicht von mikrowellenabsorbierendem Material umgeben ist. Dies führt dazu, dass eine Veränderung der vom Magnetron ausgestrahlten Intensität unmittelbar, also insbesondere ohne zeitliche Verzögerung und ungeschwächt, eine entsprechende Veränderung der auf das Heizelement einfallenden Mikrowellenstrahlung zur Folge hat. Auch dadurch wird ein besonders schnelles Ansprechen des Temperaturverhaltens bei Veränderung der Mikrowellenstrahlung begünstigt . Es ist also diesbezüglich insbesondere von Vorteil, wenn um die Anordnung Probenauflage/Probenaufnahme/Heizelement herum kein Probenbehälter oder ähnliches aus einem Material angeordnet ist, das zumindest teilweise Mikrowellen absorbiert .Preferably, the Probenaufläge / sample holder and the heating element in the microwave space are arranged freely such that the sample support / sample receiving at least substantially laterally and above is not surrounded by microwave-absorbing material. As a result, a change in the intensity emitted by the magnetron results in a corresponding change in the microwave radiation incident on the heating element directly, that is to say in particular without a time delay and without weakening. This also favors a particularly rapid response of the temperature behavior when changing the microwave radiation. It is thus particularly advantageous in this respect if no sample container or the like of a material is arranged around the sample support / sample receiver / heating element arrangement, which at least partially absorbs microwaves.
Außerdem kann bei einer entsprechend freistehenden Anordnung die vom Mikrowellenstrahler kommende Mikrow.ellens-trahlung- ungeschwächt in das Material des Probenplattenhalters eindringen und auf diese Weise eine besonders schnelle Erwärmung hervorrufen.In addition, with a correspondingly free-standing arrangement coming from the microwave radiator Mikrow.ellens-irradiation unattenuated penetrate into the material of the sample plate holder and cause in this way a particularly rapid heating.
Vorzugsweise sollte also das Heizelement derart im Mikrowellenraum angeordnet sein, dass seine Oberfläche zumindest teilweise direkt der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt ist, die entweder direkt vom Mikrowellenstrahler stammt oder beispielsweise einmal (so gut wie verlustfrei) an einer der Innenwände des Mikrowellenraums reflektiert worden ist.Preferably, therefore, the heating element should be arranged in the microwave space so that its surface is at least partially directly exposed to the microwave radiation, either directly from the microwave radiator or example once (almost lossless) has been reflected on one of the inner walls of the microwave space.
Weiterhin ist in dem Mikrowellenraum vorteilhaft im oberen Halbraum um das Probenmaterial ein Freiraum gebildet, so dass sich kein Hitzestau ausbilden kann.Furthermore, a free space is advantageously formed in the microwave space in the upper half-space around the sample material so that no heat accumulation can form.
Bei der Wahl des Materials für das Heizelement sollte im Sinne der obigen Ausführungen darauf geachtet werden, dass das Material entsprechend nennenswerte Absorptionseigenschaften bezüglich Mikrowellenstrahlung aufweist. Bei sehr geringer oder allzu geringer Absorptionsfähigkeit des Materials kann sich der gewünschte schnelle Erwärmungseffekt nicht ausbilden, weil dann die Erwärmung des Heizelements bei Mikrowellenbestrahlung zu langsam erfolgt. Wie dem Fachmann bekannt ist, sind die absorbierenden Eigenschaften von verschiedenen Faktoren abhängig, wie z. B. insbesondere vom Material selbst, von der Wellenlänge (bzw. den Wellenlängen) der einfallenden Strahlung und von der Temperatur.In the choice of the material for the heating element, care should be taken in the sense of the above statements that the material has correspondingly appreciable absorption properties with respect to microwave radiation. At very low or too low absorption capacity of the material, the desired rapid heating effect can not form, because then the heating of the heating element is too slow in microwave irradiation. As is known to those skilled in the art, the absorbent properties depend on various factors, such as: B. in particular from the material itself, from the Wavelength (or wavelengths) of the incident radiation and of the temperature.
Vorteilhaft besteht das Heizelement aus einem Halbleitermaterial bzw. aus einem Isolator-Material mit darin fein verteiltem leitenden Material, bevorzugt zumindest teilweise aus Siliziumcarbid. Dieses Material ist sehr temperaturbeständig, beispielsweise können dabeiAdvantageously, the heating element consists of a semiconductor material or of an insulator material with finely distributed conductive material, preferably at least partially of silicon carbide. This material is very temperature resistant, for example, it can
Systemtemperaturen zwischen Raumtemperatur und 14000C erreicht werden.System temperatures between room temperature and 1400 0 C can be achieved.
Vorteilhaft besteht das Heizelement aus einem inerten Material .Advantageously, the heating element consists of an inert material.
Vorteilhaft ist das Heizelement zumindest im Wesentlichen hülsen- oder ringartig oder zylindrisch geformt. Dies ermöglicht bei insgesamt materialsparender Ausführung eine gute und stabile Auflagefläche für die Probenaufläge/Probenaufnahme und erlaubt darüber hinaus, die Kontaktfläche zur Wärmeleitung mit geeigneter Größe zu gestalten.Advantageously, the heating element is at least substantially sleeve-shaped or ring-shaped or cylindrically shaped. This allows for a total of material-saving design a good and stable support surface for the Probenaufläge / sample holder and also allows to design the contact surface for heat conduction of a suitable size.
Eine in etwa ringförmige Kontaktfläche, wie sie sich bei einer im Wesentlichen ring- oder hülsenartigen oder zylindrischen Form des Heizelements ergibt, ist dabei besonders vorteilhaft, weil in diesem Fall der Wärmestrom nur vergleichsweise kurze Ausbreitungswege zurücklegen muss, um das gesamte Volumen der Probenauflage/Probenaufnahme zu durchdringen. Dadurch wird wiederum eine besonders rasche Ausbreitung der Wärme ermöglicht. Beispielsweise kann also vorgesehen sein, dass die Probenauflage/Probenaufnahme im Horizontalschnitt etwa kreisförmig ist und die Kontaktfläche zwischen dem Heizelement und der Probenaufläge/Probenaufnahme ringförmig vorgesehen ist, wobei dieser Ring im Wesentlichen zentrisch bezüglich der Probenauflage/Probenaufnahme ist und einen mittleren Radius aufweist, der etwa dem halben Radius der Probenauflage/Probenaufnahme entspricht. Vorteilhaft ist das Heizelement zumindest in seinem unterenAn approximately annular contact surface, as it results in a substantially annular or sleeve-like or cylindrical shape of the heating element, is particularly advantageous because in this case, the heat flow must cover only relatively short propagation paths to the entire volume of the sample support / sample holder to penetrate. This in turn allows a particularly rapid spread of heat. For example, it may thus be provided that the sample support / sample holder is approximately circular in horizontal section and the contact surface between the heating element and the Probenaufläge / sample holder is annular, this ring is substantially centric with respect to the sample support / sample holder and has a mean radius, the approximately half the radius of the sample support / sample holder corresponds. The heating element is advantageous at least in its lower
Bereich konisch geformt. Beispielsweise kann es nach unten verjüngend ausgebildet sein, so dass einerseits oben eine vergleichsweise stabile Auflagefläche für dieConically shaped area. For example, it may be formed tapering down, so that on the one hand above a comparatively stable support surface for the
Probenaufläge/Probenaufnahme gebildet werden kann und andererseits unten ein Einsetzen in eine Aufnahmeöffnung eines Magazins oder dergleichen besonders leicht möglich ist.Probenaufläge / sample holder can be formed and on the other hand down insertion into a receiving opening of a magazine or the like is particularly easy.
Vorteilhaft ist das Heizelement als eine Tiegelhülse ausgebildet.Advantageously, the heating element is designed as a crucible sleeve.
Vorteilhaft weist die Vorrichtung weiterhin eine Temperaturmesseinrichtung zur Erfassung der Temperatur von auf der Probenaufläge/Probenaufnahme befindlichem Probenmaterial und/oder zur Erfassung der Temperatur der Probenaufläge/Probenaufnahme und/oder zur Erfassung der Temperatur des Heizelements auf.Advantageously, the device further comprises a temperature measuring device for detecting the temperature of sample material located on the sample support / sample holder and / or for detecting the temperature of the sample support / sample holder and / or for detecting the temperature of the heating element.
Vorteilhaft umfasst die Temperaturmesseinrichtung einen Infrarotsensor. Damit kann berührungslos die Temperatur schnell erfasst werden. Dadurch kann der Temperaturverlauf quasi ohne Zeitverlust kontrolliert werden.Advantageously, the temperature measuring device comprises an infrared sensor. Thus, the temperature can be detected quickly without contact. As a result, the temperature profile can be controlled virtually without loss of time.
Mit einem derartigen Infrarotsensor kann die Temperatur quasi permanent, also beispielsweise in kurzen zeitlichen Abständen, erfasst werden, was insbesondere in Zusammenhang mit der möglichen schnellen Temperaturänderung von Vorteil ist. Die Ergebnisse einer derartigen Temperaturmessung können unterstützend hinsichtlich einer besonders zuverlässigen Regelung des Temperaturverlaufs wirken, insbesondere, weil bei etwaigen Abweichungen von Sollwerten eine sofortige Gegensteuerung in Form einer Änderung der Intensität der Mikrowellenstrahlung erfolgen kann.With such an infrared sensor, the temperature quasi-permanent, so for example in short time intervals, are detected, which is particularly in connection with the possible rapid temperature change advantage. The results of such a temperature measurement can support a particularly reliable control of the temperature profile act, in particular, because any deviations from setpoints, an immediate countermeasure in the form of a change in the intensity of the microwave radiation can take place.
Vorteilhaft weist die Vorrichtung weiterhin ein Mittel zur Erzeugung eines Luftdurchsatzes in dem Mikrowellenraum auf. Die Mittel können beispielsweise eine Absaugvorrichtung zur Entfernung von Feuchtigkeit und/oder Dampf, beispielsweise Lösungsmitteldampf, aus dem Behandlungsraum umfassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Absaugvorrichtung hierfür einen entsprechenden Luftdurchsatz zur Abschirmung des Behandlungsraums erzeugt .Advantageously, the device further comprises a means for generating an air flow in the microwave space. The means may comprise, for example, a suction device for removing moisture and / or steam, for example solvent vapor, from the treatment space. For example, it can be provided that the suction device generates a corresponding air flow for shielding the treatment space for this purpose.
Vorteilhaft weist die Vorrichtung einen im Mikrowellenraum angeordneten „Probenteller" oder ein „Magazin" oder dergleichen zur Aufnahme des Heizelements auf. Dieses Magazin kann insbesondere auch zur Aufnahme von mehreren Heizelementen vorgesehen sein. Vorteilhaft kann das Magazin hierzu wenigstens eine Aufnahmeöffnung zum Einsetzen des Heizelements aufweisen. Eine konische Formgebung des Heizelements ist in dieser Hinsicht vorteilhaft, weil es einfach von oben in eine derartige Aufnahmeöffnung eingesetzt werden kann.Advantageously, the device has a "sample tray" arranged in the microwave space or a "magazine" or the like for receiving the heating element. This magazine can be provided in particular for receiving a plurality of heating elements. Advantageously, the magazine for this purpose have at least one receiving opening for insertion of the heating element. A conical shape of the heating element is advantageous in this respect, because it can be easily inserted from above into such a receiving opening.
Das Magazin kann aus einem mikrowellentransparenten Material gefertigt sein. Allerdings ist es alternativ auch möglich, das Magazin selbst als „Heizelement" im obigen Sinne auszubilden, also insbesondere hierfür ein Material mit entsprechend mikrowellenabsorbierenden Eigenschaften zu wählen.The magazine can be made of a microwave-transparent material. However, it is alternatively also possible to design the magazine itself as a "heating element" in the above sense, ie in particular to select a material with correspondingly microwave-absorbing properties for this purpose.
Vorteilhaft ist das Magazin drehbar im Behandlungsraum angeordnet. Durch eine Drehung wird das Heizelement im Allgemeinen durch Raumbereiche geführt, die mehr oder weniger stark von Mikrowellenstrahlung durchsetzt sind, so dass insgesamt eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet wird.Advantageously, the magazine is rotatably arranged in the treatment room. By rotation, the heating element is generally guided through areas of space, which are more or less permeated by microwave radiation, so that a total of uniform heating is ensured.
Vorteilhaft ist der Mikrowellenraum innenseitig mit einem Isoliermaterial geschützt. Dies kann beispielsweise zum Schutz eines Mikrowellen-Metallgehäuses vorgesehen sein. Das Isoliermaterial ist vorteilhaft mikrowellendurchlässig und beispielsweise unmittelbar auf metallischen Innenwänden des Mikrowellenraums angebracht. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eineThe microwave space is advantageously protected on the inside with an insulating material. This can be provided, for example, to protect a microwave metal housing. The insulating material is advantageously microwave transparent and, for example, mounted directly on metallic inner walls of the microwave space. According to another aspect of the invention is a
Vorrichtung zum Erwärmen von Probenmaterial vorgesehen. DieProvided device for heating sample material. The
Vorrichtung umfasst einen Mikrowellenraum und einen in dem Mikrowellenraum angeordneten, beispielsweise mikrowellendurchlässigen Tiegel zur Aufnahme desDevice comprises a microwave space and arranged in the microwave space, for example, microwave-permeable crucible for receiving the
Probenmaterials. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine mikrowellenabsorbierende Hülse zur Aufnahme des Tiegels. DieSample material. Furthermore, the device comprises a microwave-absorbing sleeve for receiving the crucible. The
Hülse kann als Heizelement im Sinne der obigen Ausführungen vorgesehen sein.Sleeve may be provided as a heating element in the sense of the above statements.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von Probenmaterial vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen Mikrowellenraum auf und einen Probenteller, der in dem Mikrowellenraum angeordnet ist. Der Probenteller kann beispielsweise in Form eines Magazins vorgesehen sein. Der Probenteller weist wenigstens einen definierten Stellplatz für ein Heizelement auf. Der Stellplatz kann beispielsweise durch eine Öffnung oder „Aufnahmeöffnung" in dem Probenteller vorgesehen sein. DasAccording to another aspect of the invention, an apparatus for heating sample material is provided. The device has a microwave space and a sample tray which is arranged in the microwave space. The sample tray may be provided for example in the form of a magazine. The sample tray has at least one defined parking space for a heating element. The parking space can be provided for example by an opening or "receiving opening" in the sample tray
Heizelement besteht aus mikrowellenabsorbierendem Material und ist zur direkten oder indirekten Kontaktierung mit dem Probenmaterial ausgebildet. Das Heizelement ist in den Stellplatz beispielsweise von oben einstellbar.Heating element consists of microwave-absorbing material and is designed for direct or indirect contact with the sample material. The heating element is adjustable in the parking space, for example from above.
Das Heizelement kann in Form eines Tiegels, einer Hülse oder einer Tiegelhülse vorgesehen sein.The heating element may be provided in the form of a crucible, a sleeve or a crucible sleeve.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erwärmen von Probenmaterial vorgesehen, das folgendeAccording to another aspect of the invention, there is provided a method of heating sample material, the following
Schritte aufweist: Anordnen des Probenmaterials bezüglich wenigstens eines Heizelements aus mikrowellenabsorbierendem Material derart, dass das Probenmaterial in direktem oder indirektem Wärmeleitkontakt zu dem Heizelement steht; Einstellen des Heizelements, beispielsweise von oben in einen dafür vorgesehenen Stellplatz eines Probentellers; Anordnen des Probentellers, des Heizelements und des Probenmaterials in einem Mikrowellenraum; und Eintrag von Mikrowellen zur Erwärmung des Heizelements.Comprising: arranging the sample material relative to at least one heating element of microwave-absorbing material such that the sample material is in direct or indirect heat-conducting contact with the heating element; Setting the heating element, for example from above in a designated space of a sample tray; Arranging the sample tray, the heating element and the sample material in a microwave room; and introducing microwaves to heat the heating element.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften sollen nunmehr anhand einer detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:Further features, advantages and features will now be explained with reference to a detailed description of an embodiment and with reference to the figures of the accompanying drawings. Show it:
Fig. Ia einen schematischen Querschnitt durch ein hülsenförmiges Heizelement und eineFig. Ia is a schematic cross section through a sleeve-shaped heating element and a
Probenplatte, eingesetzt in ein Magazin oder einen Probenteller,Sample plate inserted in a magazine or a sample tray,
Fig. /Ib einen schematischen Querschnitt durch ein tiegelförmiges Heizelement und eineFig. / Ib is a schematic cross section through a crucible-shaped heating element and a
Probenplatte, eingesetzt in ein Magazin oder einen Probenteller undSample plate, inserted in a magazine or a sample tray and
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Probenwechslersystem mit einem2 shows a schematic cross section through a sample changer system with a
Heizelement, eingesetzt in ein Magazin und mit einem Infrarot-Temperaturmessgerät .Heating element, inserted in a magazine and with an infrared temperature measuring device.
Fig. Ia zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Heizelement, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel alsFig. Ia shows a schematic cross section through a heating element, which according to this embodiment as
Tiegelhülse 2 ausgestaltet ist und eineCrucible sleeve 2 is configured and a
Probenauflage/Probenaufnahme in Form einer „Probenplatte" oder eines „Probenträgers" 5, der oben auf der Tiegelhülse 2 angeordnet ist und zum Auflegen von Probenmaterial 1 dient . In diesem Sinne dient gemäß diesem Ausführungsbeispiel dasSample support / sample holder in the form of a "sample plate" or a "sample carrier" 5, which is arranged on top of the crucible sleeve 2 and serves for placing sample material 1. In this sense, serves according to this embodiment, the
Heizelement auch als „Probenplattenhalter" . Die Tiegelhülse 2 ist in Fig. Ia in einer Aufnahmeöffnung 20 eines (nur teilweise gezeigten) Magazins 4 aufgenommen bzw. eingesetzt dargestellt .Heating element also as "sample plate holder." The crucible sleeve 2 is shown in Fig. Ia in a receiving opening 20 of a (only partially shown) magazine 4 recorded or inserted.
Fig. Ib zeigt ein tiegelförmiges Heizelement 2', das zumindest Aussen konusförmig gebildet sein kann. Das Probenmaterial 1 kann direkt eingesetzt sein, oder aber bspw. indirekt, d.h. durch Einlegen einer temperaturförmigen Matte 21 bspw. aus Glasfaser.Fig. Ib shows a crucible-shaped heating element 2 ', which may be formed conically at least externally. The Sample material 1 can be used directly, or, for example, indirectly, ie, by inserting a temperature-shaped mat 21, for example of glass fiber.
Das Magazin 4 stellt hierbei einen Probenteller dar und durch die Aufnahmeöffnung 20 in dem Magazin 4 bzw. dem Probenteller wird ein definierter Stellplatz für die Tiegelhülse 2 bzw. das Heizelement in dem Magazin 4 bzw. in dem Probenteller gebildet .The magazine 4 in this case represents a sample tray and through the receiving opening 20 in the magazine 4 and the sample tray, a defined parking space for the crucible sleeve 2 and the heating element in the magazine 4 and in the sample tray is formed.
Das Heizelement bzw. die bspw. Aussen leicht konische Tiegelhülse 2 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel von oben in die Aufnahmeöffnung 20 einstellbar oder einsetzbar. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Heizelement auf andere Weise in die vorgesehene Position an dem Stellplatz gebracht wird, beispielsweise durch seitliches Einschieben. In diesem Fall kann die Aufnahmeöffnung beispielsweise in Form einer U-förmigen Aussparung vorgesehen sein, die sich vom Rand des Probentellers einwärts erstreckt.The heating element or the example. Outside slightly conical crucible sleeve 2 is adjustable or usable from above into the receiving opening 20 according to this embodiment. However, it can also be provided that the heating element is brought in another way in the intended position on the parking space, for example by lateral insertion. In this case, the receiving opening may for example be provided in the form of a U-shaped recess extending inwardly from the edge of the sample tray.
Die Tiegelhülse 2 besteht aus einem mikrowellenabsorbierenden Material, der Probenträger 5 aus einem zumindest im Wesentlichen mikrowellendurchlässigen Material. Tiegelhülse 2 und Probenträger 5 sind dafür vorgesehen, in einem (in Fig. 1 nicht dargestellten) Mikrowellenraum oder Behandlungsraum verwendet zu werden, der Teil einer Vorrichtung zum Behandeln von Probenmaterial ist . Der Behandlungsraum kann dabei mit einem Mikrowellenstrahler, also beispielsweise mit einem Magnetron bestrahlt werden.The crucible sleeve 2 consists of a microwave-absorbing material, the sample carrier 5 of an at least substantially microwave-transparent material. Crucible sleeve 2 and sample carrier 5 are intended to be used in a microwave space or treatment room (not shown in FIG. 1) that is part of a device for treating sample material. The treatment room can be irradiated with a microwave radiator, so for example with a magnetron.
Wird die Tiegelhülse 2 im Behandlungsraum einer Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt, so erwärmt sie sich aufgrund ihrer mikrowellenabsorbierenden Eigenschaft. Die Wärme wird über die ringförmige Berührungs- oder Kontaktfläche mit dem Probenträger 5 durch Wärmeleitung an letzteren weitergegeben, so dass sich der Probenträger 5 erwärmt und seinerseits die Wärme an ein auf dem Probenträger 5 befindliches Probenmaterial 1 weiterleitet. Das System eignet sich also insbesondere für Probenmaterial 1, das selbst nicht oder nur unwesentlich mikrowellenabsorbierend ist.If the crucible sleeve 2 is exposed to microwave irradiation in the treatment room, it heats up due to its microwave-absorbing property. The heat is transmitted through the annular contact or contact surface with the sample carrier 5 by conduction of heat to the latter, so that the sample carrier 5 is heated and in turn the heat to a on the sample carrier 5 resident sample 1 forwarded. The system is thus particularly suitable for sample material 1, which itself is not or only slightly microwaveable.
Die Tiegelhülse 2 besteht also aus einem mikrowellenabsorbierenden Material, beispielsweise aus einem keramischen Material mit darin eingelagertem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Siliziumkarbid. Vorteilhaft ist es, wenn das Material vergleichsweise „gute" mikrowellenabsorbierende Eigenschaften hat, weil dann eine rasche Temperaturzunahme bei Bestrahlung erfolgen kann. Dies ist hinsichtlich der Möglichkeit einer raschen Temperatursteuerung, durch Veränderung der Intensität der Mikrowelleneinstrahlung in den Behandlungsraum, besonders vorteilhaft . Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die bei der betreffenden Behandlung verwendete Mikrowellenstrahlung zu mindestens 50% von der Tiegelhülse 2 absorbiert wird.The crucible sleeve 2 thus consists of a microwave-absorbing material, for example of a ceramic material with embedded therein electrically conductive material, for example of silicon carbide. It is advantageous if the material has comparatively "good" microwave-absorbing properties, because a rapid increase in temperature upon irradiation can then take place This is particularly advantageous with regard to the possibility of rapid temperature control by changing the intensity of the microwave radiation into the treatment space be that at least 50% of the microwave radiation used in the treatment in question is absorbed by the crucible sleeve 2.
Der Probenträger 5 kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Vergrößerung der Oberfläche beitragen, so dass die Auflagefläche des Probenträgers 5 genau an die Menge des vorgesehenen Probenmaterials 1 angepasst werden kann. Gemäß den obigen Darstellungen ist es hinsichtlich der Wahl des Materials des Probenträger 5 günstig, ein Material zu wählen, das die Wärme gut leitet und bei Reduktion der Wärmezufuhr schnell reagiert, also eine vergleichsweise geringe Wärmekapazität aufweist. Darüber hinaus muss das Material natürlich dem vorgesehenen Temperaturbereich des Systems entsprechend standhalten. Beispielsweise eignet sich hierfür Glas- und/oder Quarzfasermaterial in besonderem Maße.The sample carrier 5 can contribute to the enlargement of the surface in the arrangement according to the invention, so that the support surface of the sample carrier 5 can be adapted exactly to the amount of the provided sample material 1. According to the above representations, it is favorable in terms of the choice of the material of the sample carrier 5, to choose a material that conducts the heat well and reacts quickly when reducing the heat, so has a relatively low heat capacity. In addition, of course, the material must withstand the intended temperature range of the system accordingly. For example, this glass and / or quartz fiber material is particularly suitable.
Hinsichtlich des Materials von Probenträger 5 und Tiegelhülse 2 ist es weiterhin vorteilhaft, wenn ein möglichst inertesWith regard to the material of sample carrier 5 and crucible sleeve 2, it is also advantageous if the most inert
Material gewählt wird, um unerwünschte Wechselwirkungen mit dem zu behandelnden Probenmaterial 1 zu verhindern. Auch in dieser Hinsicht sind die beispielhaft angegebenen speziellen Materialien, also Siliziumkarbid und Glas-/Quarzfaser vorteilhaft .Material is selected to prevent unwanted interactions with the sample material 1 to be treated. Also in In this regard, the specific materials exemplified as silicon carbide and glass / quartz fiber are advantageous.
Mit den genannten speziellen Materialien der Tiegelhülse 2 und des Probenträgers 5 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel lässt sich ein Temperaturbereich des Systems handhaben, der beispielsweise zwischen Raumtemperatur und 14000C liegt. Die Obergrenze dieses Temperaturbereichs ist dabei insbesondere durch die spezielle Wahl des Materials der Tiegelhülse 2 besonders gut beeinflussbar.With the mentioned special materials of the crucible sleeve 2 and the sample carrier 5 according to the embodiment shown here, a temperature range of the system can be handled, which is for example between room temperature and 1400 0 C. The upper limit of this temperature range is particularly particularly influenced by the special choice of the material of the crucible sleeve 2.
Durch die Hülsenform der Tiegelhülse 2 ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:The sleeve shape of the crucible sleeve 2 results in particular the following advantages:
(i) Durch die Hülsenform der Tiegelhülse 2 weist diese eine verhältnismäßig geringe Materialmenge auf, was eine verhältnismäßig geringe Wärmekapazität der Tiegelhülse 2 mit sich bringt. Dies ermöglicht, dass eine Erwärmung der Tiegelhülse 2 bei Mikrowellenbestrahlung rasch erfolgt und außerdem eine Reduktion der Temperaturzunahme bzw. eine Temperaturabnahme der Tiegelhülse 2, verursacht durch eine entsprechende Reduktion der Intensität der Mikrowellenstrahlung, ebenfalls besonders schnell erfolgt. Diese Eigenschaften ermöglichen also ein besonders schnelles „Ansprechen" der Temperatur der Tiegelhülse 2 bei Veränderung der Mikrowellenbestrahlung und somit eine besonders präzise kontrollierbare Temperatursteuerung, die zudem besonders schnell anspricht.(i) Due to the sleeve shape of the crucible sleeve 2, this has a relatively small amount of material, which brings a relatively low heat capacity of the crucible sleeve 2 with it. This makes it possible for heating of the crucible sleeve 2 to take place rapidly upon microwave irradiation and, moreover, a reduction in the temperature increase or a temperature decrease of the crucible sleeve 2, caused by a corresponding reduction in the intensity of the microwave radiation, also takes place particularly quickly. These properties thus allow a particularly rapid "response" of the temperature of the crucible sleeve 2 when changing the microwave irradiation and thus a particularly precise controllable temperature control, which also responds very quickly.
(ii) Durch die Hülsenform kann eine in etwa ringförmige Kontaktfläche zwischen der Tiegelhülse 2 und dem Probenträger 5 gebildet werden. Wenn der Probenträger 5 dabei beispielsweise im Horizontalschnitt etwa kreisförmig geformt ist, kann diese ringförmige Kontaktfläche etwa in einem Bereich vorgesehen sein, der sich um den halben Radius des Probenträgers 5 herum erstreckt. Auf diese Weise kann sich die Wärme von der Tiegelhülse 2 auf den Probenträger 5 besonders rasch weiterleiten, weil sie im Volumen des Probenträgers 5 nur verhältnismäßig kurze Wege zurücklegen muss. Bei Reduktion der Temperaturzufuhr kann sich andererseits die Temperatur des Probenträgers 5 verhältnismäßig rasch anpassen, weil keine im Verhältnis zum Probenträger 5 großflächige Kontaktfläche gebildet ist, über die noch nennenswert nachwirkend Wärme von der Tiegelhülse 2 an den Probenträger 5 weitergeleitet werden würde. Somit wird eine rasche und kontrollierte Temperatursteuerung auch hierdurch begünstigt.(ii) An approximately annular contact surface between the crucible sleeve 2 and the sample carrier 5 can be formed by the sleeve shape. If the sample carrier 5 is approximately circular in shape, for example in horizontal section, this annular contact surface may be provided approximately in a region which extends around half the radius of the sample carrier 5. This way can work the heat from the crucible sleeve 2 on the sample carrier 5 forward very quickly, because they must cover only relatively short distances in the volume of the sample carrier 5. On the other hand, when the temperature supply is reduced, the temperature of the sample carrier 5 can adjust relatively quickly, because no contact area is formed in relation to the sample carrier 5 over which significant heat would still be transmitted from the crucible sleeve 2 to the sample carrier 5. Thus, a quick and controlled temperature control is favored thereby.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. In einem Mikrowellenraum 70 befindet sich ein Magazin 4 (oder „Probenteller") mit Aufnahmeöffnungen 20, in die Tiegelhülsen eingesetzt werden können. Das Magazin kann dabei Teil eines Probenwechslers bzw. Probenwechslersystems sein.In Fig. 2 is a schematic representation of the device according to the invention is shown. A magazine 4 (or "sample plate") is located in a microwave space 70 with receiving openings 20 into which crucible sleeves can be inserted, the magazine being part of a sample changer or sample changer system.
Zu erkennen sind zwei Tiegelhülsen 2, von denen eine in die - mit Bezug auf Fig. 2 - rechte Aufnahmeöffnung des Magazins 4 eingesetzt ist. In der linken der Aufnahmeöffnungen 20 ist schematisch eine weitere eingesetzte Tiegelhülse 2 dargestellt, auf der eine Probenplatte 5 aufgelegt ist, auf der sich Probenmaterial 1 befindet. Durch die konischeEvident are two crucible sleeves 2, one of which is inserted into the - with reference to FIG. 2 - right receiving opening of the magazine 4. In the left of the receiving openings 20, another inserted crucible sleeve 2 is shown schematically, on which a sample plate 5 is placed, on which sample material 1 is located. By the conical
Außenform der Tiegelhülse 2 kann diese in einfacher Weise in die Aufnahmeöffnung 20 des Magazins 4 von oben eingesetzt werden. Bzgl . alternativer StellplatzausgestaltungenOutside shape of the crucible sleeve 2, this can be used in a simple manner in the receiving opening 20 of the magazine 4 from above. Concerning . alternative parking space configurations
(beispielsweise „Stellplatz mit seitlichem Einschub") wird auf die diesbezüglichen Ausführungen weiter oben verwiesen.(For example, "slot with side slot") is referred to the relevant comments above.
In Fig. 2 sind der Einfachheit und der besseren Übersichtlichkeit halber nur zwei Tiegelhülsen 2 und eine Probenplatte 5 eingezeichnet. In der Praxis kann natürlich vorgesehen sein, in jeder der Aufnahmeöffnungen 20 des Magazins 4 jeweils eine Tiegelhülse 2 mit einer darauf angeordneten Probenplatte 5 vorzusehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Probenträger 5 und die Tiegelhülse 2 derart frei im Behandlungsraum 70 angeordnet sind, dass die von dem Mikrowellenstrahler 7 erzeugte Mikrowellenstrahlen auf dem Weg zur Tiegelhülse 2 nicht von mikrowellenabsorbierendem Material geschwächt wird. Insbesondere ist es daher günstig, wenn die Tiegelhülse 2 beispielsweise in einem seitlichen und oberen Bereich frei von irgendwelchen mikrowellenabsorbierenden Teilen ist.In FIG. 2, only two crucible sleeves 2 and a sample plate 5 are shown for the sake of simplicity and clarity. In practice, of course, it may be provided to provide in each of the receiving openings 20 of the magazine 4 in each case a crucible sleeve 2 with a sample plate 5 arranged thereon. It is particularly advantageous if the sample carrier 5 and the crucible sleeve 2 are arranged so freely in the treatment space 70 that the microwave radiation generated by the microwave emitter 7 is not weakened by microwave-absorbing material on the way to the crucible sleeve 2. In particular, it is therefore advantageous if the crucible sleeve 2 is free of any microwave-absorbing parts, for example in a lateral and upper region.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn sich oberhalb des Niveaus des Probenmaterials 1 keinerlei Teile befinden, durch die sich ein Hitzestau um das Probenmaterial herum ausbilden könnte. Ein derartiger Hitzestau würde dazu führen, dass eine gewünschte Reduzierung der Temperatur (oder Temperaturzunähme) des Probenmaterials nur stark zeitverzögert erfolgen könnte. Beispielsweise kann also vorgesehen sein, dass oberhalb des Niveaus des Probenmaterials - so wie in Fig. 2 dargestellt - keinerlei Teile angeordnet sind.Furthermore, it is particularly advantageous if there are no parts above the level of the sample material 1 through which a heat accumulation could form around the sample material. Such heat build-up would result in a desired reduction in temperature (or temperature increase) of the sample material that could only be greatly delayed. For example, it may thus be provided that above the level of the sample material - as shown in Fig. 2 - no parts are arranged.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erwärmen von Probenmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird also das Probenmaterial 1 in dem Mikrowellenraum 70 auf der Probenplatte 5 angeordnet und diese auf der Tiegelhülse 2, die als indirektes Heizelement dient .For carrying out the method according to the invention for heating sample material 1 according to this embodiment, therefore, the sample material 1 is arranged in the microwave space 70 on the sample plate 5 and this on the crucible sleeve 2, which serves as an indirect heating element.
Anschließend wird das Magnetron 7 eingeschaltet, so dass Mikrowellen in den Mikrowellenraum 70 eingestrahlt werden.Subsequently, the magnetron 7 is turned on, so that microwaves are irradiated into the microwave space 70.
Aufgrund der Absorptionseigenschaft der Tiegelhülse 2 erwärmt sich diese und gibt über die ringförmige Kontaktfläche die Wärme an die Probenplatte 5 weiter. Diese erwärmt sich aufgrund ihrer guten wärmeleitenden Eigenschaften schnell und gibt die Wärme wiederum an das Probenmaterial 1 weiter. Bei einer Reduktion der Intensität der eingestrahlten Mikrowellenstrahlung reduziert sich die Temperatur der Tiegelhülse 2 aufgrund der vergleichsweise geringen Wärmekapazität derselben rasch. Die Wärmeweitergabe an die Probenplatte 5 über die vergleichsweise kleine, ringförmige Kontaktfläche reduziert sich ebenfalls rasch, was wiederum dazu führt, dass sich die Temperatur des Probenmaterials entsprechend schnell anpasst.Due to the absorption property of the crucible sleeve 2, the latter heats up and, via the annular contact surface, transfers the heat to the sample plate 5. This heats up quickly due to their good heat-conducting properties and in turn transfers the heat to the sample material 1. With a reduction in the intensity of the irradiated microwave radiation, the temperature of the crucible sleeve 2 is reduced rapidly due to the comparatively low heat capacity thereof. The transfer of heat to the sample plate 5 via the comparatively small, annular contact surface also reduces rapidly, which in turn leads to the temperature of the sample material correspondingly adapting rapidly.
Insgesamt erlaubt also die Anordnung bzw. das entsprechende Verfahren, durch Änderung der Intensität des Magnetrons eine präzise und schnell ansprechende Temperatursteuerung der Temperatur des Probenmaterials. Eine vorgegebene Reaktionskurve kann also entsprechend genau verfolgt werden. Insgesamt wird dadurch mit der Erfindung eine erhebliche Qualitätssteigerung bei entsprechenden Probenbehandlungen ermöglicht .Overall, therefore, the arrangement or the corresponding method, by changing the intensity of the magnetron allows a precise and fast response temperature control of the temperature of the sample material. A given reaction curve can therefore be tracked accordingly. Overall, this invention allows a significant increase in quality with appropriate sample treatments.
Das Magazin 4 befindet sich also in einem Behandlungs- oder Mikrowellenraum 70, in den mittels eines Magnetrons 7 Mikrowellenstrahlung eingestrahlt werden kann. Der Boden 75 des Behandlungsraums 70 weist zwei Durchgriffsöffnungen 71, 72 auf, wobei die erste Durchgriffsöffnung 71 für den Durchgriff einer Waage 3, genauer gesagt für die entsprechende Halterung einer Aufnähmetlache 35 der Waage 3 vorgesehen ist und die zweite Durchgriffsöffnung 72 für eine Halterung 74 des Magazins 4. •The magazine 4 is thus located in a treatment or microwave space 70 into which microwave radiation can be radiated by means of a magnetron 7. The bottom 75 of the treatment space 70 has two access openings 71, 72, wherein the first access opening 71 is provided for the passage of a balance 3, more precisely for the corresponding support of a Aufnähmetlache 35 of the balance 3 and the second access opening 72 for a holder 74 of Magazine 4. •
Weiter mit Bezug auf Fig. 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Motor 61 zur Drehung des Magazins 4 über dessen Halterung 74 vorgesehen. Bei dem skizziertenWith further reference to FIG. 2, in this embodiment a motor 61 is provided for rotating the magazine 4 via its support 74. In the sketched
Beispiel ist dieser Motor 61 auf einer Montageplatte 63 befestigt, die über eine Parallelführung 66 höhenbeweglich gelagert ist. Ein weiterer Motor 60 ist dabei zum Antrieb einer Exzenterscheibe 62 vorgesehen, wobei dieExample, this motor 61 is mounted on a mounting plate 63 which is mounted vertically movable via a parallel guide 66. Another motor 60 is provided for driving an eccentric disk 62, wherein the
Exzenterscheibe 62 von unten gegen die Montageplatte 63 einwirkt, so dass dadurch die Montageplatte 63 und somit auch das Magazin 4 höhenverstellbar sind. Auf diese Weise ist ein Hubsystem gebildet. Durch dieses Hubsystem kann das Magazin 4 aus der in Fig. 2 skizzierten Position heraus derart abgesenkt werden, dass die Tiegelhülse 2 aufgrund ihrer konischen Außenform auf der Aufnähmetlache 35 der Waage 3 frei zu stehen kommt, so dass das Gewicht der Tiegelhülse 2 mit gegebenenfalls darauf befindlichem Probenträger 5 mit Probenmaterial erfasst werden kann. Durch das Hubsystem wird also eine vertikale Relativbewegung zwischen dem Magazin 4 und der Tiegelhülse 2 hervorgerufen, durch die die Tiegelhülse 2 auf die Aufnähmetlache 35 der Waage 3 positioniert wird.Eccentric disc 62 acts from below against the mounting plate 63, so that thereby the mounting plate 63 and thus also the magazine 4 are height adjustable. In this way, a lifting system is formed. By this lifting system, the magazine 4 can be lowered out of the outlined in Fig. 2 position out so that the crucible sleeve 2 comes to rest freely on the Aufnähmetlache 35 of the balance 3 due to their conical outer shape, so that the weight of the crucible sleeve 2 with optionally thereon located sample carrier 5 can be detected with sample material. By the lifting system so a vertical relative movement between the magazine 4 and the crucible sleeve 2 is caused by the crucible sleeve 2 is positioned on the Aufnähmetlache 35 of the balance 3.
Zur Ansteuerung der Motoren 60, 61 kann vorteilhaft eine Steuereinheit 65 vorgesehen sein, die über Datenleitungen mit den Motoren 60, 61 und auch der Waage 3 verbunden ist. Weiterhin ist die Steuereinheit 65 beispielsweise integrativ mit einem Datensystem 40 verbunden, so dass eine Steuer- und Dateneinheit gebildet ist.For controlling the motors 60, 61 may advantageously be provided a control unit 65 which is connected via data lines to the motors 60, 61 and also the balance 3. Furthermore, the control unit 65 is integrally connected to a data system 40, for example, so that a control and data unit is formed.
Die Steuerdaten, die sich auf den Motor 61 beziehen, enthalten dabei insbesondere eine Information über die Drehstellung des Probentellers 4 und damit eine Information darüber, welche Tiegelhülse 2 sich aktuell an welcher Drehposition und somit bspw. über der Waage 3 bzw. deren Auflagefläche 35 befindet. Somit dient diese Information zur Probenidentifizierung mittels Drehpositionscodierung. Die Steuerdaten, die sich auf den Motor 60 beziehen, liefern eine Information über die Höheneinstellung des Probentellers 4 und somit eine Information, die sich auf einen Wiegevorgang der Tiegelhülse 2 mit der Waage 3 bezieht.The control data, which relate to the motor 61, in particular contain information about the rotational position of the sample tray 4 and thus information about which crucible sleeve 2 is currently at which rotational position and thus, for example, on the balance 3 or its bearing surface 35 , Thus, this information is used for sample identification by means of rotational position coding. The control data related to the motor 60 provide information about the height adjustment of the sample tray 4 and thus information related to a weighing operation of the crucible sleeve 2 with the balance 3.
Temperaturmessung :Temperature measurement:
Zur Erfassung der Temperatur ist ein Infrarot - Temperatursensor 80 vorgesehen. Die Temperaturmessung kann beispielsweise auf der Wägeposition der Tiegelhülse 2 oder in unmittelbarer Nachbarschaft davon erfolgen.For detecting the temperature, an infrared temperature sensor 80 is provided. The temperature measurement can take place for example on the weighing position of the crucible sleeve 2 or in the immediate vicinity thereof.
Der Temperatursensor ist in einer Ausnehmung 81 der metallischen Wand 90 des Mikrowellenraum-Gehäuses eingesetzt. Der Temperatursensor kann seitlich auf Höhe einer Tiegelwand angeordnet sein und somit die Probentemperatur indirekt über die Tiegeltemperatur messen.The temperature sensor is inserted in a recess 81 of the metallic wall 90 of the microwave space housing. The temperature sensor can be arranged laterally at the level of a crucible wall and thus measure the sample temperature indirectly via the crucible temperature.
Der Temperatursensor kann aber auch über einem Tiegel angeordnet sein (siehe Bezugszeichen 80'), um somit direkt auf Probenmaterial gerichtet zu sein und somit die Probentemperatur direkt zu erfassen.However, the temperature sensor can also be arranged above a crucible (see reference numeral 80 ') so as to be directed directly to sample material and thus to directly detect the sample temperature.
Der Temperatursensor 80 ist ebenfalls mit der Steuer- und Dateneinheit verbunden, so dass auch die gemessenen Temperaturwerte dort zur Verfügung stehen.The temperature sensor 80 is also connected to the control and data unit, so that the measured temperature values are also available there.
Die verschiedenen Tiegel werden also an dem seitlich angeordneten Temperatursensor vorbeigedreht („Messung im Vorbeifahren"), wobei die Ansprechzeit des Sensors auf die Drehgeschwindigkeit und die Tiegelgrösse abgestimmt ist . Typischerweise ist die Drehgeschwindigkeit in einem Bereich von 5 bis 20 U/min.The various crucibles are therefore rotated past the laterally arranged temperature sensor (measurement as it passes by), the response time of the sensor being matched to the rotational speed and the crucible size Typically, the rotational speed is in the range from 5 to 20 rpm.
Bevorzugt wird ein schneller IR-Sensor mit einer Ansprechzeit von bspw. 50ms bis 100ms verwendet. Zur schnelleren Auswertung ist bevorzugt zumindest ein Teil 82 der Auswerteelektronik in dem Sensorkabel 83 angeordnet.A fast IR sensor with a response time of, for example, 50 ms to 100 ms is preferably used. For a faster evaluation, at least one part 82 of the evaluation electronics is preferably arranged in the sensor cable 83.
Da wie oben ausgeführt die Tiegel und somit die Proben positionscodiert sind, kann jede Temperaturmessung einer bestimmten Probe zugeordnet werden und zeitlich aufeinanderfolgende Proben zu einer Temperaturverlaufkurve 69 einer Probe abgespeichert und ggf. auf einem Bildschirm 67 angezeigt werden. Eine derartige Kurve kann zur Temperaturregelung auf eine Solltemperaturkurve mittels Einstellung der Mikrowellenleistung und/oder zur Qualitätskontrolle verwendet werden.Since, as stated above, the crucibles and thus the samples are position coded, each temperature measurement can be assigned to a particular sample and in time successive samples are stored to a temperature curve 69 of a sample and optionally displayed on a screen 67. Such a curve can be used to control the temperature to a desired temperature curve by adjusting the microwave power and / or for quality control.
Dabei kann also pro Probe eine individuelle Temperaturkurve 69, 69' erstellt werden.Thus, an individual temperature curve 69, 69 'can be created per sample.
Zur Programmierung der Proben-Positionscodierung kann vor der MW-Behandlung eine Probenposition vor den Temperatursensor gefahren werden. Der Benutzer kann dann diese Probenposition mittels der Anzeigevorrichtung 67 und einer Eingabevorrichtung (Tastatur, Touch-Screen etc.) 68 mit einer Bezeichnung versehen.To program the sample position coding, a sample position can be moved in front of the temperature sensor before the MW treatment. The user can then label this sample position by means of the display device 67 and an input device (keyboard, touch screen, etc.) 68.
Innenseitig kann der Behandlungsraum 70 von einer mikrowellendurchlässigen Isolierschicht 90 geschützt sein.On the inside, the treatment space 70 may be protected by a microwave permeable insulating layer 90.
Weiterhin kann eine (nicht dargestellte) Absaugvorrichtung vorgesehen sein. Dadurch können beispielsweise Feuchtigkeit und/oder Lösemitteldämpfe aus dem Behandlungsraum 70 durch Erzeugung eines entsprechenden Luftdurchsatzes abgesaugt werden.Furthermore, a (not shown) suction device may be provided. As a result, for example, moisture and / or solvent vapors can be sucked out of the treatment space 70 by generating a corresponding air throughput.
Die in Fig. 2 skizzierte Anordnung eignet sich in besonderem Maße zur Bestimmung von Trocken- oder Glührückstand von Probenmaterial. Dabei kann vorteilhaft wie folgt vorgegangen werden: Neben der Temperatur wird in kurzen zeitlichen Abständen jeweils mit der Waage 3 die Gewichtsänderung des entsprechenden Probenmaterials 1 erfasst. Aus dem Taragewicht der Tiegelhülse 2 und des Probenträgers 5 und den Gewichtsverlusten aufgrund flüchtiger Anteile des Probenmaterials kann dann eine grafische und tabellarische Auswertung der sich verflüchtigenden Anteile erstellt werden. Auf dieser Grundlage kann eine besonders hochwertige Qualitätskontrolle erreicht werden, da unvorhergesehene Ereignisse, wie Verspritzen etc. von Probenmaterial direkt erkennbar sind und eine exakte Messung der Probentemperatur möglich ist.The sketched in Fig. 2 arrangement is particularly suitable for determining dry or Glückückstand of sample material. In this case, the procedure can advantageously be as follows: In addition to the temperature, the weight change of the corresponding sample material 1 is detected at short time intervals, in each case with the balance 3. From the tare weight of the crucible sleeve 2 and the sample carrier 5 and the weight losses due to volatile components of the sample material, a graphic and tabular evaluation of the volatilizing fractions can then be created. On this basis, a particularly high quality Quality control can be achieved because unforeseen events, such as splashing etc. of sample material are directly visible and an accurate measurement of the sample temperature is possible.
Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit bzw. der Genauigkeit kann vorgesehen sein, dass mehrere Waagen 3 verwendet werden.To increase the performance or the accuracy can be provided that multiple scales 3 are used.
Zusammen mit der schnellen Mikrowellen-Regelung können hierbei besonders schnelle Heizraten, Trocknung von Probenmaterial durch Mikrowellenabsorption sowie eine besonders zuverlässige Regelung durch eine direkte Verfolgung der vorgezeichneten Reaktionskurve erreicht werden.Together with the fast microwave control, particularly fast heating rates, drying of sample material by microwave absorption as well as a particularly reliable control can be achieved by a direct tracking of the pre-recorded reaction curve.
Neben einer indirekten Trocknung von Probenmaterial eignet sich die Vorrichtung auch für eine direkte Trocknung, wenn ein Probenmateriel verwendet wird, das selbst mikrowellenabsorbierend ist.In addition to indirect drying of sample material, the device is also suitable for direct drying when a Probenmateriel is used, which is itself microwave-absorbing.
Anstelle von mikrowellabsorbierenden Tiegelhülsen 2 ist es auch möglich, den Probenteller bzw. das Magazin 4 aus einem mikrowellenabsorbierendem Material zu fertigen.Instead of microwave-absorbing crucible sleeves 2, it is also possible to manufacture the sample tray or the magazine 4 from a microwave-absorbing material.
Außerdem ist zu erwähnen, dass die Tiegelhülsen 2 auch zusammen mit Standardtiegeln verwendet werden können, die in die Tiegelhülsen eingesetzt werden. Zur reinen Verflüchtigung von selbst mikrowellenabsorbierendem Probenmaterial können in diesem Fall auch Standardtiegel aus mikrowellentransparentemIt should also be mentioned that the crucible sleeves 2 can also be used together with standard crucibles which are inserted into the crucible sleeves. For pure volatilization of even microwave-absorbing sample material in this case, standard crucible made of microwave transparent
Material verwendet werden.Material used.
Die Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden :The advantages of the invention can be summarized as follows:
• Es ist eine besonders präzise und schnell ansprechende Regelung der Temperatur des Probenmaterials möglich. • Es sind besonders schnelle Heizraten möglich.• It is possible to control the temperature of the sample material very precisely and quickly. • Very fast heating rates are possible.
• Die besonders schnell ansprechende Steuerung des Temperaturverlaufs bei der Verfolgung einer vorgegebenen Temperaturkurve ergibt sich sowohl bei Temperaturzunahme, als auch bei Temperaturabnahme bzw. Reduktion der Temperaturzunähme .• The particularly fast response control of the temperature profile when following a given temperature curve results both in temperature increase, as well as in temperature decrease or reduction of the temperature increase.
• Die Erfindung eignet sich beispielsweise zur Bestimmung von Trocken- und Glührückstand, wobei sich das Verfahren unter Nutzung eines Probenwechslersystems automatisiert durchführen lässt. The invention is suitable, for example, for determining dry residue and incineration residue, wherein the process can be carried out automatically using a sample changer system.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Probenmaterial1 sample material
2 Tiegelhülse2 crucible sleeve
3 Waage3 Libra
4 Magazin 5 Probenplatte4 magazine 5 sample plate
7 Magnetron7 magnetrons
20 Aufnahmeöffnung20 receiving opening
35 Aufnähmetlache der Waage35 Aufnähmetlache the balance
40 Datensystem 60 Motor zur Höhenverstellung des Magazins40 Data system 60 Motor for height adjustment of the magazine
61 Motor zur Drehung des Magazins61 Motor for rotating the magazine
62 Exzenterscheibe62 eccentric disc
63 Montageplatte 65 Steuereinheit 66 Parallelführung63 Mounting plate 65 Control unit 66 Parallel guidance
70 Behandlungsraum bzw. Mikrowellenraum70 treatment room or microwave room
71 erste Durchgriffsöffnung71 first access opening
72 zweite Durchgriffsöffnung 74 Halterung des Magazins 75 Boden des Behandlungsraums72 second access opening 74 holder of the magazine 75 bottom of the treatment room
90 Isolierschicht 90 insulating layer

Claims

Patentansprüche claims
1. Mikrowellen-Vorrichtung zum Erwärmen von Probenmaterial, aufweisendA microwave device for heating sample material comprising
- einen Mikrowellenraum (70) , einen in dem Mikrowellenraum (70) angeordneten Probenteller (4) , wobei der Probenteller wenigstens einen definierten Stellplatz (20) für ein Heizelement (2) aufweist , wobei das Heizelement (2) aus mikrowellenabsorbierendema microwave space (70), a sample tray (4) arranged in the microwave space (70), the sample tray having at least one defined parking space (20) for a heating element (2), the heating element (2) being made of microwave-absorbing material
Material besteht und zur direkten oder indirekten Kontaktierung mit dem Probenmaterial (1) ausgebildet ist, und wobei das Heizelement (2) in den Stellplatz (20) einstellbar ist.Material is formed and for direct or indirect contact with the sample material (1) is formed, and wherein the heating element (2) in the parking space (20) is adjustable.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) in den Stellplatz von oben einsetzbar ist oder oben auf den Stellplatz aufstellbar ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heating element (2) can be inserted into the parking space from above or can be set up on the parking space.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement in Form eines Tiegels oder einer Hülse gegeben ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the heating element is in the form of a crucible or a sleeve.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) aus einem Halbleitermaterial besteht .4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element (2) consists of a semiconductor material.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) zumindest teilweise aus Siliziumcarbid besteht.5. Device according to one of the preceding claims, characterized the heating element (2) consists at least partially of silicon carbide.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) aus einem inerten Material besteht .6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element (2) consists of an inert material.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Probenauflage/Probenaufnahme (5) , wobei das Heizelement (2) eine Kontaktfläche (85) zur thermischen Kontaktierung mit der Probenauflage/Probenaufnahme (5) aufweist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized by a sample support / sample holder (5), wherein the heating element (2) has a contact surface (85) for thermal contacting with the sample support / sample holder (5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenauflage/Probenaufnahme (5) eine plane Oberseite zur Aufnahme des Probenmaterials (1) aufweist.8. The device according to claim 7, characterized in that the sample support / sample holder (5) has a flat top for receiving the sample material (1).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenauflage/Probenaufnahme (5) aus einem im Wesentlichen mikrowellendurchlässigen Material besteht.9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the sample support / sample holder (5) consists of a substantially microwave transparent material.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenauflage/Probenaufnahme (5) zumindest teilweise aus Glasfaser- und/oder Quarzfasermaterial besteht.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the sample support / sample holder (5) consists at least partially of glass fiber and / or quartz fiber material.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenauflage/Probenaufnahme (5) aus einem inerten Material besteht. 11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the sample support / sample holder (5) consists of an inert material.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperaturmesseinrichtung zur direkten oder indirekten Erfassung der Temperatur des Probenmaterials (1) .12. Device according to one of the preceding claims, characterized by a temperature measuring device for direct or indirect detection of the temperature of the sample material (1).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung einen Infrarotsensor (80) umfasst.13. The device according to claim 12, characterized in that the temperature measuring device comprises an infrared sensor (80).
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch14. Device according to one of the preceding claims, characterized by
Mittel (3) zur Erfassung des Gewichts des Probenmaterials (1) .Means (3) for detecting the weight of the sample material (1).
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Hubvorrichtung zur relativen Vertikalbewegung zwischen dem Probenteller (4) und dem Heizelement (2) .15. Device according to one of the preceding claims, characterized by a lifting device for relative vertical movement between the sample plate (4) and the heating element (2).
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch16. Device according to one of the preceding claims, characterized by
Mittel zum Luftdurchsatz in dem Mikrowellenraum (70) .Means for air flow in the microwave space (70).
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellenraum (70) eine Isolierschicht (90) aus mikrowellendurchlässigem Material aufweist.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the microwave space (70) has an insulating layer (90) made of microwave-permeable material.
18. Verfahren zum Erwärmen von Probenmaterial, aufweisend folgende Schritte:18. A method of heating sample material, comprising the following steps:
- Anordnen des Probenmaterials (1) bezüglich wenigstens eines Heizelements (2) aus mikrowellenabsorbierendem Material derart, dass das Probenmaterial (1) in direktem oder indirektem Wärmeleitkontakt zu dem Heizelement (2) steht, 3Arranging the sample material (1) with respect to at least one heating element (2) of microwave-absorbing material such that the sample material (1) is in direct or indirect heat-conducting contact with the heating element (2), 3
Einstellen des Heizelements (2) in einen dafür vorgesehenen Stellplatz (20) eines Probentellers (4) ,Setting the heating element (2) in a space provided for this purpose (20) of a sample tray (4),
- Anordnen des Probentellers (4) , des Heizelements (2) und des Probenmaterials (1) in einem Mikrowellenraum (70) , undArranging the sample tray (4), the heating element (2) and the sample material (1) in a microwave space (70), and
- Eintrag von Mikrowellen zur Erwärmung des Heizelements (2) .- Entry of microwaves to heat the heating element (2).
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenteller (4) aus im Wesentlichen mikrowellendurchlässigem Material besteht.19. The method according to claim 18, characterized in that the sample plate (4) consists of substantially microwave-permeable material.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Schritt „Anordnen des Probenmaterials" das Probenmaterial (1) auf eine Probenauflage/Probenaufnahme (5) aufgebracht wird und die Probenauflage/Probenaufnahme (5) in direkten WärmeIeitkontakt zu dem Heizelement (2) gebracht wird.20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that in the step "arranging the sample material", the sample material (1) on a sample support / sample holder (5) is applied and the sample support / sample holder (5) in direct WärmeIeitkontakt to the heating element (2) is brought.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Probenmaterials (1) und/oder des Heizelements (2) erfasst wird.21. The method according to any one of claims 18 to 20, characterized in that the temperature of the sample material (1) and / or the heating element (2) is detected.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Mikrowellenbestrahlung in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur geregelt wird.22. The method according to claim 21, characterized in that the intensity of the microwave irradiation is regulated as a function of the detected temperature.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Probenmaterials (1) erfasst wird.23. The method according to any one of claims 18 to 22, characterized in that the weight of the sample material (1) is detected.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mikrowellenraum (70) Luft durchgesetzt wird.24. The method according to any one of claims 18 to 23, characterized that in the microwave space (70) air is enforced.
25. Mikrowellenvorrichtung, aufweisend: - einen Mikrowellenraum,25. A microwave device, comprising: - a microwave space,
- ein Magnetron zum Einstrahlen von Mikrowellen in den Mikrowellenraum, unda magnetron for irradiating microwaves into the microwave space, and
- einen IR-Temperatursensor, der in einer Ausnehmung des metallischen Mikrowellenraums angeordnet und in Richtung des Zentrums des Mikrowellenraums gerichtet ist. - An IR temperature sensor, which is arranged in a recess of the metallic microwave space and directed towards the center of the microwave space.
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