DE10035409B4

DE10035409B4 - Differentielle Thermodesorption für Gassensorsysteme

Info

Publication number: DE10035409B4
Application number: DE10035409A
Authority: DE
Inventors: Stefan Strathmann; Udo Weimar; Andreas Kraus; Michael Wandel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: DE10035409A1

Abstract

Vorrichtung zur Probenvorbereitung gasförmiger Analyte aus einer Analytquelle für die qualitative und quantitative Analyse mit mehreren chemischen Gassensoren in einem Gassensorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass
sich im Gasweg zwischen der Analytquelle und den Gassensoren ein Probenanreicherungsröhrchen in Form eines Thermodesorptionsröhrchens befindet,
das Probenanreicherungsröhrchen mit einer programmierbaren Heizung oder Heizung kombiniert mit Kühlung versehen ist, die vorgegebene Temperaturen oder Temperaturrampen im Bereich von –40° bis +250°C einstellen kann,
das Thermodesorptionsröhrchen in einem Adsorptionsmodus und in einem Desorptionsmodus betrieben wird,
die Richtung des Gasflusses für beide Modi in gleicher Richtung von der Analytquelle zu den Gassensoren durch das Thermodesorptionsröhrchen erfolgt,
eine Adsorption der Analyten bei einer tiefen konstanten Temperatur erfolgt und die Desorption bei höheren, konstanten oder mit variabler oder mit konstanter Rate ansteigenden Temperaturen stattfindet,
dabei eine teilweise oder vollständige Trennung des Analytgemisches in unterschiedliche Fraktionen erfolgt,
für die Desorption entweder die gasförmigen Analyte oder...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Probenvorbereitung gasförmiger Analyte aus einer Analytquelle für die qualitative und quantitative Analyse mit mehreren chemischen Gassensoren in einem Gassensorsystem.
Üblicherweise werden Analytgase bzw. Analytgasmischungen direkt von der Analytquelle in das Gassensorsystem geleitet. Die Sensoren werden dem zu analysierenden Gasgemisch ausgesetzt und liefern jeweils ein Summensignal der in der Analytgasmischung enthaltenen Komponenten. Durch die teilspezifische Antwort der Sensoren kann aus den unterschiedlichen Signalen mehrerer Sensoren eine Information über die Zusammensetzung von Analytgasmischungen gewonnen werden.
Aus der DE 44 19 596 C1 ist eine Thermodesorptionseinrichtung für einen Gaschromatographen bekannt. Sie beschreibt einen Aufbau mit zwei Thermodesorptionsröhrchen. In US 5 402 668 A wird ebenso eine Thermodesorptionseinrichtung als Bestandteil eines Gaschromatographen beschrieben. Im Gegensatz hierzu wird im vorliegenden Anspruch 1 ein Aufbau mit einem Thermodesorptionsröhrchen beschrieben, mit einer teilweisen oder vollständigen Trennung des Analytgemisches in dem Röhrchen, welche für eine zeitaufgelösten Analyse mittels Gassensoren ausgenutzt wird. Die GB 2 344 653 A beschreibt eine Kombination einer Sammeleinrichtung (sample tube) und eines Thermodesorptionsröhrchens (cooled trap containing a lesser amount of sorbent) für Gassensoren. Die Beschreibung dieses Systems zeigt wesentliche Unterschiede zu dem im vorliegenden Anspruch 1 aufgeführten Probenvorbereitungssystem. In GB 2 344 653 A wird ebenso wie in DE 44 19 596 C1 ein mindestens zweistufiger Prozess mit mindestens zwei Thermodesorptionsröhrchen beschrieben. Der Betrieb wird im 'stop-flow' Modus beschrieben, d. h. die Thermodesorptionseinrichtung wird auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, aber bei unterbrochenem Gasfluss, was genau eine chromatographische Trennung unmöglich macht, wie sie im Anspruch 1 beschrieben ist.
Die EP 0493314 A2 und die EP 0451 566 B1 beschreiben eine Thermodesorptionseinrichtung für einen Gaschromatographen ohne Trennung des Analytgemisches. Diese wird ebenso wie in DE 44 19 596 C1 und GB 2 344 653 A durch eine Umkehr der Gasflussrichtung bei dem Wechsel von Adsorption zu Desorption verhindert. WO 99/42 820 A1 , WO 99/66 305 A1 und US 5 469 369 A beschreiben ebenfalls eine Thermodesorption in umgekehrter Gasflussrichtung zur Adsorption. Im Gegensatz dazu, ermöglicht der Erhalt der Gasflussrichtung und eine Trennung des Analytgemisches gemäß Anspruch 1 eine zeitaufgelöste Auswertung der Gassensoren (siehe 1). Dabei werden die Analyte nicht verändert. In US 5 395 589 A ist eine Probenvorbereitung für einen Gaschromatographen beschrieben, welche das Adsorptions- und Desorptionsröhrchen für die katalytische Spaltung der Analyte beim Aufheizen einsetzt. Der Erhalt der ursprünglichen Analyte und ihre Trennung durch unterschiedliche Retentionszeiten ist wesentlicher Bestandteil von Anspruch 1.
Der Vorrichtung zur Probenvorbereitung nach dem Patentanspruch 1 liegt die Idee zugrunde, den Sensoren ein kommerziell erhältliches oder applikationsspezifisch optimiertes Thermodesorptionsröhrchen vorzuschalten. Die aufgegebene Analytgasmischung kann damit angereichert werden (Adsorption) und dann unter Beibehaltung der Flussrichtung und mittels einer kontrollierten, programmierbaren Temperaturrampe wieder frei gesetzt werden (Desorption). Die unterschiedlichen Analyte zeigen im Thermodesorptionsröhrchen unterschiedliche Verweildauern (Retentionszeiten). Damit spaltet sich das Gasgemisch auf (Chromatographischer Effekt). Die Einzelsignale der vollständig oder teilweise getrennten Analyte können über eine zeitaufgelöste Auswertung der Gassensoren bei ihren jeweiligen Retentionszeiten detektiert werden (siehe 1).
1 zeigt als Beispiel die Signale von sieben Gassensoren auf eine Analytmischung (Toluol, Oktan, Propanol und Ethylacetat, kurz TOPE), ohne (1a) und mit differentieller Thermodesorption (1b). Von links nach rechts ist die Zeitachse, nach hinten sind die einzelnen Sensoren 02 bis 08 und nach oben jeweils deren Sensorsignale und der Temperaturverlauf der Probenvorbereitung aufgetragen. Das Sensorsignal aus 1a spaltet sich durch unterschiedliche Verweildauer (Retentionszeit) der einzelnen Analyte im Thermodesorptionsröhrchen teilweise auf (1b). Der Informationsgehalt der Messung erhöht sich durch Abfrage der Sensorsignale bei verschiedenen Retentionszeiten.
Somit ist der Informationsgehalt über eine Analytmischung erhöht, abhängig von der Trennqualität für die Einzelsubstanzen bzw. von den Unterschieden in den Retentionszeiten.
Die Verwendung gemäß Patentanspruch 2 bietet weiterhin die Möglichkeit, Störkomponenten, die die zu analysierenden Analyten in einem Gasgemisch ohne Trennung in den Sensorsignalen überlagern, ganz oder teilweise abzutrennen. Damit kann die Genauigkeit der Auswertung der zu analysierenden Komponenten erhöht werden.
Die dem Stand der Technik entsprechende Eigenschaft von Thermodesorptionsröhrchen, die Möglichkeit der Probenanreicherung zu bieten, bleibt bei der differentiellen Thermodesorption erhalten.
Ein Ausführungsbeispiel für ein System ist in einer schematischen Zeichnung in 2 angegeben. Die Analytquelle kann dabei z. B. ein head space sampler, eine Gasmischanlage, oder ein oder mehrere Gasprobenbeutel sein, mit oder ohne Umschaltung auf Referenzgas für Desorption.

Claims

Vorrichtung zur Probenvorbereitung gasförmiger Analyte aus einer Analytquelle für die qualitative und quantitative Analyse mit mehreren chemischen Gassensoren in einem Gassensorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Gasweg zwischen der Analytquelle und den Gassensoren ein Probenanreicherungsröhrchen in Form eines Thermodesorptionsröhrchens befindet, das Probenanreicherungsröhrchen mit einer programmierbaren Heizung oder Heizung kombiniert mit Kühlung versehen ist, die vorgegebene Temperaturen oder Temperaturrampen im Bereich von –40° bis +250°C einstellen kann, das Thermodesorptionsröhrchen in einem Adsorptionsmodus und in einem Desorptionsmodus betrieben wird, die Richtung des Gasflusses für beide Modi in gleicher Richtung von der Analytquelle zu den Gassensoren durch das Thermodesorptionsröhrchen erfolgt, eine Adsorption der Analyten bei einer tiefen konstanten Temperatur erfolgt und die Desorption bei höheren, konstanten oder mit variabler oder mit konstanter Rate ansteigenden Temperaturen stattfindet, dabei eine teilweise oder vollständige Trennung des Analytgemisches in unterschiedliche Fraktionen erfolgt, für die Desorption entweder die gasförmigen Analyte oder für höhere Genauigkeit ein Referenzgas bekannter Zusammensetzung verwendet wird, die Auswertung der Signale der Gassensoren zeitaufgelöst erfolgt.
Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 für die Untersuchung von Gasgemischen, die aus jeweils einer oder mehreren zu analysierenden Komponenten und Störgaskomponenten bestehen, wobei die Störgaskomponenten von den zu analysierenden Komponenten entweder vollständig oder teilweise getrennt werden, wodurch die Genauigkeit der Auswertung der Sensorsignale erhöht wird.