Probeentnahmevorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Probeentnahmevorrichtung für chromatographische Analysenapparate, mit der man eine volumenmässig vorbestimmte Probe aus einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom entnehmen will, um diese Probe dann in einen Träger-Gas- oder Flüssigkeitsstrom einzubringen.
Bei gaschromatographischen Analysenapparaten z. B. ist es gewöhnlich erforderlich, dass die zu untersuchende Probe in einen Trägergasstrom eingebracht wird, der die Probe in den Analysenapparat hinein und durch diesen Apparat hindurchführt. Bei der praktischen Durchführung dieses besonderen Verfahrens der chromatographischen Trennung, die als die Teilungs- oder Elutionsmethode zur Absonderung der Bestandteile einer Probe bekannt ist, wird die Analyse in der Weise ausgeführt, dass man die Reihenfolge feststellt, in der die einzelnen Komponenten des Probegemisches aus der Teilungskolonne austreten und die Menge einer jeden Komponente misst. Als bei diesem Verfahren zur Anwendung kommender Trägerstrom wird gewöhnlich ein Gas, z. B. Stickstoff, benutzt.
Häufig sind solche Analysen apparate so ausgebildet, dass verschiedene Arten strömender Medien darin untersucht werden können, so dass das gaschromatographische Verfahren sowohl für die Untersuchung von Gasgemischen als auch für die Untersuchung von Gemischen flüssiger Medien zur Anwendung kommen kann.
Ein Probeentnahmeverfahren, das sich zum Zwecke der Analyse von Gasen oder Flüssigkeiten auf dem Weg der Gaschromatographie als praktisch möglich erwiesen hat, besteht darin, dass man die Probe unter Benutzung eines Kolbenhebers aus einem bestimmten Gas- oder Flüssigkeitsstrom oder aus einer anderen die Probe enthaltenden Quelle entnimmt. Die so entnommene Probe wird dann mittels desselben Gerätes - durch die an diesem befindliche Hohlnadel - in den Strom des Trägergases eingespritzt.
Indessen hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines solchen Gerätes zum Einführen eines Probegasgemisches in den Trägergasstrom eines gaschromatographischen Analysenapparates gewisse Nachteile aufweist. Hinzu kommen weitere Probleme, die beim Handhaben einer Gasprobe auftreten und gelöst werden müssen, wenn man grösstmögliche Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Anwendung des Analysen apparates erreichen will. Im einzelnen -lässt sich in diesem Zusammenhang feststellen, dass das Probegas notwendigerweise ein grösseres Volumen als Flüssigkeitsproben aufweisen muss, und dass man demzufolge gezwungen ist, sehr grosse Kolbenheber für die Entnahme von Gasprobe zu benutzen, die dann unbequem zu handhaben sind.
Darüber hinaus tritt bei einem jeden Kolbenheber dieser Art das Problem der Dichtigkeit am Kolben desselben auf, wobei dieses Problem durch die Tatsache, dass Gasproben vielmehr eine gasdichte als lediglich nur eine flüssigkeitsdichte Abdichtung an den Berührungspunkten des Kolbens mit dem Zylinder des Gerätes erforderlich machen, noch grösser wird. Ein Kolbenheber, der also für Flüssigkeitsproben durchaus geeignet ist, kann, wenn er für Gasproben verwendet wird, vollkommen ungeeignet sein.
Ausserdem ist es einleuchtend, dass der Druck einer Flüssigkeit im allgemeinen unverändert bleiben wird, so dass das Volumen und die Temperatur einer Flüssigkeitsprobe sich zwischen der Entnahme derselben aus dem Flüssigkeitsstrom und ihrem Einbringen in den Trägergasstrom eines Analysenapparates nicht nennenswert ändern wird; die gleichen Verhältnisse brauchen aber bei einer Gasprobe nicht zuzutreffen. Der Druck einer Gasprobe ist einer gro ssen Veränderlichkeit unterworfen, die von einer Än- derung eines oder beider der unlöslich miteinander verbundenen Parameter der Temperatur und des Volumens abhängt.
Während es folglich möglich ist, ein bekanntes oder bestimmbares Volumen einer Gasprobe bei bekannter oder ermittelbarer Temperatur mit einem Kolbenheber anzusaugen, ist es verhältnismässig schwierig, den Druck dieser in dem Heber befindlichen Probe zu bestimmen. Selbst wenn der Druck des in dem Heber befindlichen Probegases genau bestimmt worden ist, so kann dieser doch erheblich von dem Druck abweichen, der im Augenblick der Entnahme der Probe in dem strömenden Medium oder einer anderen die Probe enthaltenden Quelle herrscht.
Ein weiterer Punkt, der in diesem Zusammenhang zu beachten ist, ergibt sich aus der Tatsache, dass, wenn man eine aus einem Gasgemisch bestehende Probe aus dem Kolbenheber in den Trägergasstrom drückt, das Volumen der Probe infolge des erhöhten Druckes, der durch den Kolben auf die Probe ausgeübt wird, wahrscheinlich vermindert wird. Unter diesen Umständen ist es sehr wahrscheinlich, dass auch eine Temperaturänderung eintreten wird. Es ist z. B. beobachtet worden, dass bei Anwendung dieses Verfahrens der Probeentnahme, beim Einbringen des Probegases in gaschromatographische Analysenapparate, durch den Kolben des Hebers so viel Druck entwickelt werden kann, dass einige Komponenten des in dem Heber befindlichen Gasgemisches verflüssigt werden, wobei natürlich dieses Ergebnis durchaus unerwünscht ist.
Genauere und zuverlässigere Ergebnisse erhält man, wenn man eine Probe mit bekannter Temperatur, mit bekanntem Volumen und Druck in einen Trägergasstrom einführen kann, ohne dass dabei wesentliche Anderungen in den Parametern der Temperatur und des Volumens eintreten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile der bekannten Probeentnahmevorrichtungen zu vermeiden.
Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, dass eine an zwei Enden offene Probenkammer mit einer Umschaltvorrichtung verbunden ist, die mit zwei Paaren von Anschlüssen für den Probe- und den Träger Gas- oder Flüssigkeitsstrom versehen ist und durch welche die Probenkammer wahlweise in den einen oder den anderen dieser Ströme einschaltbar ist.
Das Probegas z. B. wird also nicht mittels eines Kolbens angesaugt und anschliessend wieder in den Trägergasstrom eingeführt, wodurch die geschilderten Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich der Abdichtung und der Gefahr einer VerfLüssigung des Gases unter Druck, hervorgerufen werden, sondern das Probegas wird durch den Trägergasstrom leicht und vollständig herausgespült, ohne dass sein Volumen, seine Temperatur oder sein Druck bei der Probeentnahme und der Probeeinführung irgendwie beeinflusst wird.
Die Probeentnahmevorrichtung kann in Verbindung mit Analysenapparaten verwendet werden, die automatisch betrieben werden, um in regelmässig wiederkehrenden Abständen Proben zum Zwecke der Analyse aus einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom zu entnehmen. Dabei können solche Analysenapparate so ausgebildet sein, dass sie eine Probe in periodischen Abständen aus ein und demselben Gas- oder Flüssigkeitsstrom oder aber abwechselnd oder in bestimmter Reihenfolge Proben aus verschiedenen Flüssigkeiten oder Gasen entnehmen.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich beschrieben und in der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäss ausgebildeten Probeentnahmevorrichtung.
Fig. 2 ist ein Schnitt des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 nach der Linie 2-2.
Fig. 3 ist ein Schnitt des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 nach der Linie 3-3.
Fig. 4 und 5 sind Schnitte eines anderen Ausführungsbeispiels, wobei die Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 41 der Fig. 5, und die Fig.5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 darstellt, und
Fig. 6 und 7 sind Schnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei die Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 7, und Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6 darstellt.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Umschaltvorrichtung aus den beiden Teilen 10 und 11 gebildet wird, die auf einer gemeinsamen Welle 12 so befestigt sind, dass sie um die Achse der Welle 12 gegeneinander verdreht werden können. Eine Druckfeder 13, die sich gegen eine kreisförmige Widerlagerplatte 14 abstützt, die bei 15 durch Aufkeilen mit der Welle 12 drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden ist, hält das Teil 11 in gleitender Berührung mit dem Teil 10.
Die Widerlagerplatte 14 ist über eine Vielzahl von Verbindungsstiften 16 fest mit dem Teil 11 verbunden, so dass die Widerlagerplatte 14 und das Teil 11 gemeinsam mit der Welle 12 drehbar sind. Die Federkraft der sich gegen die Widerlagerplatte 14 abstützenden Feder 13 ist gleichmässig über die gesamte Fläche des Teils 11 der Umschaltvorrichtung verteilt.
Mit ihrem entgegengesetzten Ende stützt sich die Feder 13 gegen eine Scheibe 17 ab. Ein Knopf 18 ist an der Welle 12 befestigt, um ein Verdrehen des Teils 11 gegenüber dem Teil 10 der Umschaltvorrichtung zu erleichtern. Das Teil 10 der Umschaltvorrichtung ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen korrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt und besitzt eine Mehrzahl von Anschlusskanälen, von denen die beiden Anschlusskanäle 19 im Schnitt in der Fig. 1 gezeigt sind.
Die in dem Teil 10 vorgesehenen Anschlusskanäle sind, wie in der Fig. 1 dargestellt, mit einem U-Rohr 20 verbunden, das als Proben kammer dient. Durch Schweissverbindung oder andere geeignete Mittel, wie z. B. die Rohrverbindungen 21, ist die U-rohrförmige Probenkammer 20 an die Umschaltvorrichtung angeschlossen und bildet so einen Teil derselben.
Das Teil 11 der Umschaltvorrichtung ist vorzugsweise elastisch und mit glatten Flächen versehen und besteht aus einem im allgemeinen gegen chemischen Angriff widerstandsfähigen und korrosionsbeständigen Material, z. B. aus Polytetra-Fluoräthylen, das sich unter dem Namen Teflon (eingetragene Marke) im Handel befindet. Als weiteres, ebenfalls geeignetes Material zur Herstellung des Teils 11 sei das Polymer des Trifluorochloräthylens genannt. Durch seine glatten Flächen und seine Elastizität kann durch das Teil 11 bequem eine sichere Abdichtung an den Flächen der Teile 10 und 11 der Umschaltvorrichtung erreicht werden, während die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes die Verwendung der Vorrichtung für eine grosse Zahl von Proben mit verschiedenartiger chemischer Zusammensetzung möglich macht.
Das Teil 11 ist mit mehreren bogenförmigen Ausnehmungen 25 (Fig. 2) versehen, die als Durchtrittskanäle ausgebildet und so angeordnet sind, dass sie eine Verbindung zu den im Teil 10 vorgesehenen Anschlusskanälen herstellen. Aus der Fig. 2 erkennt man deutlich, dass sich die bogenförmigen Ausnehmungen 25 über einen genügend grossen Winkel erstrecken, um jeweils zwei aneinandergrenzende Anschlusskanäle miteinander verbinden zu können. Die jeweilige Drehstellung des Teils 11 bestimmt dabei, welche von zwei aneinandergrenzenden Anschlusskanälen des Teils 10 durch die bogenförmigen Ausnehmungen miteinander verbunden werden.
In der Fig. 3 erkennt man, dass, wenn die Kanäle 27 mit einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom verbunden werden, ein kontinuierlicher Strom durch einen der bogenförmigen Kanäle 25 des Teils 11 der Umschaltvorrichtung gewährleistet wird. Weiter sei zur Erläuterung der Vorrichtung angenommen, dass ein zweiter, den Träger-Gas- oder Flüssigkeitsstrom bilden der Strom aussen an die Kanäle 28 angeschlossen ist. Die beiden bogenförmigen Ausnehmungen 25 des Teils 11 der Umschaltvorrichtung, die die Kanäle 28 mit den Kanälen 19 verbinden, stellen dann einen durchgehenden Strömungsweg für den zweiten Gasoder Flüssigkeitsstrom durch die Probenkammer 20 her.
Aus der Fig. 2 ersieht man, dass, wenn das Teil 11 um etwa 600 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Welle 12 verdreht wird, der erste mit den Kanälen 27 verbundene Gas- oder Flüssigkeitsstrom über die Kanäle 19 mit der Probenkammer verbunden wird, während ein kontinuierlicher Fluss des mit den Kanälen 28 in Verbindung stehenden zweiten Gas- oder Flüssigkeitsstromes durch eine der die beiden Kanäle 28 verbindenden, bogenförmigen Ausnehmungen 25 hergestellt wird. Die Menge des fliessenden Mediums des ersten Stromes, die von der Drehung der Probeentnahmevorrichtung durch die Probenkammer fliesst, wird auf diese Weise in den zweiten Gas- oder Flüssigkeitsstrom eingeführt und wird somit zur Probe.
Es ist wichtig hierbei zu beachten, dass der erste, über die Kanäle 28 geleitete Gas- oder Flüssigkeitsstrom die Probenkammer mit Probegas oder -flüssigkeit füllt, die notwendigerweise und zwangläufig die gleiche Temperatur und den gleichen Druck wie der Strom im Augenblick seines Eintritts in die Probenkammer aufweist. Natürlich kann die Probenkammer 20 so bemessen werden, dass das Volumen der dem Strom entnommenen Probe innerhalb weiter Grenzen wahlweise bestimmbar ist. Das Probegas bzw. die Probeflüssigkeit hat demzufolge ein bekanntes Volumen sowie die gleiche Temperatur und den gleichen Druck wie der Gas- oder Flüssigkeitsstrom, aus dem die Probe entnommen wurde.
Dies ist besonders wichtig, wenn eine Probe aus einem strömenden Gasgemisch entnommen werden soll und bildet die Voraussetzung für die bedeutenden Vorteile der erfindungsgemäss ausgebildeten Probeentnahmevorrichtung, durch die die Gleichmässigkeit der Probenbedingungen aufrechterhalten werden kann.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäss ausgebildeten Probeentnahmevorrichtung in Verbindung mit einem gaschromatographischen Analysenapparat kann ein Gas- oder Flüssigkeitsstrom mit den Kanälen 28 verbunden werden und aus diesem Strom eine Probe entnommen werden, so dass diese die Probenkammer 20 füllt. Schaltet man nun die Vorrichtung in der vorher beschriebenen Weise, dann kann ein Trägergas, z. B. Stickstoff, das einem zweiten Gasstrom entnommen wird, mit der Probenkammer verbunden werden, um das darin befindliche Probegas bzw. die Probeflüssigkeit in die Kolonne einzubringen, in der die chromatographische Trennung der Bestandteile der Probe stattfindet.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäss ausgebildeten Probeentnahmevorrichtung ist dabei der, dass diese Vorrichtung nicht nur das Entnehmen einer Probe aus einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom gestattet, wobei die Temperatur, der Druck und das Volumen der Probe bekannt sind, sondern dass auch die Kontinuierlichkeit der Gas- bzw. Flüssigkeitsströme mit Ausnahme eines ganz kleinen Augenblicks, in dem der Schaltvorgang, d. h. die Verdrehung des Teils 11 gegen den Teil 10 stattfindet, jederzeit aufrechterhalten bleibt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass hierbei die Notwendigkeit eines Ausspülens der Probenkammer, wie dies bei Benutzung eines Kolbenhebers der Fall ist, entfällt, denn es ist einleuchtend, dass, wenn sich das drehbare Teil 11 in einer gegenüber der in der Fig. 1 gezeigten, entgegen dem Uhrzeigersinn um 600 gedrehten Stellung befindet, ein durch die Kanäle 27 strömendes Trägergas, z. B. Stickstoff, die gesamte, in der Probenkammer befindliche Probe aus dieser herausspült. Es kann somit wieder eine andere Probe in die Probenkammer eingebracht werden, ohne dass man dabei befürchten muss, dass diese neue Probe durch etwa noch in der Probenkammer befindliche Reste der alten Probe verunreinigt wird.
Es liegt auf der Hand, dass durch diese Tatsache natürlich die Möglichkeit falscher Ergebnisse bei fortlaufend durchgeführter Analyse verschiedener Proben ausgeschaltet wird.
Wird das drehbare Teil 11 der Umschaltvorrichtung elastisch, z. B. aus dem unter dem Namen Teflon im Handel befindlichen Kunststoff hergestellt, dann kann man dieses Teil mit glatten Flächen versehen, wodurch man eine gute gasdichte Abdichtung an der Fläche des Teils 10 erhält, wenn die beiden Teile 10 und 11 durch die Verwendung geeigneter Mittel, wie z. B. einer Schraubenfeder oder eines Federringes in Druckberührung gehalten werden. Wird nun bei der Ausführung des Schaltvorganges das Teil 11 entgegen dem Teil 10 verdreht, dann entsteht dadurch natürlich ein gewisser Verschleiss an den beiden in gleitender Berührung befindlichen Flächen. Dieser Verschleiss beeinträchtigt jedoch die Funktion der Umschaltvorrichtung durchaus nicht, sondern, im Gegenteil, verbessert noch die abdichtende Wirkung der in Berührung befindlichen Flächen der beiden Teile 10 und 11.
Eine solche Dichtung erfordert keinerlei Schmierung, wobei die Vorteile einer trockenen Dichtung für jeden, der mit den ProbIemen der gaschromatographischen Analyse vertraut ist, auf der Hand liegen, denn die dabei zur Verwendung kommenden Schmierstoffe können eine Verdampfungskennlinie aufweisen, die im Funktionsbereich des gaschromatographischen Analysenapparates selbst liegt und somit die Ursache einer möglichen Fehlerquelle darstellen. Darüber hinaus besteht noch die grössere Möglichkeit, dass das mit dem Probegas in Berührung kommende Schmiermittel ein Teil des Probegemisches absorbiert und so zu einem qualitativen oder quantitativen Fehler, oder auch zu beiden Fehlern im Ergebnis der Analyse führt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die beiden Teile 40 und 41 der Umschaltvorrichtung in Berührung miteinander liegen. Das Teil 40 ist in ähnlicher Weise, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 und 3 mit der Welle 42 gegenüber dem Teil 41 verdrehbar angeordnet. Das feststehende Teil 41 weist eine elastische Scheibe 41a auf, die durch Kitten oder in anderer geeigneter Weise mit dem Teil selbst fest verbunden ist. Das drehbare Teil 40 ist bei 43 auf der Welle 42 axial verschiebbar aufgekeilt. Eine durch eine Mutter 44 gehaltene Federscheibe 44a übt auf die in gleitender Berührung befindlichen Flächen der beiden Teile 40 und 41a eine Druckkraft aus.
Wie man deutlich in der Fig. 5 erkennt, sind gegenüberliegende Anschlusskanäle 45, 46 und 47 regelmässig und radial mit gleichem Abstand um den Mittelpunkt des Teils 40 angeordnet. Jedes Paar dieser Anschlusskanäle ist geeignet, eine im wesentlichen U-rohrförmig ausgebildete Probenkammer, wie sie bei 48 in der Fig. 4 schematisch dargestellt ist, aufzunehmen.
Die Leitungspaare 49 und 50 sind mit den in dem feststehenden Teil 41 befindlichen Anschlusskanälen verbunden, so dass man einen kontinuierlichen Strom erhält, der in eine der Leitungen 49 eintritt, durch die mit beispielsweise den Anschlusskanälen 45 verbundene Probenkammer 48 fliesst und die Probeentnahmevorrichtung durch die gegenüberliegende Leitung 49 verlässt. In ähnlicher Weise kann man einen kontinuierlichen fliessenden Strom durch die Leitung 50, die mit den Anschlusskanälen 47 verbundene Probenkammer und die diametral angeordnete Leitung 50 bewirken. Beispielsweise sei zum Zwecke der näheren Erläuterung angenommen, dass ein Probestrom durch die Leitungen 49 und die Probenkammer 48 fliesst, und dass ein Trägergas, z. B.
Stickstoff, durch die Leitungen 50 fliesst. Andert man nun die Stellung des Teils 40, indem man dieses im Uhrzeigersinn um 600 verdreht, dann wird die Verbindung der in der Probenkammer 48 befindlichen Probe zu dem durch die Leitung 49 in die Probeentnahmevorrichtung eintretenden Probe strom unterbrochen und in den durch die Leitungen 50 fliessenden Trägergasstrom des Analysenapparates eingebracht.
Dieses besondere Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so ausgebildet, dass eine Mehrzahl von Probenkammern wahlweise mit einem Probe-Gas- oder Flüssigkeitsstrom verbunden werden können und die Probe, die aus diesem Strom entnommen wird, in einen Träger-Gas- oder Flüssigkeitsstrom eingeführt werden kann. Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel anstatt nur einer auswechselbaren Probenkammer eine Mehrzahl von Probenkammern verwendet werden, wird doch die Kontinuierlichkeit der beiden Gas- oder Flüssigkeitsströme im wesentlichen in der gleichen Weise hergestellt und gewährleistet, wie in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1, 2 und 3 dargelegt wurde.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein von den vorher beschriebenen abweichendes Ausführungsbeispiel, bei dem ein feststehendes Teil 51 der Umschaltvorrichtung aus zwei Teilen 52 und 53 gebildet wird, die durch eine Mehrzahl von Verbindungsstiften 54 zu einer Einheit zusammengeschlossen sind. Jedes der beiden, das feststehende Teil 51 bildenden Teile weist eine an ihm befestigte, elastische Scheibe 52a bzw.
53a auf. Das drehbare Teil 55 der Umschaltvorrichtung liegt zwischen den beiden, das feststehende Teil 51 bildenden Teilen 52 und 53, wobei sich die einander gegenüberliegenden Flächen des drehbaren Teils 55 mit den beiden Teilen 52 und 53 des Teils 51 in gleitender Berührung befinden. Das drehbare Teil 55 ist bei 56 durch Aufkeilen mit der Welle 57 fest verbunden, und die Berührungsflächen der einzelnen Teile der Umschaltvorrichtung werden durch einen am Ende der Welle 57 vorgesehenen Federring 58 und die Mutter 59 unter Druck gehalten.
Eine Anzahl Probenkammern 60, 61, 62, 63, 64 und 65 ist in dem drehbaren Teil 55 vorgesehen.
Diese Probenkammern weisen unterschiedliche räumliche Abmessungen auf, und wenn durch Drehen der Welle 57 das Teil 55 innerhalb der Umschaltvorrichtung der Probeentnahmevorrichtung verdreht wird, dann kann die Lage der Probenkammern um die Drehachse der Welle herum wahlweise bestimmt werden. Wie beispielsweise in den Fig. 6 und 7 gezeigt wird, kann ein erster oder Probe-Gas- oder Flüssigkeitsstrom 66 mit dem feststehenden Teil der Umschaltvorrichtung verbunden werden.
Ein zweiter oder Träger-Gas- oder Flüssigkeitsstrom 67 kann in ähnlicher Weise mit den Teilen 52 und 53 des feststehenden Teils 51 der Probeentnahmevorrichtung verbunden werden, wobei sich eine Probe des ersten Gas- oder Flüssigkeitsstromes 66 beispielsweise in der Probenkammer 64 befindet und durch eine im Uhrzeigersinn ausgeführte Drehung des drehbaren Teils 55 in den zweiten Gas- oder Flüssigkeitsstrom 67 eingebracht wird. Eine solche Probe wird dann bei gleicher Temperatur und unter unverändertem Druck, wie sie bei dem Gas- oder Flüssigkeitsstrom vorhanden sind, aus dem die Probe entnommen wurde, in den zweiten Gas- oder Flüssigkeitsstrom eingebracht.
Das Volumen der Probe ist bestimmbar und kann, je nach dem, welche der Probenkammern 61, 62, 63, 64 oder 65 benutzt wird, um die Probe von dem einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom in den anderen zu überführen, gewählt werden.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 kann mit einer beliebigen Anzahl Probenkammern versehen werden, wobei eine geeignete, durch das drehbare Teil 55 zu betätigende Anzeigevorrichtung vorzusehen ist, so dass in jedem Falle zu erkennen ist, welche der Probenkammern mit den verschiedenen Gas- oder Flüssigkeitsströmen verbunden sind.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist jedes der hierin dargelegten Ausführungsbeispiele mit einer oder mehreren Probenkammern verbunden, die ein festes und für die Funktion der Anordnung erforderliches Bestandteil der Probeentnahmevorrichtung bilden. Die in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsbeispiele können in der Weise abgewandelt werden, dass sie entsprechend den jeweiligen Erfordernissen einer bestimmten Anwendung die gewünschten Merkmale von zwei oder mehreren Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Jedes der Ausführungsbeispiele kann so ausgestaltet werden, dass das Ausspülen der Probe aus der Probenkammer und das Einbringen der Probe in die Vorrichtung bei jedem gewünschten Druck erfolgt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 und 3, z. B., können die Auslasskanäle 28 an geeig- nete Mittel angeschlossen werden, die ein vollständiges Herausspülen der Probe aus der Probenkammer bewirken, wobei dann eine neue Probe unter jedem gewünschten Druck und durch in geeigneter Weise angeschlossene Probeentnahmemittel gesteuert, in die Probenkammer 20 eingebracht werden. Bei den beiden anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das gleiche Verfahren zur Anwendung kommen.
Bei der Ausführung der vorgeschlagenen Probeentnahmevorrichtung weist keine der Ausführungsbeispiele einen toten Raum auf. Unter dem Begriff toter Raum ist dabei der Raum in einer Probeentnahmevorrichtung zu verstehen, der durch Verengung oder sonstwie ungünstige Gestaltung ein vollständiges Ausspülen der Probe behindert oder unmöglich macht. Dadurch, dass die Probeentnahmevorrichtung keinerlei Verengungen, Vertiefungen und dergleichen aufweist, in denen sich unerwünschte Reste von Probegemischen festsetzen können, kann das Probegas bei sämtlichen Ausführungsbeispielen durch ein Trägergas, z. B. Stickstoff, das üblicherweise bei gaschromatographischen Analysen apparaten für diesen Zweck Verwendung findet, vollkommen aus der Probenkammer herausgespült werden, wobei die gesamte Probenkammer im normalen Strömungsweg eines solchen Trägergases liegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 und 3 bildet eine der bogenförmigen Ausnehmungen 25 tatsächlich ein Teil des Probevolumens. Diese Tatsache ist jedoch an sich nicht unerwünscht, da die bogenförmigen Ausnehmungen keinen toten Raum im Sinne der oben gegebenen Definition darstellen.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4, 5, 6 und 7 weisen keine derartigen bogenförmigen Ausnehmungen oder entsprechende Räume auf, die einen Teil des Probevolumens bilden und eignen sich deshalb besonders für bestimmte Anwendungen, insbesondere solche, wo nur eine relativ kleine und begrenzte Probemenge für den Versuch und die Zwecke der Analyse zur Verfügung stehen.
Sampling device
The invention relates to a sampling device for chromatographic analysis apparatus, with which one wants to take a volume-predetermined sample from a gas or liquid flow in order to then introduce this sample into a carrier gas or liquid flow.
In gas chromatographic analyzers such. B. it is usually necessary that the sample to be examined is introduced into a carrier gas stream which carries the sample into the analysis apparatus and through this apparatus. In practicing this particular method of chromatographic separation, known as the division or elution method for separating the constituents of a sample, the analysis is carried out by determining the order in which the individual components of the sample mixture are removed from the Exit dividing column and measure the amount of each component. The carrier stream used in this process is usually a gas, e.g. B. nitrogen is used.
Such analysis apparatus are often designed in such a way that different types of flowing media can be examined in them, so that the gas chromatographic process can be used both for the examination of gas mixtures and for the examination of mixtures of liquid media.
A sampling method that has proven practical for the purpose of analyzing gases or liquids using gas chromatography is that the sample is extracted from a specific gas or liquid stream or from another source containing the sample using a piston lifter removes. The sample taken in this way is then injected into the flow of the carrier gas by means of the same device - through the hollow needle located on it.
However, it has been shown that the use of such a device for introducing a sample gas mixture into the carrier gas flow of a gas chromatographic analysis apparatus has certain disadvantages. In addition, there are other problems that occur when handling a gas sample and must be solved if one wants to achieve the greatest possible accuracy and reliability in the use of the analysis apparatus. In particular, it can be stated in this connection that the sample gas must necessarily have a larger volume than liquid samples, and that one is therefore forced to use very large piston lifters for taking gas samples, which are then inconvenient to handle.
In addition, the problem of tightness on the piston of the same arises with every piston lifter of this type, this problem due to the fact that gas samples require a gas-tight seal rather than just a liquid-tight seal at the points of contact of the piston with the cylinder of the device gets bigger. A piston lifter, which is perfectly suitable for liquid samples, may be completely unsuitable if it is used for gas samples.
Furthermore, it is evident that the pressure of a liquid will generally remain unchanged, so that the volume and the temperature of a liquid sample will not change significantly between the removal of the same from the liquid flow and its introduction into the carrier gas flow of an analytical apparatus; however, the same conditions need not apply to a gas sample. The pressure of a gas sample is subject to great variability, which depends on a change in one or both of the inextricably linked parameters of temperature and volume.
While it is consequently possible to suck in a known or determinable volume of a gas sample at a known or determinable temperature with a piston lifter, it is relatively difficult to determine the pressure of this sample located in the lifter. Even if the pressure of the sample gas located in the siphon has been precisely determined, it can deviate considerably from the pressure which prevails in the flowing medium or another source containing the sample at the moment the sample is taken.
Another point that must be observed in this context arises from the fact that when a sample consisting of a gas mixture is pushed out of the piston lifter into the carrier gas flow, the volume of the sample is due to the increased pressure exerted by the piston the sample being exercised is likely to be diminished. Under these circumstances it is very likely that a temperature change will also occur. It is Z. It has been observed, for example, that when this method of sampling is used, when the sample gas is introduced into gas chromatographic analysis apparatus, so much pressure can be developed through the piston of the siphon that some components of the gas mixture in the siphon are liquefied, although this result is of course entirely true is undesirable.
More accurate and reliable results are obtained if a sample of known temperature, volume and pressure can be introduced into a carrier gas stream without significant changes in the parameters of temperature and volume occurring.
The invention is therefore based on the object of avoiding the above-described disadvantages of the known sampling devices.
For this purpose, the invention provides that a sample chamber which is open at two ends is connected to a switching device which is provided with two pairs of connections for the sample and the carrier gas or liquid flow and through which the sample chamber can either be fed into one or the other the other of these currents can be switched on.
The sample gas z. B. is therefore not sucked in by means of a piston and then reintroduced into the carrier gas flow, which causes the difficulties described, in particular with regard to the sealing and the risk of the gas liquefying under pressure, but the sample gas is easily and completely flushed out by the carrier gas flow without its volume, temperature or pressure being affected in any way during sampling and introduction.
The sampling device can be used in connection with analytical apparatus that are operated automatically in order to take samples at regular intervals for the purpose of analysis from a gas or liquid flow. Such analytical apparatus can be designed in such a way that they take a sample at periodic intervals from one and the same gas or liquid flow or alternately or in a certain order samples from different liquids or gases.
Some preferred exemplary embodiments of the present invention are described in detail below and illustrated in the drawing.
Fig. 1 is a sectional view of a sampling device designed according to the invention.
Fig. 2 is a section of the embodiment of Fig. 1 taken along line 2-2.
Fig. 3 is a section of the embodiment of Fig. 1 along line 3-3.
4 and 5 are sections of another embodiment, FIG. 4 being a section along the line 41 of FIG. 5, and FIG. 5 being a section along the line 5-5 of FIG
6 and 7 are sections of a further embodiment, FIG. 6 being a section along the line 6-6 of FIG. 7, and FIG. 7 being a section along the line 7-7 of FIG.
1 shows an embodiment of the present invention, a switching device being formed from the two parts 10 and 11 which are fastened on a common shaft 12 in such a way that they can be rotated relative to one another about the axis of the shaft 12. A compression spring 13, which is supported against a circular abutment plate 14, which is connected to the shaft 12 in a rotationally fixed manner by wedging it, but axially displaceable, holds the part 11 in sliding contact with the part 10.
The abutment plate 14 is fixedly connected to the part 11 via a multiplicity of connecting pins 16 so that the abutment plate 14 and the part 11 can be rotated together with the shaft 12. The spring force of the spring 13 supported against the abutment plate 14 is evenly distributed over the entire surface of the part 11 of the switching device.
At its opposite end, the spring 13 is supported against a disk 17. A knob 18 is attached to the shaft 12 in order to facilitate a rotation of the part 11 with respect to the part 10 of the switching device. The part 10 of the switching device is preferably made of stainless steel or of another corrosion-resistant material and has a plurality of connection channels, of which the two connection channels 19 are shown in section in FIG.
The connection channels provided in part 10 are, as shown in FIG. 1, connected to a U-tube 20 which serves as a sample chamber. By welding or other suitable means, such as. B. the pipe connections 21, the U-tubular sample chamber 20 is connected to the switching device and thus forms part of the same.
The part 11 of the switching device is preferably elastic and provided with smooth surfaces and consists of a generally resistant to chemical attack and corrosion-resistant material, e.g. B. made of polytetrafluoroethylene, which is under the name Teflon (registered trademark) in the trade. The polymer of trifluorochlorethylene may be mentioned as a further, likewise suitable material for the production of part 11. Due to its smooth surfaces and its elasticity, part 11 can easily achieve a secure seal on the surfaces of parts 10 and 11 of the switching device, while the corrosion resistance of the material makes it possible to use the device for a large number of samples with different chemical compositions .
The part 11 is provided with several arcuate recesses 25 (FIG. 2) which are designed as passage channels and are arranged in such a way that they establish a connection to the connection channels provided in the part 10. From FIG. 2 it can be clearly seen that the arcuate recesses 25 extend over a sufficiently large angle in order to be able to connect two adjacent connection channels to one another. The respective rotational position of the part 11 determines which of two adjacent connection channels of the part 10 are connected to one another by the arcuate recesses.
In FIG. 3 it can be seen that when the channels 27 are connected to a gas or liquid flow, a continuous flow is ensured through one of the arcuate channels 25 of the part 11 of the switching device. To explain the device, it is further assumed that a second flow, which forms the carrier gas or liquid flow, is connected to the outside of the channels 28. The two arcuate recesses 25 of the part 11 of the switching device, which connect the channels 28 to the channels 19, then produce a continuous flow path for the second gas or liquid flow through the sample chamber 20.
From Fig. 2 it can be seen that when the part 11 is rotated about 600 in the counterclockwise direction about the shaft 12, the first gas or liquid flow connected to the channels 27 is connected via the channels 19 to the sample chamber, while a continuous flow of the second gas or liquid flow in communication with the channels 28 through one of the arcuate recesses 25 connecting the two channels 28 is established. The amount of the flowing medium of the first stream, which flows through the sample chamber as a result of the rotation of the sampling device, is introduced in this way into the second gas or liquid stream and thus becomes the sample.
It is important to note here that the first gas or liquid flow passed through the channels 28 fills the sample chamber with sample gas or liquid which necessarily and inevitably has the same temperature and pressure as the flow at the moment it enters the sample chamber having. Of course, the sample chamber 20 can be dimensioned in such a way that the volume of the sample taken from the stream can optionally be determined within wide limits. The sample gas or sample liquid accordingly has a known volume and the same temperature and pressure as the gas or liquid flow from which the sample was taken.
This is particularly important if a sample is to be taken from a flowing gas mixture and forms the prerequisite for the significant advantages of the sampling device designed according to the invention, by means of which the uniformity of the sample conditions can be maintained.
When using the sampling device designed according to the invention in connection with a gas chromatographic analysis apparatus, a gas or liquid flow can be connected to the channels 28 and a sample can be taken from this flow so that it fills the sample chamber 20. If you now switch the device in the manner described above, then a carrier gas, for. B. nitrogen, which is taken from a second gas stream, can be connected to the sample chamber in order to introduce the sample gas or sample liquid contained therein into the column in which the chromatographic separation of the components of the sample takes place.
A particular advantage of the sampling device designed according to the invention is that this device not only allows a sample to be taken from a gas or liquid stream, the temperature, pressure and volume of the sample being known, but also the continuity of the gas or liquid flows with the exception of a very small moment in which the switching process, d. H. the rotation of the part 11 against the part 10 takes place, is maintained at all times.
Another advantage of the present invention is that in this case the need to rinse out the sample chamber, as is the case when using a piston lifter, is eliminated, because it is evident that when the rotatable part 11 is in a position compared to the one shown in FIG. 1, rotated counterclockwise by 600, a carrier gas flowing through the channels 27, e.g. B. nitrogen, flushes the entire sample in the sample chamber out of this. Another sample can thus be introduced into the sample chamber without having to fear that this new sample will be contaminated by any residues of the old sample still in the sample chamber.
It is obvious that this fact of course eliminates the possibility of incorrect results when analyzing different samples continuously.
If the rotatable part 11 of the switching device is elastic, e.g. B. made of the plastic commercially available under the name Teflon, then this part can be provided with smooth surfaces, whereby a good gas-tight seal is obtained on the surface of the part 10, if the two parts 10 and 11 by the use of suitable means such as B. a coil spring or a spring washer can be held in pressure contact. If the part 11 is now rotated against the part 10 when the switching process is carried out, this naturally results in a certain amount of wear and tear on the two surfaces that are in sliding contact. However, this wear and tear does not affect the function of the switching device at all; on the contrary, it improves the sealing effect of the surfaces of the two parts 10 and 11 that are in contact.
Such a seal does not require any lubrication, and the advantages of a dry seal are obvious to anyone who is familiar with the problems of gas chromatographic analysis, because the lubricants used can have an evaporation characteristic that is within the functional range of the gas chromatographic analysis apparatus itself and thus represent the cause of a possible source of error. In addition, there is still the greater possibility that the lubricant coming into contact with the sample gas will absorb part of the sample mixture and thus lead to a qualitative or quantitative error, or to both errors in the result of the analysis.
4 and 5 show a further embodiment of the present invention, in which the two parts 40 and 41 of the switching device are in contact with one another. The part 40 is arranged in a manner similar to that in the exemplary embodiment according to FIGS. 1, 2 and 3 with the shaft 42 so as to be rotatable relative to the part 41. The fixed part 41 has an elastic disc 41a which is firmly connected to the part itself by cementing or in another suitable manner. The rotatable part 40 is keyed at 43 on the shaft 42 so as to be axially displaceable. A spring washer 44a held by a nut 44 exerts a compressive force on the surfaces of the two parts 40 and 41a which are in sliding contact.
As can be clearly seen in FIG. 5, opposite connection channels 45, 46 and 47 are arranged regularly and radially at the same distance around the center point of part 40. Each pair of these connecting channels is suitable for receiving an essentially U-shaped sample chamber, as is shown schematically at 48 in FIG. 4.
The line pairs 49 and 50 are connected to the connection channels located in the fixed part 41, so that a continuous stream is obtained that enters one of the lines 49, flows through the sample chamber 48 connected to the connection channels 45, for example, and the sampling device through the opposite one Line 49 leaves. In a similar way, a continuous flowing current can be brought about through the line 50, the sample chamber connected to the connection channels 47 and the diametrically arranged line 50. For example, for the purpose of further explanation it is assumed that a sample stream flows through the lines 49 and the sample chamber 48, and that a carrier gas, e.g. B.
Nitrogen, through the lines 50 flows. If you now change the position of the part 40 by turning it clockwise by 600, the connection between the sample located in the sample chamber 48 and the sample stream entering the sampling device through the line 49 is interrupted and the sample stream flowing through the lines 50 is interrupted Introduced carrier gas stream of the analyzer.
This particular embodiment of the invention is designed so that a plurality of sample chambers can optionally be connected to a sample gas or liquid flow and the sample taken from this flow can be introduced into a carrier gas or liquid flow. Although a plurality of sample chambers are used in this embodiment instead of just one exchangeable sample chamber, the continuity of the two gas or liquid flows is produced and ensured essentially in the same way as in the description of the embodiment according to FIGS. 1, 2 and 3 has been set out.
6 and 7 show an exemplary embodiment which differs from the previously described embodiment, in which a fixed part 51 of the switching device is formed from two parts 52 and 53 which are joined together to form a unit by a plurality of connecting pins 54. Each of the two parts forming the stationary part 51 has an elastic disc 52a or
53a. The rotatable part 55 of the switching device lies between the two parts 52 and 53 forming the fixed part 51, the opposite surfaces of the rotatable part 55 being in sliding contact with the two parts 52 and 53 of the part 51. The rotatable part 55 is firmly connected at 56 by wedging to the shaft 57, and the contact surfaces of the individual parts of the switching device are held under pressure by a spring ring 58 provided at the end of the shaft 57 and the nut 59.
A number of sample chambers 60, 61, 62, 63, 64 and 65 are provided in the rotatable part 55.
These sample chambers have different spatial dimensions, and if the part 55 is rotated within the switching device of the sampling device by rotating the shaft 57, then the position of the sample chambers around the axis of rotation of the shaft can optionally be determined. For example, as shown in Figures 6 and 7, a first or sample gas or liquid stream 66 can be connected to the stationary portion of the switching device.
A second or carrier gas or liquid stream 67 can be connected in a similar manner to the parts 52 and 53 of the stationary part 51 of the sampling device, a sample of the first gas or liquid stream 66 being, for example, in the sample chamber 64 and through an im Clockwise rotation of the rotatable part 55 is introduced into the second gas or liquid flow 67. Such a sample is then introduced into the second gas or liquid stream at the same temperature and under the same pressure as are present in the gas or liquid stream from which the sample was taken.
The volume of the sample can be determined and can be selected depending on which of the sample chambers 61, 62, 63, 64 or 65 is used to transfer the sample from one gas or liquid flow to the other.
The embodiment according to FIGS. 6 and 7 can be provided with any number of sample chambers, whereby a suitable display device to be actuated by the rotatable part 55 is to be provided, so that in each case it can be seen which of the sample chambers with the different gas or fluid flows are connected.
According to the present invention, each of the exemplary embodiments presented herein is connected to one or more sample chambers which form a fixed component of the sampling device that is required for the function of the arrangement. The exemplary embodiments shown in the drawing and described in the description can be modified in such a way that they have the desired features of two or more embodiments of the present invention in accordance with the respective requirements of a particular application.
Each of the exemplary embodiments can be designed in such a way that the sample is flushed out of the sample chamber and the sample is introduced into the device at any desired pressure.
In the embodiment of FIGS. 1, 2 and 3, for. For example, the outlet channels 28 can be connected to suitable means which cause the sample to be completely flushed out of the sample chamber, a new sample then being introduced into the sample chamber 20 under any desired pressure and controlled by appropriately connected sampling means . The same method can be used in the two other exemplary embodiments of the invention.
In the implementation of the proposed sampling device, none of the exemplary embodiments has a dead space. The term dead space is to be understood as the space in a sampling device which, due to constriction or otherwise unfavorable design, hinders or makes it impossible to completely rinse out the sample. Due to the fact that the sampling device has no constrictions, depressions and the like in which undesired residues of sample mixtures can settle, the sample gas in all embodiments can be replaced by a carrier gas, e.g. B. nitrogen, which is usually used in gas chromatographic analysis apparatus for this purpose, can be completely flushed out of the sample chamber, the entire sample chamber is in the normal flow path of such a carrier gas.
In the embodiment of FIGS. 1, 2 and 3, one of the arcuate recesses 25 actually forms part of the sample volume. However, this fact is not undesirable per se, since the arcuate recesses do not represent a dead space in the sense of the definition given above.
The embodiments according to FIGS. 4, 5, 6 and 7 have no such arcuate recesses or corresponding spaces that form part of the sample volume and are therefore particularly suitable for certain applications, especially those where only a relatively small and limited amount of sample for the experiment and the purposes of the analysis are available.