CS266720B1

CS266720B1 - Equipment for continuous chemical analysis of liquids

Info

Publication number: CS266720B1
Application number: CS8742A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Rndr Csc Opekar; Antonin Rndr Csc Trojanek
Original assignee: Frantisek Rndr Csc Opekar; Antonin Rndr Csc Trojanek
Priority date: 1987-01-04
Filing date: 1987-01-04
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS4287A1

Abstract

Řešení se týká zařízení pro kontinuální chemickou analýzu kapalin obohacených látkami, nacházejícími se ve stopových koncentracích v plynném prostředí, které je tvořeno aerodisperzní koncentrační jednotkou s výstupní tryskou nasměrovanou na desku z porézního nebo sítového materiálu o průměru pórů nebo ok 10“® až 10”® m, za níž je ve vzdálenosti 10”® až 10"® m umístěno alespoň jedno čidlo fyzikálně chemických vlastností s čelní funkční plochou, jehož výstup je napojen na vyhodnocovací jednotku. Lze jej použít k detekci plynných složek po jejich nakoncentrování do kapaliny cestou tvorby polydisperzního aerosolu v průtokových analytických zařízeních, kdy vzniklý aerosol je tryskou kontinuálně nanášen na desku, vytváří mezi deskou a čelní funkční plochou čidla fyzikálně chemických vlastností obměňovanou stékající vrstvu kapaliny. Fyzikálně chemické změny této vrstvy jsou snímány čidlem, zaznamenávány a vyhodnocovány vyhodnocovací jednotkou.The solution concerns a device for continuous chemical analysis of liquids enriched with substances found in trace concentrations in a gaseous environment, which is formed by an aerodispersive concentration unit with an outlet nozzle directed to a plate made of porous or mesh material with a pore or mesh diameter of 10"® to 10"® m, behind which at a distance of 10"® to 10"® m is placed at least one sensor of physicochemical properties with a front functional surface, the output of which is connected to an evaluation unit. It can be used to detect gaseous components after their concentration into a liquid by forming a polydisperse aerosol in flow analytical devices, when the resulting aerosol is continuously applied to the plate by a nozzle, creating a varying flowing layer of liquid between the plate and the front functional surface of the sensor of physicochemical properties. Physicochemical changes in this layer are sensed by the sensor, recorded and evaluated by the evaluation unit.

Description

Vynález se týká zařízení pro kontinuální chemickou analýzu kapalin obohacených látkami nacházejícími se ve stopových koncentracích v plynném prostředí.The invention relates to a device for the continuous chemical analysis of liquids enriched with substances present in trace concentrations in a gaseous medium.

Stanovení stopových koncentrací par látek v plynném prostředí je nesnadné, neboř je limitováno citlivostí současných analytických metod. Proto je nutné látky před vlastní analýzou koncentrovat. Obecně lze koncentrování stop látek z plynného prostředí provést absorpcí tuhými sorbenty, anorganickými nebo organickými materiály s relativně velkým, specifickým povrchem, nebo absorpcí ve vhodných rozpouštědlech. K analýze se používá přímo koncentrát nebo se zachycené látky uvolňují zpravidla tepelnou desorpcí nebo extrakcí vhodnými rozpouštědly a potom analyzují. Nevýhodou těchto používaných metod je, že jsou diskontinuální.Determination of trace concentrations of vapors in a gaseous environment is difficult because it is limited by the sensitivity of current analytical methods. Therefore, it is necessary to concentrate the substances before the actual analysis. In general, the concentration of traces from a gaseous medium can be accomplished by absorption with solid sorbents, inorganic or organic materials with a relatively large, specific surface area, or by absorption in suitable solvents. A concentrate is used directly for the analysis or the entrapped substances are usually released by thermal desorption or extraction with suitable solvents and then analyzed. The disadvantage of these methods used is that they are discontinuous.

K provádění analýzy v průtokových analytických zařízeních, jaJ^o jsou například kontinuální průtokové analyzátory a kapalinové chromatografy, byla navržena řada detekčních prostředků založených převážně na optickém nebo elektrochemickém principu, viz např. A. Trojánek: Chem. listy 76 (1982) 695; A. Trojánek: Chem. listy 75 (1981)_t 1 020. Při použití nejběžnějších elektrochemických detektorů je měřena koncentrace v bezprostřední blízkosti povrchu použitého čidla jako např. voltamperických či potenciometrických detektorů, případně v určitém objemu kapaliny jako např. detektory vodivostní, coulometrické a vysokofrekvenční. Ve všech případech je pro získání signálu s nízkým obsahem poruch a šumu nezbytné zajistit v měřené kapalině nepřítomnost bublinek plynu či vzduchu. Toto je zvláště důležité v případech, kdy je analyzovaná kapalina ve formě aerosolu. Pro tyto účely se v zásadě používají způsoby detekce založené na kondenzaci aerosolu a jeho následné analýze. I tyto však vykazují řadu nedostatků. Předně je v tomto uspořádání obtížné zajistit rychlou odezvu čidla na změny ve složení aerosolu a dále je nezbytné pro kontinuální měření používat pomocná čerpadla pro dopravu kondenzátu k povrchu čidla.To perform analysis in flow analytical devices, such as continuous flow analyzers and liquid chromatographs, a number of detection means have been proposed based mainly on the optical or electrochemical principle, see e.g. A. Trojánek: Chem. sheets 76 (1982) 695; A. Trojanek: Chem. data sheets 75 (1981) _t 1020. When using the most common electrochemical detectors, the concentration is measured in the immediate vicinity of the surface of the used sensor such as voltammetric or potentiometric detectors, or in a certain volume of liquid such as conductivity, coulometric and high frequency detectors. In all cases, in order to obtain a signal with a low content of disturbances and noise, it is necessary to ensure the absence of gas or air bubbles in the measured liquid. This is especially important in cases where the liquid being analyzed is in the form of an aerosol. For this purpose, detection methods based on aerosol condensation and its subsequent analysis are used in principle. However, these also have a number of shortcomings. First of all, in this arrangement it is difficult to ensure a fast response of the sensor to changes in the aerosol composition, and furthermore it is necessary to use auxiliary pumps for continuous measurement to transport condensate to the sensor surface.

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení podle vynálezu pro kontinuální chemickou analýzu kapalin obohacených látkami nacházejícími se ve stopových koncentracích v plynném prostředí, jehož podstata spočívá v tom/ že výstupní tryska aerodisperzní koncentrační jednotky je nasměrována na desku z porézního nebó sítového materiálu o průměru pórů nebo ok 10 až — 3 — 8 — 3These disadvantages are eliminated by the device according to the invention for continuous chemical analysis of liquids enriched with substances present in trace concentrations in a gaseous medium, the essence of which consists in that the outlet nozzle of the aerodisperse concentration unit is directed at a plate - 3 - 8 - 3

10^-J m, za níž ve vzdálenosti 10 až 10 m je umístěno alespoň jedno čidlo fyzikálně chemických vlastností s čelní funkční plochou, jehož výstup je napojen na vyhodnocovací jednotku.10 ^-J m, behind which at a distance of 10 to 10 m there is at least one sensor of physicochemical properties with a front functional surface, the output of which is connected to the evaluation unit.

Výhodou tohoto zařízení podle vynálezu je minimální objem zádrže analyzované kapaliny. Analýza je prováděna přímo při výstupu z aerodisperzní koncentrační jednotky, není nutno kapalinu složitě přemísťovat či čerpat k povrchu čidla. Dále dochází k rychlé odezvě čidla na změny ve složení i při analýzách aerosolu a podstatnému technickému zjednodušení dosud používaných měřicích zařízení.The advantage of this device according to the invention is the minimum retention volume of the analyzed liquid. The analysis is performed directly at the exit from the aerodispersion concentration unit, it is not necessary to move or pump the liquid to the surface of the sensor. Furthermore, the sensor responds quickly to changes in the composition and during aerosol analyzes and a significant technical simplification of the measuring devices used so far.

Vynález blíže objasní přiložený schematický náčrtek zařízení, které sestává z výstupní trysky 2 aerodisperzní koncentrační jednotky _1 nasměrované na desku 2 ^z porézního nebo síťového materiálu, za níž je umístěno alespoň jedno čidlo fyzikálně chemických vlastností 2 s čelní funkční plochou 4 a výstupem 2 napojeným na vyhodnocovací jednotku 7.The invention is further elucidated by the attached schematic diagram of an apparatus which consists of an outlet nozzle 2 of an aerodispersion concentration unit 1 directed at a plate 2 ^of porous or mesh material, behind which at least one physicochemical sensor 2 with a front functional surface 4 and an outlet 2 connected to the evaluation unit 7.

Činnost zařízení je následovně: v aerodisperzní koncentrační jednotce 2 dochází k nakoncentrování plynných složek se stopovým množstvím látek do kapaliny cestou polydisperzního aerosolu. Tento aerosol je kontinuálním způsobem výstupní tryskou 2 nanášen na desku 2 z porézního nebo síťového materiálu s velikostí pórů nebo ok 10 až 10 m umístěnou ve svislé poloze proti ústí trysky 2· kondenzuje, částečně prochází póry nebo oky a vytváří v prostoru mezi deskou 3 a čelní funkční plochou 4 alespoň jednoho čidla 5 fyzikálně chemických vlastností umístěného za deskou 2 Při vysokých průtokových rychlostech aerosolu obměňovanou stacionární vrstvu kapaliny, která průběžně stéká dolů. Čelní funkční plocha 4 je umístěna ve svislé poloze rovnoběžně s deskou 3 ve vzdálenosti 10 až 10 m. Celní funkční plocha £ náleží alespoň jednomu čidlu 2 fyzikálně chemických vlastností, jehožThe operation of the device is as follows: in the aerodispersion concentration unit 2, gaseous components with a trace amount of substances are concentrated into a liquid by means of a polydisperse aerosol. This aerosol is continuously applied by an outlet nozzle 2 to a plate 2 of porous or mesh material with a pore or mesh size of 10 to 10 m placed in a vertical position against the nozzle mouth 2 · condenses, partially passes through pores or meshes and forms the front functional surface 4 of at least one sensor 5 of physicochemical properties located behind the plate 2 At high aerosol flow rates, a stationary layer of liquid is changed, which flows continuously downwards. The front functional surface 4 is located in a vertical position parallel to the plate 3 at a distance of 10 to 10 m. The front functional surface 6 belongs to at least one sensor 2 of physicochemical properties, the

CS 266 720 Bl výstup £ je napojen na vyhodnocovací jednotku 1_. Druh čidla 5. je volen podle selektivity použité analytické metody stanovení, může jím být např. fotometrické čidlo pro stanovení změn zabarvení, vysokofrekvenční elektrody, čidlo pro měření dielektrické konstanty, i idexu lomu, platinové elektrody pro měření vodivosti a další. Odezvy na Změny sledované fyzikálně chemické vlastnosti jsou zaznamenávány s minimálním časovým zpožděním ve vyhodnocovací jednotce J7. .The CS 266 720 B1 output £ is connected to the evaluation unit 7. The type of sensor 5 is selected according to the selectivity of the analytical method of determination used, it can be, for example, a photometric sensor for determining color changes, high-frequency electrodes, sensor for measuring dielectric constant and refractive index, platinum electrodes for conductivity measurement and more. Responses to Changes in the monitored physicochemical properties are recorded with a minimum time delay in the evaluation unit J7. .

Uvedené zařízení lze s výhodou použít k detekci plynných složek po jejich nakoncentrování do kapaliny cestou tvorby polydisperzníhó aerosolu v průtokových analytických zařízeních.Said device can be advantageously used to detect gaseous components after concentrating them in a liquid by forming a polydisperse aerosol in flow analytical devices.

Použití zařízení pro kontinuální chemickou analýzu kapalin lze demonstrovat např.The use of equipment for continuous chemical analysis of liquids can be demonstrated e.g.

na stanovení obsahu oxidu siřičitého. Bylo použito vodivostního detektoru tvořeného párem vodivostních elektrod tj. platinových drátků o průměru 0,5 mm, které byly vlepeny do těla detektoru z plexiskla, zabroušeného a vyleštěného do čelní funkční plochy, kde vytvořily dva disky o průměru 0,5 mm. Povrch čelní funkční plochy byl pokryt polyethylénovou síňkou 0,1 mm tlustou s rozměrem ok 0,15x0,15 mm, která byla u povrchu detektoru přichycena kroužkem z plexiskla opatřeným drážkou pro stékající kapalinu. Ostí trysky bylo vzdáleno od desky tvořené síňkou 10 mm. Obsah oxidu siřičitého ve vzduchu byl stanoven jeho nakoncentrováním do polydisperzního vodního aerosolu, který byl tryskou nanášen na polyethylénovou síňku, kde kondenzoval a vytvářel stékající film, který přicházel do styku s čelní funkční plochou detektoru. Vodivost kapalinového filmu byla měřena párem vodivostních platinových elektrod, jejichž kalibrační závislost je nelineární, ale odpovídá teoretickému modelu. Byl sledovánfor the determination of sulfur dioxide content. A conductivity detector consisting of a pair of conductivity electrodes, i.e. platinum wires with a diameter of 0.5 mm, was used, which were glued to the body of the detector made of plexiglass, ground and polished into the front functional surface, where they formed two disks with a diameter of 0.5 mm. The surface of the front functional surface was covered with a 0.1 mm thick polyethylene hall with a mesh size of 0.15x0.15 mm, which was attached to the surface of the detector by a plexiglass ring provided with a groove for the flowing liquid. The nozzle tip was 10 mm away from the atrial plate. The content of sulfur dioxide in the air was determined by concentrating it in a polydisperse water aerosol, which was applied by a nozzle to a polyethylene hall, where it condensed and formed a flowing film which came into contact with the front functional surface of the detector. The conductivity of the liquid film was measured by a pair of conductivity platinum electrodes, whose calibration dependence is nonlinear, but corresponds to the theoretical model. He was being watched

-3 3 koncentrační rozsah 0,05 až 2,2 mg S0₉/m . Detekční limit byl 2.10 mg/m . Relativní 3 standardní odchylka pro 0,38 mg/m byla 2,4 %. Odezva ustáleného stavu po změně koncentrace S0₂ byla dosažena během cca 70 s. Jediným interferentem byl amoniak.-3 3 concentration range 0.05 to 2.2 mg SO ₉ / m. The detection limit was 2.10 mg / m 2. The relative 3 standard deviation for 0.38 mg / m was 2.4%. The steady state response after a change in SO ₂ concentration was achieved within about 70 s. The only interferent was ammonia.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Device for continuous chemical analysis of liquids enriched with substances present in trace concentrations in a gaseous medium, comprising an aerodispersion concentration unit with an outlet nozzle, characterized in that the outlet nozzle (2) is directed at the plate

- - 8 - * 3 (3) of porous or atrial material, of a pore or mesh diameter of 10 to 10 m, beyond which

At least one sensor (5) of physicochemical properties with a front functional surface (4), the output (6) of which is connected to the evaluation unit (7), is located at a distance of 10 to 10 m.