DE102009023634A1 - Apparatus for temporary storage of volatile chemical substance, has multiple chambers, through which ambient air flows in air passage, and each chamber has specific adsorption material for adsorption of specific volatile chemical substance - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device according to the preamble of the claim 1.
Es ist bekannt, in der Umgebungsluft vorhandene flüchtige chemische Stoffe (VOC) mittels eines Anreicherungs- und Desorptionsverfahrens zu detektieren bzw. zu messen. Hierdurch werden beispielsweise die am häufigsten verwendeten Exklusivstoffe, wie 2,4,6-Trinitrotoluen (TNT) detektiert. Dabei wird als Anreicherungs- bzw. Adsorptionsmaterial ein molekular geprägtes Polymer (MIP – Molecular Imprinted Polymere), d. h., gegenüber Nitroaromaten bindungsspezifische nanoskalige Polymerpartikel, verwendet. Die die flüchtigen chemischen Stoffe enthaltende Umgebungsluft wird durch das Adsorptionsmaterial, den so genannten MIP-Filter, geleitet, wodurch Moleküle dieser Stoffe, im vorliegenden Fall 2,4-DNT-Moleküle, selek tiv absorbiert werden. Anschließend werden die nitroaromatischen Moleküle unter erhitztem Stickstoffrückfluss desorbiert und einer Sensoreinheit, die beispielsweise als Fluoreszenzdetektor ausgebildet ist, zugeführt. Dabei umfasst der Fluoreszenzdetektor Fluoreszenzpolymerschichten auf Glasträgern, die in Wechselwirkung mit den Nitroaromaten treten, wodurch eine signifikante Auslöschung der Polymer-Fluoreszenz auftritt.It is known in the ambient air existing volatile chemical substances (VOC) by means of an enrichment and desorption process to detect or measure. As a result, for example, the most commonly used exclusives, such as 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) detected. It is used as an enrichment or adsorption material a molecularly imprinted polymer (MIP - Molecular Imprinted polymers), d. h., Compound specific to nitroaromatics nanoscale polymer particles used. The the fleeting ambient air containing chemical substances is absorbed by the adsorption material, the so-called MIP filter, which conducts molecules of these substances, in the present case 2,4-DNT molecules, selective be absorbed. Subsequently, the nitroaromatic Desorbed molecules under heated nitrogen reflux and a sensor unit, for example, as a fluorescence detector is formed, fed. In this case, the fluorescence detector comprises Fluorescent polymer layers on glass slides interacting with the nitroaromatics, resulting in significant extinction the polymer fluorescence occurs.
Aus
der
Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht jedoch die Messung nur eines einzigen flüchtigen chemischen Stoffes. Sollen mehrere Stoffe erfasst werden, so kann dies nur nacheinander erfolgen, indem nach der Messung des einen Stoffs das für diesen geeignete Adsorptionsmaterial durch ein für einen anderen Stoff geeignetes Adsorptionsmaterial ersetzt wird. Hierdurch wird die Messung umständlich und zeitaufwendig, und es ist nicht möglich, die gleichzeitig auftretenden Konzentrationen der zu erfassenden Stoffe zu ermitteln.These However, known device allows the measurement only a single volatile chemical substance. Should several Substances can be detected, this can only be done sequentially, by the measurement of a substance that for this suitable adsorption material by an adsorbent material suitable for another substance is replaced. This makes the measurement cumbersome and time consuming, and it is not possible at the same time to determine the concentrations of the substances to be detected.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern von aus der Umgebungsluft entnommenen flüchtigen chemischen Stoffen (VOC) unter Anwendung eines selektiven Anreicherungs- und Desorptionsverfahrens in einer ein Adsorptionsmaterial enthaltenden Kammer anzugeben, mit der in einfacher Weise schnell und gleichzeitig die Konzentrationen mehrerer flüchtiger chemischer Stoffe in der Umgebungsluft gemessen werden können.It Therefore, the object of the present invention is a device for temporary storage of the ambient air extracted volatile chemicals (VOCs) under application a selective enrichment and desorption process in one indicate a chamber containing adsorption material, with the in easy way quickly and simultaneously the concentrations of several Volatile chemical substances measured in the ambient air can be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.These The object is achieved by a device solved with the features of claim 1. advantageous Further developments of the device according to the invention emerge from the dependent claims.
Dadurch, dass in einem Luftdurchgang mehrere von der Umgebungsluft durchströmbare Kammern, die jeweils ein spezifisches Adsorptionsmaterial für die Adsorption eines bestimmten flüchtigen chemischen Stoffes enthalten, quer zur Strömungsrichtung nebeneinander und/oder in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, können gleichzeitig mehrere in der Umgebungsluft enthaltene flüchtige chemische Stoffe jeweils in einem für sie geeigneten Adsorptionsmaterial gespeichert werden. Nachdem eine ausreichende Menge der relevanten Stoffe in den einzelnen Kammern adsorbiert wurde, kann der Desorptionsvorgang eingeleitet werden, in welchem die adsorbierten bzw. gespeicherten Stoffe wieder an ein geeignetes Trägergas, vorzugsweise ebenfalls die Umgebungsluft, abgegeben werden. Die au diese Weise mit den Stoffen angereicherte Luft wird dann Sensoren zugeführt, die aufgrund der durchgeführten Anreicherung die einzelnen Stoffkonzentrationen deutlich genauer messen können.Thereby, that in an air passage several of the ambient air can be flown through Chambers, each containing a specific adsorption material for the adsorption of a particular volatile chemical substance contained, transverse to the flow direction side by side and / or can be arranged one behind the other in the flow direction at the same time more volatile in the ambient air Chemical substances in each case in a suitable adsorbent material get saved. Having a sufficient amount of relevant substances In the individual chambers was adsorbed, the desorption process be initiated, in which the adsorbed or stored Substances again to a suitable carrier gas, preferably also the ambient air to be discharged. The au with this way Substances enriched air is then fed to sensors, due to the enrichment carried out the individual To be able to measure substance concentrations clearly more accurately.
Vorzugsweise ist jeder Kammer eine Vorrichtung zur Erzielung einer selektiven Desorption des in der Kammer gespeicherten flüchtigen chemischen Stoffes zuge ordnet. Dadurch ist es möglich, beliebige Kombinationen von der in der Umgebungsluft vorhandenen Stoffen gleichzeitig zu erfassen. Die jeweiligen Vorrichtungen zur Erzielen einer Desorption sind vorteilhaft für jede Kammer selektiv ansteuerbar. Erfolgt die Desorption beispielsweise durch Erhöhung der Temperatur des einen stoffspeichernden Adsorptionsmaterials, so können diese Vorrichtungen als Heizvorrichtungen ausgebildet sein, die eine individuelle Erwärmung der einzelnen Kammern ermöglichen. Dabei ist auch eine Steuerung der Intensität der Erwärmung möglich, da die Abhängigkeit des Grads der Desorption von der Temperatur für die unterschiedlichen Adsorptionsmittel verschieden ist.Preferably Each chamber is a device for achieving a selective Desorption of the volatile chemical stored in the chamber assigned. This makes it possible to use any combination of the substances present in the ambient air simultaneously to capture. The respective devices for achieving desorption are advantageous selectively controllable for each chamber. He follows the desorption for example by increasing the temperature of a substance-storing adsorption, so can these devices are designed as heaters, the allow individual heating of the individual chambers. It is also a control of the intensity of the heating possible because of the dependence of the degree of desorption from the temperature for the different adsorbents is different.
Eine weitere Steuerungsmöglichkeit bzw. Beschränkung der Erfassung auf bestimmte der in der Umgebungsluft vorhandenen Stoffe besteht darin, dass, obwohl Adsorptionsmaterialien für eine größere Anzahl von Stoffen vorgesehen sind, insbesondere bei nebeneinander angeordneten Kammern diese auf der Eingangs- und/oder Ausgangsseite der durchströmenden Luft steuerbare Blenden für eine teilweise oder vollständige Sperrung der Luftströmung durch die jeweilige Kammer aufweisen. Hierdurch kann verhindert werden, dass in bestimmten Kammern das Adsorptionsmaterial mit dem zugeordneten Stoff überhaupt angereichert wird oder im Falle einer Anreicherung der desorbierte Stoff aus der Kammer herausgeführt wird.Another way to control or restrict the detection of certain of the substances present in the ambient air is that, although adsorption materials are provided for a larger number of substances, especially in juxtaposed chambers these controllable on the input and / or output side of the air flowing through Apertures for a partial or complete block the flow of air through the respective chamber. This can be prevented in certain Chambers the adsorbent material is enriched with the associated substance at all or in the case of an enrichment of the desorbed substance is led out of the chamber.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist es empfehlenswert, den Kammern Filter zur Entfernung unerwünschter Stoffe aus der Umgebungsluft vorzuschalten. Unerwünschte Stoffe sind z. B. Staub oder Wasser, die, wenn sie in nicht vernachlässigbarer Menge in den Kammern aufgenommen wurden, die Messergebnisse deut lich verfälschen können. Die Filter bestehen daher vorzugsweise aus Molekularsieben, die größere Partikel nicht durchlassen, wobei es sinnvoll, mehrere Siebe mit zunehmend geringerer Durchgangsgröße im Luftstrom hintereinander anzuordnen. Andere Filter können durch elektrostatische Felder, Adsorbermaterialien oder auch durch Temperaturvariationen realisiert werden. Auch optische Filter zur Eliminierung von schädlicher Strahlung sind möglich.to Increasing the accuracy of measurement, it is recommended that Chambers filters to remove unwanted substances upstream of the ambient air. Undesirable substances are z. As dust or water, which, if not in negligible amount were recorded in the chambers, significantly falsify the measurement results can. The filters are therefore preferably made of molecular sieves, do not let the larger particles through, taking it useful, several sieves with increasingly smaller passage size to be arranged one behind the other in the air flow. Other filters can by electrostatic fields, adsorber materials or by temperature variations will be realized. Also optical filters for eliminating harmful Radiation is possible.
Das mit den desorbierten Stoffen beladene Trägergas wird aus Kammern zu diesen nachgeschalteten Sensoren für die jeweiligen flüchtigen chemischen Stoffe geführt. Als Sensoren können beliebige bekannte, für die jeweilige Anwendung geeignete Detektoren eingesetzt werden. Nur beispielhaft werden hier Fluoreszenzdetektoren oder Chemosensoren genannt.The Carrier gas loaded with the desorbed substances will be exhausted Chambers to these downstream sensors for each volatile chemical substances. As sensors can be any known, for the particular application suitable detectors are used. Only be exemplary here called fluorescence detectors or chemosensors.
Für die Erkennung von Gefahrstoffen, insbesondere ABC-Gefahrstoffen, haben sich Polymere als geeignete Adsorptionsmaterialien erwiesen. Besonders vorteilhaft sind hierbei hochselektive molekulargeprägte Polymere (MIP), die jeweils zur Adsorption eines bestimmten Stoffes ausgebildet sein können.For the detection of hazardous substances, in particular ABC hazardous substances, Polymers have proven to be suitable adsorbent materials. Particularly advantageous are highly selective molecular imprinted Polymers (MIP), each for the adsorption of a particular substance can be trained.
Zwischen den Kammern und Sensoren können Leitvorrichtungen vorgesehen sein, die das aus einer bestimmten Kammer austretende, mit dem zugeordneten desorbierten Stoff beladene Trägergas zu einem bestimmten Sensor führen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass jeder zu erfassende Stoff zu einem für ihn optimalen Sensor gelangt.Between The chambers and sensors can be provided with guide devices be that exiting from a particular chamber, with the associated desorbed substance laden carrier gas to a specific Lead sensor. This can ensure that Each substance to be detected to an optimal sensor for him arrives.
Die Erfassung von Gefahrenstoffe ist nur beispielhaft genannt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann z. B. auch als so genannte ”Duftkanone” eingesetzt werden.The Detection of hazardous substances is only mentioned as an example. The inventive Device may, for. B. also used as a so-called "scent gun" become.
Hierbei wird in einem begrenzten Raum die Luft mit bestimmten Duftstoffen versetzt und diese dann der Vorrichtung zugeführt, wobei die einzelnen Duftstoffe durch die Verwendung entsprechender Adsorptionsmaterialien selektiv in den Kammern gespeichert werden. Durch selektive Desorption können dann einzelne Duftstoffe oder beliebige Kombinationen von diesen zu gewünschten Zeiten in einem größeren Raum emittiert werden, um in diesen einen angenehmen Duft zu erzeugen.in this connection In a limited space, the air is mixed with certain fragrances offset and then fed to the device, wherein the individual fragrances through the use of appropriate adsorption materials be stored selectively in the chambers. By selective desorption can then be individual fragrances or any combination of these at desired times in a larger one Space are emitted to produce a pleasant scent in these.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The Invention will be described below with reference to one shown in the figure Embodiment explained in more detail. This shows a schematic sectional view of an inventive Contraption.
In
einem Luftdurchgang
In
dem trichterförmigen Bereich
In
dem trichterförmigen Bereich
Nachdem
das Adsorptionsmaterial in den Kammern
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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