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Die Erfindung betrifft emen Diffusionsprobensammler, gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Diffusionsprobensammler entsprechend der Erfindung dienen zur sogenannten passiven Probenahme von Luftinhaltsstoffen oder Luftschadstoffen am jeweiligen Ort. Die analytische Auswertung des
Sammelröhrchens erfolgt durch eine sichtbare Reaktion und direkte Ablesbarkeit vor Ort, oder durch entsprechende Gehaltsbestimmungen im analytischen Laboratorium Diffusionsprobensammler basieren auf der Diffusion von Molekülen im Gaszustand, welche im Wesentlichen nach dem Fickschen Diffusionsgesetz definiert ist und bestehen ihrem prinzipiellen Aufbau nach aus im folgenden aufgeführten verschiedenen funktionell wesentlichen Teilen : A Diffusionsprobensammler bestehen aus einer meist röhrchenförmigen Ummantelung, in wel- che die zu beprobenden Gaskomponenten von einer oder von beiden Seiten eintreten können.
B Damit turbulente Luftströmungen nicht in das Röhrchen eintreten können, wird dieses durch eine Diffusionsschichte (Diffusionsbarriere) aus gasdurchlässigem porösem Material an einem oder beiden Enden abgeschlossen. Die Diffusionsschichte von jeweils definierter Stärke und
Gasdurchlässigkeit, durch welche der sog. Diffusionsquerschnitt und die sog. Diffusionstrecke bedingt werden, hat die Aufgabe, turbulente Luftströme aus dem zu beprobenden Gasraum vom direkten Zutritt in das Röhrchen abzuhalten, da eine definierte Masseübertragung der
Luftschadstoffe in das Röhrchen nur durch eine Diffusion in einer turbulenzfreien Strecke des
Röhrchens nach dem Fickschen Diffusionsgesetz (Sammelrate des Röhrchens) möglich ist.
Dabei ist nach Fick die Fläche des Diffusionsquerschnittes und die Länge der Diffusionsstrek- ke für die Sammelrate bestimmend C Das Sorbens (Adsorpionsschichte) hat die Aufgabe die zu analysierenden Luftinhaltsstoffe zum Zwecke einer späteren Desorption und analytischen Laborbestimmung aufzunehmen, oder mit dem interessierenden Luftinhaltsstoff eine physikalische oder chemische Wechsel- wirkung einzugehen, welche eine qualitative oder quantitative Gehaltsbestimmung ermöglicht.
Diese Methode der Luftbeprobung wird auch allgemein als passive Luftprobennahme bezeichnet, da sie zum Unterschied zur sog. aktiver Beprobung keinerlei Luftpumpe zum Durchsaugen bestimmter Luftvolumina durch das Rohrchen mit dem jeweiligen Sorbens erfordert. Die Messung mit Diffusi- onsprobensammlem gestaltet sich demnach sehr einfach, da es genügt, die Proberöhrchen für bestimmte Zeitintervalle der zu prüfenden Atmosphäre auszusetzen.
Das Proberöhrchen, welches mit einem noch vollständig unbelastetem Sorbens bestückt ist kann als abgeschmolzenes und aufbrechbares Glasröhrchen oder an den Enden offenes und in einem reinen Transportfläschchen verschlossenes Glasröhrchen für die Aussetzung bereitgestellt werden, wobei das Transportfläschchen auch wieder
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umfassendfen u. dgl., flüchtige organische Stoffe in der Luft im Bereich von Tankstellen oder chemischen Reinigungsbetrieben, Schädlingsbekämpfungsmittel aus Insektensteckem, Quecksilber aus zu Bruch gegangenen Thermometern oder Leuchtstoffröhren und andere Schadstoffe.
Diese Schadstoffe können nach dem Stande der Technik nur durch jeweils für eine Gruppe spezifische Sammel- oder Anzeigeröhrchen erfasst werden. Es wäre daher nicht nur aus Gründen der Zeit- und Gelderspamis, sondern auch wegen des simultanen Zustandsbildes der Raumluftbelastung wünschenswert mehrere dieser Schadstoffgruppen in einem einzigen Aussetzvorgang und mit einem einzi-
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reich des Glasröhrchens, mit einer Diffusionsstrecke und mit einer in Diffusionsrichtung nachgeschalteten, räumlich getrennten Adsorptionsschicht.
Dieser Diffusionsprobensammler ist dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionstrecke durch ein inertes Glasrohr oder durch eine inerte Diffusionsschicht gebildet und von einem gasdurchlässigen Keramikhalteelement gehalten ist, ein gasdurchlässiges, poröses Filterelement zur Abgrenzung zwischen der Diffüsionstrecke und der Adsorptionsschicht dient, und die Adsorptionsschicht mittels einer porösen, inerten Schicht mit einem in das Glasröhrchen eingeschobnen Gewebehütchen aus einem inerten Material gehalten ist.
Aus dieser Veröffentlichung ist ersichtlich, dass für die Ausstattung von Sammelröhrchen inertes Material für das Glasrohr, die Diffüsionsschichte und die Halteelemente verwendet wird, um einerseits eine unerwünschte OberflÅachenadsorption der Schadstoffe auf dem Weg zur Sorptionsschichte möglichst zu vermeiden und andererseits eine thermische oder chemische Reinigung der Bauteile des Röhrchens vor dem Verschliessen zu ermöglichen.
Ob der Zutritt der zu beprobenden Luftschadstoffe zur Sorptionsschichte von einer oder beiden Enden eines Röhrchens erfolgt, wirkt sich ist in erster Linie auf die in einer gewissen Zeit aufgenommene Gesamtmenge der Schadstoffe aus. Es ist heute in den meisten Fällen, bedingt durch die grosse Nachweisempfindlichkeit der Analysengeräte, möglich, mit sehr geringen Mengen an Sorbens und mit em-
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trennt.
In einem der Abteile ist eine Indikatorschicht zum Nachweis der Gegenwart einer Gaskomponente, der die Indikatorschicht ausgesetzt ist, untergebracht, wogegen das andere Abteil eine Sammlerschicht aus einem Material enthält, welches eine Gaskomponente sammelt, die erst später quantitativ nachgewiesen werden soll, nachdem die Indikatorschicht im ersten Abteil die Gegenwart einer solchen Gaskomponente angezeigt hat Dieses Röhrchen scheint die wünschenswerte Forderung nach einer Mehrfachmessung durch ein Messröhrchen teilweise zu verwirklichen, indem das Röhrchen aus zwei Teilen besteht, von welchen im einen eine grobe direkt ablesbare qualitative Vorbestimmung, im anderen Teil die Sammlung für eine quantitative Laborbestimmung desselben Stoffes vorgenommen wird. Eine mehrere Stoffgruppe umfassende Messung ist aber damit nicht möglich.
Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass bei einer Messung mehrerer verschiedener Stoffgruppen, wie Quecksilberdämpfe, das Raumgift Radon, Formaldehyd, leicht flüchtige organische Verbindungen, Lösungsmittel und Schädlingsbekämpfungsmittel, in der Raumluft in einem einzigen Diffusionsstrom und gewissermassen nacheinander keine negativen gegenseitigen Beeinflussungen der Messungen und jeweiligen analytischen Querempfmdlichkeiten eintreten und keine merklichen VerÅanderungen in den jeweils spezifischen Sammelraten für die einzelnen Stoffe in Erscheinung treten.
Die gegenständliche, im beiliegenden Schutzbegehren gekennzeichnete Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht einen Diffusionsprobensammler vorzuschlagen, der sowohl geeignet ist in einem einzigen Aussetzungsvorgang mehrere der spezifischen, chemisch und physikalisch unterschiedlichen Stoffgruppe messtechnisch zu erfassen, als auch mit derselben Grundanordnung, aber bei nur teilweiser Bestückung, einzelne vorbestimmte Stoffe entsprechend analysieren zu können.
Die Erfindung wird durch die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Figuren 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemässen Diffusionsprobensammlers im Längsschnitt zeigen.
Gemäss Fig. 1 besteht der Diffusionsprobensammler aus einem bis zu einer Temperatur von ca. 500 0 C ausheizbares Diffusionsröhrchen aus Glas oder Quarzglas, in welchem an einer Seite 3 eine bis 500 0 C bestandige, ausheizbare Diffusionsschichte (Diffusionsbarriere) 2 an der Innenwandung befestigt ist.
Als ausheizbare, die Diffusion der Luftschadstoffe ins Innere des Röhrchens ermöglichende Diffusionsschichten haben sich neben den Fntten aus porösem Sinterglas oder Sinterquarz auch gestanzte Rundscheiben aus Glasfilterpapier verschiedener Durchlässigkeiten, Stärken und Oberflächenbeschaf-
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fenheiten, sowie Packungen gepresster oder geschichteter Quarzglaswolle oder Mineralglaswolle bewährt.
Als Klebemittel für die Diffusionsschichten können bekannte mineralische Kitte auf Silikatbasis sog.
Wasserglaskitte verwendet werden. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der keramischen
Klebemittel stellen Glasflüsse dar, welche je nach ihrer Zusammensetzung zwischen 350 und 500 C schmelzen.
Das Ende 4 des Röhrchens ist mit einem Hohlstöpsel 5 aus inertem Plastikmaterial verschlossen, der ein Sorptionsmittel 10 enthält, das mit einer Filterscheibe 11 aus Glasfaserpapier od. dgl. und einem diese haltenden Fixierring 12 in seiner Lage gehalten wird. Die Filterscheibe 11 kann mit Reagenzien getränkt sein, welche eine qualitative und/oder quantitative Erfassung spezieller Luftschadstoffe ermöglichen. Beispielsweise kann die Filterscheibe eine Imprägnierung mit 2, 4-Dinitro-phenylhydrazin zum Nachweis von Formaldehyd aufweisen.
Auf die Innenwandung des Röhrchens ist eine Goldschicht 7 aufgebracht, die bei Gegenwart von Quecksilber in der Umgebungsluft mit diesem unter Amalgambildung reagiert.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Goldschicht 7 durch ein goldhaltiges bzw. mit Gold beschichtetes Trägermaterial 7a aus Glaswolle, Quarzglaswolle oder Mineralwolle ersetzt, das direkt angrenzend oder im unmittelbaren Bereich der Diffusionsschichte 2 angeordnet ist. Es ist auch denkbar, im Röhrchen eine Kombination aus Goldschicht 7 und goldhaltigem Material 7a vorzusehen.
Die erfindungsgemässe Massnahme, das Gold in der Form einer Innenbeschichtung 7 des Röhrchens bzw. als Beschichtung des im Röhrchen befindlichen Trägennaterialsmaterials 7a anzubringen, hat gezeigt, dass insbesondere keramische Trägerstoffe wie Glas- Quarz- oder Mineralwolle die beste Eignung aufweisen, da sie bereits beim Einsatz einer äusserst geringen Edelmetallmenge eine grosse Sorptionsoberfläche zur Verfügung stellen. Darüber hinaus neigen sie im Gegensatz zu metallischen Tragerstoffen nicht zur Bildung eines Memory-effektes.
Die erfindungsgemässe Edelmetall-Beschichtung der Innenseite des Röhrchen, sowie des hitzebeständigen Trägermaterial kann durch die verschiedensten Methoden, wie beispielsweise Hochvakuumbedampfen, Spatten, chemische oder galvanische Metallisierung erfolgen.
Als ganz besonders einfach und zugleich äusserst wirkungsvoll hat sich die Herstellung der Edelmetallschichte, vornehmlich Goldschichte durch Aufbringen und reduktive Einbrennen einer Edelmetallsalzlösung, insbesondere eines Goldresinates, erwiesen.
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Die Dirfüsionsöffhung 3 ist zweckmässig durch einen Lochstöpsel 9 aus Kunststoff vor mechanischen Beschädigungen geschützt. An Stelle des Lochstöpsels 9 kann auch eine perforierte Kappe 9a verwen- det werden (Fig. 3).
Die in Fig 3 gezeigte Ausführungsform zeigt einen im Röhrchen l herausnehmbar angeordneten
Kunststoffilm 8 in Form eines sich durch Eigenspannung anpressenden Rollenabschnittes für den Nachweis von Radongas nach dem Kemspurdetektionsverfahren.
Für den Nachweis von Luftschadstoffen mittels Diffusionsprobensammler, bei welchem es sich meist um den Nachweis äusserst geringe Mengen der entsprechenden Stoffe handelt, ist die Beachtung be- sonderer Reinigungserfordernisse von Bedeutung. Es hat sich nun überraschender Weise durch Untersuchungen des Anmelders gezeigt, dass die Goldschicht bzw. goldhaltigen Materialien im Inneren des
Röhrchens durch einen Ausheizprozess bei unter 500 0 C über eine Zeit von ca.
Y2 Stunde in einem Inertgasstrom vornehmlich Argonstrom von Quecksilberspuren (Goldamalgambildung) befreit werden kann Nach diesem Ausheizprozess, welchem das gesamte Röhrchen mit den keramisch angeklebten Fritten und innseitigem Goldbelag und dergl. unterworfen wurde, ist eine Reinheit des Diffusionsröhrchens erreicht, welche bei einer Prüfung auf thermisch desorbierbare Stoffe unter der Nachweisgrenze der jeweiligen Bestimmungsverfahren liegt Ein besonders schwierig zu messendes Umweltgift stellen Quecksilberdämpfe in der Raumluft dar Quecksilber (Hg) stellt bekanntlich ein bei Raumtemperatur flüssiges Metall mit einem relativ hohen Dampfdruck und einer relativ hoher Verdampfungsgeschwindigkeit dar.
Dampfdruck bei Zimmertemperatur (20 C) von 0, 066 Pa bei sommerlich erhöhten Temperaturen (30 C) von 0, 372 Pa Dieser Dampfdruck bei 30 C reicht aus, dass in einem geschlossenem Raum mit beispielsweise verschütteten Quecksilberresten eine Schadstoffkonzentration von weit über 0, 05 mg Hg/m3 Luft sich einstellt Der Wert 0, 05 mg Hg/m3 Luft stellt die sogenannte maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) dar Da jedoch unvergleichlich geringere Konzentrationen an Quecksilber insbesondere bei dafür empfindlichen Personen zu ernsten Gesundheitsproblemen führen können, ist eine Quecksil- berspurenbestimmung vorteilhaft.
Die Analysenmethode zur Sammlung und Analyse von Quecksilberdämpfen geht dabei von der bekannten Eigenschaft des Quecksilbers zur Amalgambildung mit Edelmetallen wie insbesondere Silber,
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Platin, Gold oder deren Legierungen aus, wobei bereits geringste Mengen von Quecksilberdämpfen beispielsweise mit Gold bei Zimmertemperatur irreversibel sich zu Goldamalgam zu verbinden. Erst beim Ausheizen auf höhere Temperaturen kann Quecksilber im Zuge der Laborbestimmung wieder aus dem Goldamalgam freigesetzt werden.
Die Verwendung von Goldfolien oder Golddrähten zur Abscheidung und Anreicherung von Quecksilbedämpfen aus einem Gasstrom ist ein seit langem ausgeübtes Verfahren der chemischen Quecksilberanalytik. Solche Geräte sind meist ein Zusatz zu herkömmlichen Analysengeräten und dienen der Steigerung der Empfindlichkeit des Quecksilbemachweises. Bei diesen sog. Amalgamsystemen wird ein feines Gold/Platin-Netz, welches sich in einem Quarzrohr befindet, vom Trägergasstrom eine bestimmte Zeit bestrichen, wodurch sich das darin enthaltenen Quecksilber auf dem Gold/Platin-Netz anreichert. Durch sehr schnelles Aufheizen des Gold/Platinnetzes auf ca. 500 C wird die gesamte Quecksilbermenge freigesetzt und in der Messküvette des Gerätes mittels Atomabsorptionspektrometrie nachgewiesen.
Ein Nachteil dieser Anordnungen ist die Tatsache, dass Gold/Platin-Netze im Vergleich zu ihrer Gesamtmasse eine relativ geringe Oberfläche besitzen, wodurch die zum Einsatz kommenden Goldmengen einen nicht unerheblichen Kostenfaktor darstellen.
Goldfolien, bzw. auf Kunststoffträger aufgedampfte Goldschichten mit der Abdeckung einer Diffusionsschichte, meist aus Zellstoffmatenal hat, sind als Passivsammler bekannt, wobei durch Kontakt mit Quecksilberdämpfen die Goldfolie durch Amalgambildung ihre elektrische Leitfähigkeit ändert. Über die Messung dieser Änderung kann die Quecksilberkonzentration der Luft berechnet werden. Der Nachteil dieser Anordnung in Bezug auf die Analytik besteht in der Tatsache, dass es sich um keine Absolutmessung des Quecksilbers handelt, wodurch die Fehlergrenze von herstellungsbedingten Faktoren des Passivsammlers bestimmt wird.
Für den Einsatz des Diffusionsprobensammler als Übersichtsmessung oder Screening-methode auch für organische Raumgifte ist an einer der beiden Öffnungen des Proberöhrchens an Stelle des Diffusionsverschlusses ein abnehmbarer Hohlstöpsel aus inertem Kunststoff, vornehmlich Polypropylen vorgesehen, in welcher Stöpselvertiefung ein geeignetes Sorptionsmittel eingefüllt und mittels einer Scheibe aus Glasfilterpapier und einem Fixierrmg verschlossen ist. Die verwendeten Sorptionsmedien müssen von grösster Reinheit sein.
Alle nicht ausheizbaren abnehmbaren Teile des Röhrchens, sowie die Gefässe und Verschlüsse für die Aufbewahrung und den Versand der Röhrchen ins Labor müssen einer besonderen Reinigungsproze- dur mir halbkonzentrierter Salpetersäure von Spuren gegebenenfalls adsorbierter Quecksilberdampfspuren gereinigt werden. Für die Bestimmung von Formaldehyd in der Raumluft besteht die Möglich- keit durch Tränkung der für die Abdeckung des Sorptionsmittel vorgesehenen Filterpapierscheibe mit
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einem Reagenz eine direkt auswertbare Farbreaktion zu erzeugen oder den Formaldehyd durch chemische Reaktion darauf zu binden und im Labor quantitativ zu bestimmen.