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Verfahren zur Bestimmung der Menge eines ultrarotabsorbierenden Gases in einem Unterdruckraum
Für die Analyse von Gasgemischen stehen eine Reihe bekannter physikalischer Verfahren zur Vertu- gung, unter denen die Messung der Ultrarot-Absorption eine wichtige Rolle spielt. Die Bestimmung des
Gehaltes an Ultrarot-absorbierenden Komponenten wie z. B. CO wurde bisher üblicherweise bei Atmo- sphärendruck so durchgeführt, dass das zu untersuchende Gasgemisch durch eine Ultrarot-Absorptionsmess- kammer str5mte, die von einem Strahl ultraroten Lichtes durchsetzt wurde, wobei bekannt war, die Ab- sorption des zu untersuchenden Gases durch Änderung seines Druckes zu verändern.
Es wurde jedoch beobachtet, dass das Ergebnis der Ultrarot-Absorptionsmessung überraschenderweise nicht, wie man eigentlich erwarten sollte, ausschliesslich von der Art und Menge bzw. dem Partialdruck des im Strahlengang der Ultrarot-Absorptionsmesskammer befindlichen Ultrarot-absorbierenden Gases bestimmt wird, sondern dass es ausserdem von der Anwesenheit oder Nichtanwesenheit solcher Gase, die für sich das Ultrarot gar nicht absorbieren, und somit vom Totaldruck abhängt. Es hat sich z.
B. gezeigt, dass die Ultrarot-Absorption von reinem Kohlenmonoxyd, welches bei einem Druck von wenigen Torr in der Absorptionskammer sich befindet, wesentlich geringer ist als die Absorption (bezogen auf das gleiche Ul- trarot-Wellenlängengebiet) von Kohlenmonoxyd, welches zwar in derselben Menge, doch in einem Gemisch mit einem andern, Ultrarot nicht (bzw. in der vorhandenen Apparatur nicht nachweisbar) absorbierenden Gas, z. B. Luft, vorliegt. Diese Erscheinung kann vielleicht dadurch erklärt werden, dass im zweiten Falle die durch Absorption von Strahlung angeregten Moleküle die Möglichkeit haben, ihre Anregungsenergie an die Moleküle des an sich nicht Ultrarot-absorbierenden beigemischten Gases abzugeben.
Diese Moleküle können somit in den Strahlungsgrundzustand zurückkehren und stehen für eine neuerliche Ultrarot-Absorption wieder zur Verfügung. Im ersteren Falle dagegen kann ein durch Ultrarot-Absorption angeregtes Molekül lediglich durch Wandstösse oder durch Remission in den Grundzustand zurückgelangen. Diese Vorstellung erklärt, dass die Ultrarot-Absorption nicht bloss von der Art und Menge des in dem durchstrahlten Raum vorhandenen Ultrarot-absorbierenden Gases abhängt, sondern auch von den an sich nicht absorbierenden Anteilen bzw. dass die Absorption bei gegebener Gasart nicht nur vom Partialdruck des absorbierenden Anteils, sondern auch vom Totaldruck abhängt. Diese Erscheinung wurde besonders bei niedrigen Drucken unterhalb 20 Torr beobachtet.
Von dieser Beobachtung ausgehend, wird nun erfindungsgemäss ein Verfahren zur Bestimmung der in einem Unterdruckraum befindlichen Menge eines Ultrarot-absorbierenden Gases vorgeschlagen, bei welchem dieses zur Messung der Ultrarot-Absorption in eine evakuierte Messkammer eingeführt wird, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass nach der Einführung des zu bestimmenden Gases, aber noch vor der Ultrarot-Absorptionsmessung eine solche Menge eines indem zur Absorptionsmessung benutzten Spektralgebiet absorptionsfreien Gases, vorzugsweise trockene Luft, in die Messkammer eingeführt wird, dass darin ein vorbestimmter höherer Druck von über 20 Torr, vorzugsweise Atmosphärendruck, erreicht wird.
Man erreicht mit diesem Verfahren, dass der Messwert unabhängig von dem Ultrarot nicht absorbierenden Anteil des Gasgemisches'wird und die die Ultrarot-Absorption anzeigende Skala des Messgerätes unmittelbar nach der Menge der Ultrarot-absorbierenden Komponente geeicht werden kann. Die Erfindung ermöglicht vor allem mit geringsten Mengen des zu bestimmenden Gases auszukommen und die Mes-
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sung trotzdem unter konstanten Bedingungen und ohne die Notwendigkeit der Berücksichtigung weiterer
Parameter durchzuführen. Die Anwendung der Erfindung ergibt weiter nicht nur in bezug auf die Vermei- dung von Messfehlern günstige Ergebnisse, sondern auch hinsichtlich der Messempfindlichkeit. Bei der
Bestimmung des CO-Gehaltes eines Gasgemisches z.
B. ist die Absorption A proportional dem Partialdruck der Ultrarot-absorbierenden Komponente, wobei der Proportionalitätsfaktor k der Formel
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gehorcht. Dabei bedeutet Pg den Gesamtdruck in der Absorptionskammer, PIl den Partialdruck der nicht Ultrarot-absorbierenden Komponente, und Pco den Partialdruck des CO.
Aus der Formel ersieht man, dass dieser Proportionalitätsfaktor je nachdem, welche Zusammenset-
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wesentlich höheren Empfindlichkeit.
In der praktischen Durchführung der Erfindung wird vorteilhafterweise so verfahren, dass das zum Auffüllen der Messkammer benötigte absorptionsfreie Gas gleichzeitig zur Spülung des Zuleitungsweges für das zu bestimmende Gas oder Gasgemisch benutzt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich um die Bestimmung sehr kleiner Gasmengen handelt.
Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich ganz besonders zur Bestimmung des Sauerstoffes bei der Heissextraktionsanalyse von Metallproben bewährt. Es war bekannt, die in einem Heissextraktionsofen entwickelten Gase zuerst mittels einer geeigneten Pumpe, welche eine mechanische Pumpe oder z. B. eine Diffusionspumpe sein kann, auf einen höheren Druck zu komprimieren und alsdann eine chemische Gasanalyse durchzuführen. Damit lassen sich die Anteile einzelner besonders interessierender Komponenten in bekannter Weise ermitteln, wobei es bei der Vakuumheissextraktionsanalyse, wie sie zur Bestimmung des Sauerstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffgehaltes von Metallen verwendet wird, vor allem auf die quantitative Erfassung von Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Restgas ankommt.
Wird dagegen das Verfahren nach der Erfindung angewendet, kann die in einem Vakuumheissextraktionsofen gebildete CO-Menge unmittelbar von der Skala des Ultrarot-Absorpüonsmessgerätes abgelesen werden, nachdem dieses einmal geeicht worden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung der in einem Unterdruckraum befindlichen Menge eines Ultrarot-absorbierenden Gases, bei welchem dieses zur Messung der Ultrarot-Absorption in eine evakuierte Messkammer eingeführt wird, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffes bei der Heissextraktionsanalyse von Metallproben, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Einführung des zu bestimmenden Gases, aber noch vor der Ultrarot-Absorptionsmessung eine solche Menge eines in dem zur Absorptionsmessung benutzten Spektralgebiet absorptionsfreien Gases, vorzugsweise trockene Luft, in die Messkammer eingeführt wird, dass darin ein vorbestimmter höherer Druck von über 20 Torr, vorzugsweise Atmosphärendruck, erreicht wird.