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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Überwachung eines Probegases auf eine nur in geringsten Konzentrationen vorhandene Substanz, insbesondere zur Überwachung von Umgebungsluft auf Spurenverbindungen, gekennzeichnet durch - eine mit einer Heizung (14) versehene Sammelstrecke (1) zur Anreicherung bzw.
Desorption der zu überwachenden Substanz, - eine gaschromatographische Trennkolonne (2) zum Auftrennen von allfälligen Begleitsubstanzen - einen für die betreffende Substanz spezifischen Detektor (3) mit einem Anzeigegerät (4), - Anschlüsse für das zu überwachende Probegas und ein Trägergas zum Betrieb der Trennkolonne und - ein Leitungs- und Steuerungssystem (12), welches in zyklischer Folge a) während einer ersten Phase den Probegasanschluss über die Sammelstrecke (1) mit einer Senke und den Trägergasanschluss über die Trennkolonne (2) mit einer Senke und b) während einer zweiten Phase den Probegasanschluss direkt mit der Senke und den Trägergasanschluss über die Sammelstrecke (1) und die Trennkolonne (2) mit dem Detektor (3) verbindet und kurzzeitig die Heizung (14) der Sammelstrecke (1) aktiviert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungs- und Steuerungssystem drei Magnetventile (5, 6, 7) umfasst, deren Stellung nach jeder Phase gleichzeitig wechselt, wobei in der ersten Phase das erste Ventil (7) den Probegasanschluss mit dem Eingang der Sammelstrecke (1), das zweite Ventil (6) den Ausgang der Sammelstrecke (1) und den Eingang der Trennkolonne (2) mit der Senke und das dritte Ventil (5) den Ausgang der Trennkolonne (2) und den Eingang des Detektors (3) mit dem Trägergasanschluss verbindet und wobei in der zweiten Phase das erste Ventil (7) den Trägergasanschluss mit dem Eingang der Sammelstrecke (1) und das zweite Ventil (6) den Probegasanschluss mit der Senke verbindet und das dritte Ventil (5) geschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem eine Programmsteuerung (12) umfasst, welche zyklisch die Magnetventile (5, 6, 7) synchron umschaltet und die Heizung (14) aktiviert.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelstrecke (1) eine Glaskapillare (15) umfasst, an deren beiden Enden je eine Metallkapillare (16) eingeschmolzen ist, dass sich in der Glaskapillare ein Adsorptionsmaterial (17) befindet und dass die Glaskapillare mit einer Heizwendel (14) umwickelt ist, wobei die thermische Leistung der Heizwendel und die Menge des Adsorptionsmaterials so aufeinander abgestimmt sind, dass die auf dem Adsorptionsmaterial angereicherten Substanzen bei aktivierter Heizwendel praktisch schlagartig vollständig desorbiert werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkolonne (2) in einem Aluminiumofen (31-36) angeordnet ist, der mit einer regelbaren Heizung (45) ausgestattet ist, und dass die Sammelstrecke (1) und der Detektor (3) unmittelbar an den Ofen angebaut sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Sammelstrecke (1) zur Trennkolonne (2) führende Leitung (16) in thermischem Kontakt mit dem Ofen steht.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in die Zuleitung für das Probegas einschaltbare Eichquelle (11).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eichquelle (11) ein Rohr (21) umfasst, durch welches eine aus Polytetrafluoräthylen bestehende Leitung (13) für das Probegas koaxial geführt ist, wobei sich im Zwischenraum zwischen dem Rohr und der Leitung die zu überwachende Substanz befindet.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Probegases auf eine nur in geringsten Konzentrationen vorhandene Substanz, insbesondere zur Überwachung von Umgebungsluft auf Spurenverbindungen, und ist gekennzeichnet durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale.
Ähnliche Vorrichtungen dieser Art sind z.B. aus US-PS 3 925 022 und US-PS 3 948 602 bekannt. Diese bekannten Verbindungen sind jedoch nicht geeignet zur selektiven Bestimmung von Spurenverbindungen in Umgebungsluft, Kaminabgasen und Reaktionskesselgasen bis hinab zu etwa 10- 7 Vol %.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, und
Fig. 2-5 verschiedene Details aus Fig. 1 in konkreter Form.
Der in Fig. 1 dargestellte Monitor umfasst eine Mikrosammelstrecke 1, einen Gaschromatographen 2 mit einem flammenphotometrischen Detektor 3, einen an den Detektor angeschlossenen Kompensationsschreiber 4, drei Dreiweg-Magnetventile 5, 6 und 7, einen Strömungsregler 8, eine Saugpumpe 10, eine Eichquelle 11 und eine Steuerung 12 für die Magnetventile, die Sammelstrecke und den Gaschromatographen.
Beim Einschalten des Monitors nehmen die drei Magnetventile die in der Fig. 1 gezeigte Stellung ein. Das zu analysierende Gasgemisch wird über die Eichquelle 11 und eine mehr oder weniger lange PTFE-Leitung 13 über das Magnetventil 6 von der Pumpe 10 angesaugt. Gleichzeitig strömt Stickstoff als Träger- bzw. Spülgas von einer nicht dargestellten Quelle über den Strömungsregler 8, das Magnetventil 7, die Sammelstrecke 1 und die chromatographische Kolonne 2a zum Detektor 3 und von diesem ins Freie. In dieser Ausgangsstellung werden die Sammelstrecke 1 und die Kolonne 2a luftfrei gespült.
Zu einem vorgegebenen Startzeitpunkt schaltet nun die Steuerung 12 die drei Magnetventile gleichzeitig in die Sammelstellung um. Nunmehr gelangt das zu analysierende Gasgemisch über das Magnetventil 7 zur Sammelstrecke 1 und von dort über das Magnetventil 6 zur Pumpe 10. Das Trägergas gelangt über das Magnetventil 5 zum Ausgang der Trennkolonne 2a und von dort zum Detektor. Es schützt gleichzeitig die Trennkolonne vor Lufteinbruch. Während der Sammelstellung werden die Verbindungen, deren Vorhandensein im Gasstrom zu untersuchen ist, sowie allfällige Begleitverbindungen in der Sammelstrecke angereichert.
Nach einem vorgegebenen Zeitintervall, beispielsweise etwa 1 Minute, schaltet die Steuerung die Magnetventile wieder in die Ausgangsstellung zurück. Die Sammelstrecke 1 wird nun luftfrei gespült. Nach etwa 40 sec. wird eine die Sammelstrecke 1 umschliessende Heizwendel 14 kurzzeitig unter Strom gesetzt und damit die Sammelstrecke sehr rasch stark erhitzt. Dadurch wird die in ihr angespeicherte Substanz schlagartig ausgetrieben und praktisch injektionsartig in den Trägergasstrom eingebracht und in die Trennkolonne 2a überführt. Dort werden nun während der folgenden z.B. 8'/ Minuten die Begleitverbindungen chromatographisch aufgetrennt und die gesuchte Verbindung mittels des Detektors 3 bestimmt und vom Schreiber 4 registriert.
Anschliessend werden die Magnetventile wieder in die Sammelstellung umgeschaltet und ein neuer Messzyklus beginnt.
Die selektive Bestimmung der gewünschten Verbindung erfolgt durch entsprechende Auswahl der Trennkolonne 2a und des Detektors 3 nach den in der Gaschromatographie bekannten Kriterien. So sind z.B. als Detektoren für Schwefel- und
Phosphorverbindungen flammenphotometrische Typen geeignet.
Ein wesentlicher Bestandteil des Monitors ist die Mikrosammelstrecke 1. Sie erst macht es möglich, auch extrem kleine Substanzmengen bis hinab zu etwa 10- 7Vol % exakt nachzuweisen. Fig. 2 zeigt eine solche Mikrosammelstrecke im Detail.
Die Sammelstrecke 1 besteht aus einer Glaskapillare 15 von etwa 1,2 mm Innendurchmesser und 65 mm Länge, an deren beiden Enden Platinkapillaren 16 eingeschmolzen sind, mittels welcher die Sammelstrecke in die Leitungen (aus Edelstahl) des Monitors eingebaut ist. Im Inneren der Glaskapillare 15 befindet sich Adsorptionsmaterial 17, welches zwischen zwei Quarzwollenpfropfen 18 fixiert ist. Auf der Glaskapillare 15 ist die schon erwähnte Heizwendel 14 angebracht, welche von der Steuerung 12 angesteuert wird.
Als Adsorptionsmaterial kommt z.B. Tenax- (2,6-Diphenyl-p-phenylenoxid-Polymer) oder Porapak (Äthylvinylbenzoldivinylbenzol-Polymer) oder auch jede andere gaschromatographische Phase in Frage. Die Menge an Adsorptionsmaterial beträgt etwa 1 bis 10 mg. Sie wird so gewählt, dass einerseits möglichst viel Gas über die Sammelstrecke geleitet werden kann, ohne dass die zu bestimmende Substanz wieder vom Adsorptionsmaterial herausgetragen wird, andererseits aber die Substanz durch Erhitzen wieder leicht desorbiert werden kann. Eine Menge von 2 mg ist z.B. geeignet, Dimethylsulfat aus 2 Liter Gas herauszuholen und festzuhalten.
Wesentlich für die Funktion des Monitors ist die schlagartige Desorption der zu bestimmenden Substanz. Die Heizwendel
14 ist dazu relativ überdimensioniert, sodass die Aufheizung des Adsorptionsmaterials praktisch trägheitslos von sich geht. In einem praktischen Beispiel besteht die Wendel 14 aus 90 cm
Draht bei insgesamt 30 Ohm Widerstand. Bei Speisung mit ei ner 24-Volt-Spannungsquelle beträgt die Heizleistung 19,2 Watt. Zur Vermeidung einer Überhitzung des Adsorptionsmaterials wird die Heizwendel nur für z.B. 13 Sekunden unter Strom gesetzt. Dabei erwärmt sich das Adsorptionsmaterial auf etwa 200-250 "C. Die Desorptionszeit beträgt unter diesen Umständen etwa 2 Sekunden.
Die Sammelstrecke 1 ist am Gaschromatographen 2, aber ausserhalb desselben angeordnet, sodass sie sich schnell wieder abkühlen kann.
Der Gaschromatograph 2 ist in den Fig. 3 und 4 im Detail dargestellt. Er umfasst einen etwa würfelförmigen Ofen, der aus sechs Aluminiumplatten 31-36 zusammengesetzt ist. Der Innenraum des Ofens umfasst etwa 400 cm3. In die Bodenplatten
31 sind zwei Durchführungsnippel 37 und 38 eingesetzt, auf deren im Ofeninneren liegenden Teilen je ein Ende der gaschromatographischen Kolonne 2a mittels Überwurfmuttern 39 und 40 und nicht gezeigten Klemm-und Dichtungsferrules in an sich bekannter Weise befestigt sind. Auf der Ofenaussenseite sind die Nippel mit je einem Ansatz 37a bzw. 38a versehen, in welchen axial je ein Kapillarrohr 41 bzw. 42 sowie seitlich je ein weiteres Kapillarrohr 43a bzw. 44 dicht eingelötet sind. Die axialen Kapillarrohre 41 und 42 führen bis in den Anfang bzw.
das Ende der Trennkolonne 2a. Das Kapillarrohr 41 ist mit der Platinkapillare 16 der Sammelstrecke 1 verbunden oder auch identisch mit dieser. Die Kapillaren 43 und 44 führen zu den Magnetventilen 6 bzw. 5. Kapillare 42 führt in die Brenndüse des flammenphotometrischen Detektors 3. Die beiden Nippel
37 und 38 bilden somit Verzweigungen, welche aufgrund ihrer speziellen Konstruktion ein besonders geringes Totvolumen aufweisen.
In der Bodenplatte 31 sind ferner noch zwei stabförmige Heizelemente 45 sowie ein Temperaturfühler 46 angeordnet.
Diese Teile sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, sondern nur in Fig. 1 schematisch angedeutet. Mit diesen Teilen kann über die Steuerung 12 die gewünschte Temperatur im Ofen eingestellt werden. Ein Ventilator oder dgl.
wird aufgrund des geringen Ofenvolumens und der relativ dikken (10 mm) Aluminiumplatten nicht benötigt.
Die Stirnplatte 34 ist als Teil des Detektors 3 ausgebildet.
Sie enthält eine Brennkammer 50, die nach aussen durch ein Quarzfilter 51 abgeschlossen ist. Hinter dem Quarzfilter ist direkt ein Photoelektronenvervielfacher (Photomultiplier) 52 angeordnet, der den Photoempfängerteil des Detektors 3 bildet. In einer Gewindebohrung 54 der Stirnplatte 34 sind eine Brenndüse 55 sowie ein Anschlussnippel 56 befestigt. Die vom Durchführungsnippel 38 in der Bodenplatte 31 herausführende Kapillare 42 ist durch den Anschlussnippel 56 bis in die Brennerdüse 55 geführt und im Nippel 56 mittels Ferrule 57 und Überwurfmutter 58 fixiert. Die Stirnplatte 34 ist ferner mit drei nach aussen mündenden Kanälen 59,60 und 61 versehen. Kanal 59 dient als Abzug für die in der Brennkammer 50 verbrannten Gase und dient gleichzeitig auch zum Zünden der Flamme. Die Kanäle 60 und 61 dienen zur Zufuhr von Luft und Wasserstoff zur Brenndüse 55.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, schliessen sich an die Stirnplatte 34 und die Hinterplatte 33 unterhalb der Bodenplatte 31 seitlich zwei Blöcke 62 und 63 an, welche mit den Platten des Ofens in thermischem Kontakt stehen. Zwischen diesen beiden Blökken ist die Sammelstrecke 1 eingespannt. Ihre beiden Platinkapillaren 16 sind durch je einen dieser Blöcke hindurchgeführt.
Aufgrund dieser Anordnung kann sich einerseits die Sammelstrecke 1 nach dem Aufheizen rasch wieder abkühlen, anderseits aber können die desorbierten Substanzen nicht wieder kondensieren, da die Platinkapillare in Block 62 auf Temperatur gehalten wird.
Die Steuerung 12 umfasst neben einem konventionellen Temperaturregler für den Gaschromatographen einen durch einen Motor angetriebenen Scheibenprogrammierer, welcher die Magnetventile und Heizwendel zyklisch ein- bzw. umschaltet.
Selbstverständlich könnte anstelle des Scheibenprogrammierers auch irgendeine andere, z.B. rein elektronische Programmsteuerung vorgesehen sein.
Zur Eichung des gesamten Monitors ist die in Fig. 5 im Detail dargestellte Eichquelle bzw. Permeationszelle 11 vorgesehen. Sie besteht im wesentlichen aus einem wassergefüllten Dewar-Gefäss 20, in dem ein U-Rohr 21 angeordnet ist, durch welches wiederum die Gas-Zufuhrleitung 13 aus PTFE geführt ist. Das U-Rohr 21 ist oben mittels Silicongummi-Pfropfen 22 verschlossen. Im U-Rohr befindet sich die zu bestimmende Substanz, beispielsweise Dimethylsulfat. Ein seitlicher Ansatz 23 mit Pfropfen 22 dient zum Einfüllen der Substanz in das U-Rohr.
Die Substanz diffundiert durch die Wand der PTFE-Leitung 13 hindurch. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist konstant und hängt nur von der Temperatur, der Oberfläche und dem Material der Leitung im U-Rohr ab. Diese Faktoren werden vorzugsweise so abgestimmt, dass sich in dem durch die Leitung 13 strömenden Gas eine Konzentration der zu messenden Substanz ergibt, die etwa in der Grössenordnung der erwarteten Messkonzentration im zu analysierenden Gas liegt. Soll z.B. der Gehalt an Dimethylsulfat in Umgebungsluft im Bereich von 10-6 Vol % bestimmt werden, so wird die Eichquelle so eingestellt, dass sich bei gegebenem Gasstrom (z.B. 200 ml/min) eine Konzentration von 0,5 10-6 Vol % ergibt.
Der Monitor zeigt nun ständig den Wert 0,5 10- 6 an. Der Substanzgehalt der zu untersuchenden Umgebungsluft überlagert sich dann der Grundanzeige von 0,5 10-6 Die Eichquelle erlaubt eine permanente Funktionskontrolle des Monitors, auch wenn die Umgebungsluft zeitweilig weniger als 0,5 - 10- 6 Vol % an Substanz enthält.
Falls die Umgebungsluft die betreffende Substanz ständig in grösserer Menge enthält, kann der Eichgeber auch im Bypass und von Zeit zu Zeit in den Messzyklus eingeschaltet werden.
Der ganze Monitor ist vorzugsweise nach dem Baukastenprinzip aufgebaut. Die Programmsteuerung mit den Magnetventilen, die Temperaturregelung, die Strömungsregler für die Betriebsgase und der Chromatograph zusammen mit der Sammelstrecke und dem Detektor bilden dabei jeweils eine Einheit.
Auf diese Weise kann der Monitor sehr einfach den unterschiedlichsten Anforderungen angepasst werden.
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PATENT CLAIMS
1. Device for monitoring a sample gas for a substance which is only present in the lowest concentrations, in particular for monitoring ambient air for trace compounds, characterized by - a collecting section (1) provided with a heater (14) for enrichment or
Desorption of the substance to be monitored, - a gas chromatographic separation column (2) for the separation of any accompanying substances - a detector (3) specific for the substance in question with a display device (4), - connections for the sample gas to be monitored and a carrier gas for operating the separation column and - a line and control system (12) which, in cyclical sequence a) during a first phase, connects the sample gas connection via the collecting section (1) with a sink and the carrier gas connection via the separation column (2) with a sink and b) during a second Phase connects the sample gas connection directly to the sink and the carrier gas connection via the collecting section (1) and the separation column (2) to the detector (3) and briefly activates the heating (14) of the collecting section (1).
2. Device according to claim 1, characterized in that the line and control system comprises three solenoid valves (5, 6, 7), the position of which changes simultaneously after each phase, the first valve (7) in the first phase connecting the sample gas to the Input of the collecting section (1), the second valve (6) the outlet of the collecting section (1) and the inlet of the separation column (2) with the sink and the third valve (5) the outlet of the separation column (2) and the inlet of the detector (3) connects to the carrier gas connection and in the second phase the first valve (7) connects the carrier gas connection to the inlet of the collecting section (1) and the second valve (6) connects the sample gas connection to the sink and the third valve (5) is closed is.
3. Device according to claim 2, characterized in that the control system comprises a program control (12) which cyclically switches over the solenoid valves (5, 6, 7) synchronously and activates the heating (14).
4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting section (1) comprises a glass capillary (15), at both ends of which a metal capillary (16) is melted, that there is an adsorption material (17) in the glass capillary that the glass capillary is wrapped with a heating coil (14), the thermal output of the heating coil and the amount of adsorbent material being matched to one another in such a way that the substances enriched on the adsorbent material are practically abruptly completely desorbed when the heating coil is activated.
5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separation column (2) is arranged in an aluminum furnace (31-36) which is equipped with a controllable heater (45), and that the collecting section (1) and the detector (3) are directly attached to the furnace.
6. The device according to claim 5, characterized in that the line (16) leading from the collecting section (1) to the separation column (2) is in thermal contact with the furnace.
7. Device according to one of the preceding claims, characterized by a calibration source (11) which can be switched on in the supply line for the sample gas.
8. The device according to claim 7, characterized in that the calibration source (11) comprises a tube (21) through which a line consisting of polytetrafluoroethylene for the sample gas is guided coaxially, with the gap between the tube and the line the substance to be monitored is located.
The invention relates to a device for monitoring a sample gas for a substance which is only present in very low concentrations, in particular for monitoring ambient air for trace compounds, and is characterized by the features stated in patent claim 1.
Similar devices of this type are e.g. known from US-PS 3 925 022 and US-PS 3 948 602. However, these known compounds are not suitable for the selective determination of trace compounds in ambient air, flue gas and reaction boiler gases down to about 10-7 vol%.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment, and
Fig. 2-5 different details from Fig. 1 in concrete form.
The monitor shown in FIG. 1 comprises a microsampling section 1, a gas chromatograph 2 with a flame photometric detector 3, a compensation recorder 4 connected to the detector, three three-way solenoid valves 5, 6 and 7, a flow controller 8, a suction pump 10, a calibration source 11 and a controller 12 for the solenoid valves, the manifold and the gas chromatograph.
When the monitor is switched on, the three solenoid valves assume the position shown in FIG. 1. The gas mixture to be analyzed is drawn in by the pump 10 via the calibration source 11 and a more or less long PTFE line 13 via the solenoid valve 6. At the same time, nitrogen flows as carrier or purge gas from a source (not shown) via the flow regulator 8, the solenoid valve 7, the collecting section 1 and the chromatographic column 2a to the detector 3 and from there to the outside. In this starting position, the collecting section 1 and the column 2a are rinsed free of air.
At a predetermined start time, the controller 12 switches the three solenoid valves to the collection position simultaneously. The gas mixture to be analyzed now reaches the collecting section 1 via the solenoid valve 7 and from there to the pump 10 via the solenoid valve 6. The carrier gas reaches the outlet of the separation column 2a via the solenoid valve 5 and from there to the detector. At the same time, it protects the separation column from air ingress. The connections, the presence of which is to be examined in the gas flow, and any accompanying connections in the collection route are enriched during the collection position.
After a predetermined time interval, for example about 1 minute, the control switches the solenoid valves back to the starting position. The collecting section 1 is now flushed free of air. After about 40 seconds, a heating coil 14 enclosing the collecting section 1 is briefly energized and the collecting section 1 is thus heated very rapidly. As a result, the substance stored in it is expelled abruptly and introduced into the carrier gas stream practically by injection and transferred into the separation column 2a. There are now e.g. 8 '/ minutes the accompanying connections are separated chromatographically and the sought connection is determined by means of the detector 3 and registered by the recorder 4.
The solenoid valves are then switched back to the collective position and a new measuring cycle begins.
The selective determination of the desired compound is carried out by appropriate selection of the separation column 2a and the detector 3 according to the criteria known in gas chromatography. For example, as detectors for sulfur and
Phosphorus compounds suitable for flame photometric types.
The microsampling section 1 is an essential part of the monitor. It makes it possible to precisely detect even extremely small amounts of substance down to about 10-7 vol%. 2 shows such a micro collecting section in detail.
The collecting section 1 consists of a glass capillary 15 of approximately 1.2 mm inside diameter and 65 mm long, at both ends of which platinum capillaries 16 are melted, by means of which the collecting section is installed in the lines (made of stainless steel) of the monitor. Inside the glass capillary 15 there is adsorption material 17, which is fixed between two quartz wool plugs 18. The already mentioned heating coil 14 is attached to the glass capillary 15 and is controlled by the controller 12.
As the adsorbent material comes e.g. Tenax (2,6-diphenyl-p-phenylene oxide polymer) or Porapak (ethyl vinylbenzene divinylbenzene polymer) or any other gas chromatographic phase in question. The amount of adsorbent material is about 1 to 10 mg. It is selected so that on the one hand as much gas as possible can be passed over the collecting section without the substance to be determined being carried out again by the adsorption material, but on the other hand the substance can be easily desorbed again by heating. An amount of 2 mg is e.g. suitable for taking dimethyl sulfate out of 2 liters of gas and holding it there.
The sudden desorption of the substance to be determined is essential for the function of the monitor. The heating coil
14 is relatively oversized for this purpose, so that the heating of the adsorption material is practically inert. In a practical example, the helix 14 consists of 90 cm
Wire at a total of 30 ohms resistance. When powered by a 24 volt power source, the heating power is 19.2 watts. To avoid overheating of the adsorption material, the heating coil is only used for e.g. Energized for 13 seconds. The adsorption material heats up to about 200-250 "C. The desorption time is about 2 seconds under these circumstances.
The collecting section 1 is arranged on the gas chromatograph 2, but outside it, so that it can cool down quickly.
The gas chromatograph 2 is shown in FIGS. 3 and 4 in detail. It comprises an approximately cube-shaped furnace, which is composed of six aluminum plates 31-36. The interior of the furnace is approximately 400 cm3. In the floor slabs
31, two feed-through nipples 37 and 38 are inserted, on the parts of which are located in the interior of the furnace, one end of the gas chromatographic column 2a is fastened in a manner known per se by means of union nuts 39 and 40 and clamping and sealing ferrules, not shown. On the outside of the furnace, the nipples are each provided with a shoulder 37a or 38a, in which axially one capillary tube 41 or 42 and laterally another capillary tube 43a or 44 are tightly soldered. The axial capillary tubes 41 and 42 lead to the beginning or
the end of the separation column 2a. The capillary tube 41 is connected to the platinum capillary 16 of the collecting section 1 or is identical to it. The capillaries 43 and 44 lead to the solenoid valves 6 and 5, respectively. Capillary 42 leads into the burning nozzle of the flame-photometric detector 3. The two nipples
37 and 38 thus form branches which, owing to their special construction, have a particularly low dead volume.
Two rod-shaped heating elements 45 and a temperature sensor 46 are also arranged in the base plate 31.
However, these parts are not shown for reasons of clarity, but are only indicated schematically in FIG. 1. With these parts, the desired temperature in the furnace can be set via the controller 12. A fan or the like
is not required due to the small furnace volume and the relatively thick (10 mm) aluminum plates.
The end plate 34 is formed as part of the detector 3.
It contains a combustion chamber 50, which is closed to the outside by a quartz filter 51. A photo electron multiplier (photomultiplier) 52, which forms the photo receiver part of the detector 3, is arranged directly behind the quartz filter. A burning nozzle 55 and a connection nipple 56 are fastened in a threaded bore 54 of the end plate 34. The capillary 42 leading from the through-nipple 38 in the base plate 31 is guided through the connecting nipple 56 into the burner nozzle 55 and fixed in the nipple 56 by means of ferrule 57 and union nut 58. The end plate 34 is also provided with three outwardly opening channels 59, 60 and 61. Channel 59 serves as a vent for the gases burned in the combustion chamber 50 and at the same time also serves to ignite the flame. The channels 60 and 61 serve to supply air and hydrogen to the burning nozzle 55.
As can be seen from FIG. 4, two blocks 62 and 63 adjoin the end plate 34 and the rear plate 33 below the base plate 31, which are in thermal contact with the plates of the furnace. The collecting section 1 is clamped between these two blocks. Your two platinum capillaries 16 are passed through one of these blocks.
Because of this arrangement, on the one hand, the collecting section 1 can rapidly cool down again after heating, but on the other hand, the desorbed substances cannot condense again, since the platinum capillary is kept at temperature in block 62.
In addition to a conventional temperature controller for the gas chromatograph, the control 12 comprises a disk programmer driven by a motor, which cyclically switches the solenoid valves and heating coil on and off.
Of course, instead of the disc programmer, any other one, e.g. purely electronic program control can be provided.
The calibration source or permeation cell 11 shown in detail in FIG. 5 is provided for calibrating the entire monitor. It essentially consists of a water-filled Dewar vessel 20, in which a U-tube 21 is arranged, through which in turn the gas supply line 13 made of PTFE is guided. The U-tube 21 is closed at the top by means of a silicone rubber plug 22. The substance to be determined, for example dimethyl sulfate, is located in the U-tube. A side extension 23 with stopper 22 is used to fill the substance into the U-tube.
The substance diffuses through the wall of the PTFE line 13. The diffusion rate is constant and depends only on the temperature, the surface and the material of the pipe in the U-tube. These factors are preferably coordinated in such a way that a concentration of the substance to be measured results in the gas flowing through line 13, which is approximately in the order of magnitude of the expected measurement concentration in the gas to be analyzed. Should e.g. If the content of dimethyl sulfate in ambient air is determined in the range of 10-6 vol%, the calibration source is set so that a concentration of 0.5 10-6 vol% results for a given gas flow (e.g. 200 ml / min).
The monitor now continuously shows the value 0.5 10- 6. The substance content of the ambient air to be examined is then superimposed on the basic display of 0.5 10-6. The calibration source allows a permanent function check of the monitor, even if the ambient air temporarily contains less than 0.5 - 10-6 vol% of substance.
If the ambient air constantly contains a large amount of the substance in question, the calibration transmitter can also be switched on in the bypass and from time to time in the measuring cycle.
The entire monitor is preferably constructed according to the modular principle. The program control with the solenoid valves, the temperature control, the flow regulator for the operating gases and the chromatograph together with the collecting section and the detector each form a unit.
In this way, the monitor can be easily adapted to a wide variety of requirements.