DE10310311A1

DE10310311A1 - Probenehmer und Anordnung zur Probenahme für Analysen zur Bestimmung von Kontaminationen

Info

Publication number: DE10310311A1
Application number: DE2003110311
Authority: DE
Inventors: Robert Bischoff; Peter Ködderitzsch
Original assignee: SENSOBI SENSOREN GmbH
Current assignee: SENSOBI SENSOREN GmbH
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-23

Abstract

Es wird ein Probenehmer (1) und eine Anordnung zur Detektion von Kontaminationen (19) oder Stoffen, die in porösen Materialien, an Oberflächen oder auch in Gasen, Aerosolen sowie Flüssigkeiten vorhanden sind, beschrieben, der eine unmittelbare Lokalisation der Emissionsquellen ermöglicht und unter realen Umweltbedingugnen einsetzbar günstig herstellbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist der Probenehmer (1) eine Öffnung (3) zur Entnahme von Proben (15) im Zentrum eines Ringspalts (6) auf und die Öffnung (3) ist mit einem begrenzendem, abschirmenden Schleier (9) allseitig umgeben.

Description

Die Erfindung bezeichnet einen Probenehmer und eine Anordnung mit diesem zur Probenahme für Analysen von kontaminierten Gasen, Flüssigkeiten und/oder festen Stoffen.
Kontaminationen der Umwelt mit toxischen oder anderen schädlichen Stoffen sowie dem Vorkommen bestimmter Stoffe können, je nach ihrer Art über ein bestimmtes Gebiet mehr oder weniger gleichmäßig verteilt, auf bestimmte Areale begrenzt oder auch in Form von verstreuten Partikeln unterschiedlicher Größe vorliegen.
Nach entsprechenden Probenahmen aus zu erkundenden oder verdächtigen Gebieten, beispielsweise an der Erdoberfläche oder aus oberflächennahen Bereichen, von Gewässerböden, Meeresböden oder auch Gegenständen lassen sich diese Stoffe durch aufwändige Laboranalysen feststellen. Das Analyseergebnis liegt jedoch erst nach einem notwendigen Zeitraum im Anschluss zur Probenahme vor und ist in der Regel keinem bestimmten, eng begrenztem Areal der jeweiligen Oberfläche zuordenbar, wodurch eine eng umgrenzte Lokalisation von schädlichen Stoffen nicht möglich ist.
In der Druckschrift DE 198 16 187 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Emissionen gas-und/oder partikelförmiger Stoffe aus Oberflächen offenbart, bei dem eine Meßzelle auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes abdichtend anzuordnen ist, die von einem Trägergas durchströmt wird. Das aus der Meßzelle abgeleitete, belastete Trägergas wird dann analysiert. Voraussetzung für die Durchführung dieses Verfahrens ist allerdings eine relativ glatte Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstands und eine Abdichtung der Meßzelle mit der Oberfläche. Der zu untersuchende Oberflächenbereich kann auch stets nur so groß sein, wie die lichten Abmessungen der Meßzelle, auf unregelmäßigen, unebenen Oberflächen ist der Einsatz nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich, wobei das Verschieben der Meßzelle während des Meßvorgangs völlig ausgeschlossen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Probenehmer und eine Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen, die in porösen Materialien, an Oberflächen oder auch in Gasen, Aerosolen sowie Flüssigkeiten vorhanden sind, zu entwickeln, der eine unmittelbare Lokalisation der Emissionsquellen ermöglicht und unter realen Umweltbedingungen einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Grundgedanke zur Ausbildung des Probenehmers besteht darin, eine Öffnung zur Entnahme eines mit den zu analysierenden Stoffen belasteten Mediums mittels eines diese umgebenden Schleiers, der vorzugsweise mit Hilfe einer Ringdüse aufgebaut wird, vor Stoffeinträgen durch Strömungen, die nicht der spezifischen Fläche der Probenahme entstammen, abzuschirmen. Das Medium zur Ausbildung des Schleiers besteht vorzugsweise aus dem Umgebungsmedium der Probenahmestelle und wird aus genügender Entfernung von dieser der jeweiligen Sphäre entnommen. Neben der Ringdüse sind auch andere Anordnungen zur Ausbildung des eine Fläche begrenzenden, abschirmenden Schleiers, wie beispielsweise die Anordnung einer Vielzahl von Ausströmöffnungen einsetzbar. Der Probenehmer befindet sich während seines Einsatzes in relativ geringer Entfernung zu der auf Emissionen zu untersuchenden Oberfläche.
Der Probenehmer weist eine Probennahmeöffnung im Zentrum einer Ringdüse, beispielsweise in Form eines Ringspalts, mit dessen geometrischen Abmessungen die Größe der Fläche der Probennahme definiert ist, auf.
Eine Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen besteht zumindest aus dem Probenehmer mit einem Anschluss für den Zustrom eines Druckmediums zum Ringspalt sowie einem zweiten Anschluss mit Verbindung zur Probennahmeöffnung, einer Druckerzeugungseinheit zur Ausbildung des Schleiers aus dem Umgebungsmedium zur Abschirmung der Probennahmeöffnung mittels des Ringspalts, einer Analyseeinheit mit elektrisch leitfähigen Sensoren und Mitteln zur Probenbehandlung, wie einer Pumpe, Filter und ähnlichem, die von der konkreten Art des mit den zu analysierenden Stoffen belasteten Mediums abhängen, sowie zugehörigen Verbindungen zum Transport des jeweiligen Mediums.
Als Medium sind Gase wie Luft, Inertgase und Aerosole oder Flüssigkeiten einsetzbar, die auch aus einem entsprechendem Reservoir zugeführt werden können.
Zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands des Probenehmers von der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstands oder Areals kann dieser Vorrichtungen wie Kufen, für ein Zusammenwirken mit einer sekundären Antriebsquelle, oder Räder, Raupenfahrgestelle oder Schreitmechanismen für eine autarke Mobilität aufweisen oder an diesem montiert sein.
In einer Ausführungsform kann der Ringspalt des Probenehmers so ausgebildet sein, dass ein Luft- bzw. Fluidkissen erzeugt wird und der Probenehmer über der zu untersuchenden Oberfläche schwebt. Neben runden Formen des Ringspalts sind auch beliebige andere, wie eckige Ausbildungen einsetzbar.
Des Weiteren kann der Probenehmer als Basis für die Anordnung zur Detektion von Kontaminationen in Form einer konstruktiven Einheit dienen, indem die Mittel zur Ausbildung des Ringspalts in Größe und Form so gewählt werden, dass sämtliche Einheiten und Aggregate an diesen angeordnet wer den können, wobei die in Echtzeit ermittelten Analyseergebnisse in einer Auswerteeinheit weiter verarbeitet werden, um bspw. Steuersignale für den Bewegungsablauf des Sensors oder für das Setzen Markierungen zu erhalten, alternativ können die Analyseergebnisse an eine Auswerteeinheit übertragen werden. Diese Anordnung ist autark, mobil, fernsteuerbar und wird günstigerweise noch mit Mitteln zur Markierung und/oder Abgrenzung von Fundstellen, beispielsweise mittels Farben, ausgerüstet.
Die ermittelten Analysedaten können jedoch auch aufgezeichnet werden, wobei die Speicherung der einzelnen Werte mit Koordinaten referenziert erfolgt.
Weiterhin ist vorgesehen, den Probenehmer mit einem Metalldetektor zu kombinieren, wobei auch eine zusätzliche Kombination mit einem Kernstrahlungsdetektor denkbar ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in der universellen Anwendbarkeit des Probenehmers. Mit der Anordnung zur Analyse von Kontaminationen und Stoffen in Gasen, Flüssigkeiten und festen Stoffen sind zumindest qualitative Analyseergebnisse in Echtzeit realisierbar, wodurch die Lokalisierung von toxischen oder anderen Stoffen zu Lande und ebenso unter Wasser gegeben ist.
Mit dem beschriebenen Probenehmer lassen sich sowohl gasförmige Emissionen, in Lösungen befindliche Stoffe als auch Partikel und Aerosole kontinuierlich erfassen.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
1 als Schnitt durch den Probenehmer und Darstellung der prinzipiellen Anordnung zur Probenahme näher erläutert.
Wie in 1 dargestellt, besteht ein Probenehmer 1 aus zwei koaxial zueinander angeordneten Rohren unterschiedlichen Durchmessers als wesentliche Mittel. Ein inneres Rohr 2 ist zumindest auf der Seite zur Probennahme konzentrisch zu einem äußeren Rohr 3 geführt, wobei die Probenahme über den freien Querschnitt des inneren Rohrs 2 mit seiner Öffnung 4 erfolgt. Am inneren Rohr 2 ist ein Strömungsleitkörper 5 als weiteres Mittel so angeordnet, dass dieser mit der inneren Wandung des äußeren Rohrs 3 einen Ringspalt 6 ausbildet. Das äußere Rohr 3 ist, am der Öffnung 4 entgegengesetzten Ende, mit dem Außenmantel des inneren Rohrs 2 verbunden und weist einen Anschlußstutzen 7 zur Zuführung eines Mediums 8, das zum Aufbau eines Schleiers 9 (9.1; 9.2) mittels des Ringspalts 6 zur Abschirmung der Öffnung 4 zur Probennahme gegen Strömungseinflüsse aus der Umgebung eines Probennahmebereichs 10 dient, auf. Das Medium 8 für den Schleier 9 (9.1; 9.2), beispielsweise Luft, wird in genügender Entfernung von dem Probennahmebereich 10 angesaugt. Die Luft wird mittels einer Druckerzeugungseinheit 11 verdichtet, über eine Verbindungsleitung 12 zum Anschlußstutzen 7 und das äußere Rohr 3 dem Ringspalt 6 als Ringdüse zugeführt, durch den es ausströmt und den erforderlichen Schleier 9 ausbildet. Der Druck und damit die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Ringspalt 7 austretenden Mediums 8 Luft, wird im Beispiel so groß gewählt, dass eine sichere Probennahme bei Windgeschwindigkeiten bis mindestens 3 Beaufort gewährleistet ist. Die Verbindungsleitung 7 von der Druckerzeugungseinheit 11 zum Anschlußstutzen kann zusätzlich einen Abgang für eine Verbindung 13 zu einer Analyseeinheit 14 aufweisen, um die Zusammensetzung des aus der Umgebung angesaugten Mediums 8 als Grundwert zu bestimmen und diesen als Vergleichswert gegenüber den Analysedaten einer über die Öffnung 4 entnommenen Probe 15 nutzen zu können. Alternativ kann ein entsprechender Abgang 16 auch am äußeren Rohr 3 des Probenehmers 1, wie in 1 dargestellt, angeordnet sein. Das innere Rohr 2 ist mittels einer weiteren Leitung 17 mit der Analyseeinheit 14 verbunden, die elektrisch leitfähige Sensoren sowie Mittel zur Behandlung der Probe 15 aufweist.
Eine über die Öffnung 4 angesaugte Probe 15 wird der Analyseeinheit 14 zugeführt, deren mit dem Durchströmen der Probe 15 initiierten Signale der Sensoren unmittelbar in einer Auswerteeinheit 18 verarbeitet werden. Bei einer Kontamination 19 bzw. bei Vorkommen zu erkundender Stoffe weichen die von der Probe 15 initiierten Signale von denen des umgebenden Mediums 8, hier der Umgebungsluft, ab. Die Auswerteinheit 18 gibt ein Signal ab, mit dem die Bewegung des Probenehmers 1 über eine Fläche sofort gestoppt werden kann, wobei sich der detektierte Stoff bzw. die Kontamination 20 im Bereich des Probenehmers 1 befindet und markiert bzw. beseitigt werden kann. Die Auswerteeinheit 18 kann aber auch Kommandos zur Steuerung der Fortbewegung des Probenehmers 1 geben. Ebenso ist es vorgesehen, die Meßwerte und Signale mit Koordinaten referenziert in einem Speichermedium abzulegen.
Im praktischen Einsatz wird der beschriebene Probenehmer 1 zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands der Öffnung 4 von der Oberfläche des Probennahmebereichs 10 auf Kufen 20 (20.1; 20.2), die am Probenehmer 1 befestigt sind und in Teleskopen geführt sein können, über ein zu untersuchendes Areal manuell bewegt und kontinuierlich Proben 15 entnommen.

1: Probenehmer
2: inneres Rohr
3: Öffnung
4: äußeres Rohr
5: Strömungsleitkörper
6: Ringspalt
7: Anschlußstutzen
8: Medium
9: Schleier, 9.1; 9.2
10: Probennahmebereich
11: Druckerzeugungseinheit
12: Verbindungsleitung
13: Verbindung
14: Analyseeinheit
15: Probe
16: Abgang
17: weitere Leitung
18: Auswerteeinheit
19: Kontamination
20: Kufen, 20.1; 20.2

Claims

Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen, die in porösen Materialien, an Oberflächen, in Gasen, Aerosolen sowie Flüssigkeiten vorhanden sind, mittels Analyse eines aus zu untersuchenden Gebieten oder Arealen entnommenen, belasteten Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenehmer (1) eine Öffnung (3) zur Entnahme von Proben (15) im Zentrum eines Ringspalt (6) aufweist und, dass die Öffnung (3) mit einem begrenzenden, abschirmenden Schleier (9) allseitig umgeben ist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (3) im Zentrum einer Vielzahl von Ausströmöffnungen angeordnet ist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleier (9) aus einem, in genügender Entfernung zu einem Probenahmebereich (10) der jeweiligen Sphäre entnommen Medium (8) besteht.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenehmer (1) Vorrichtungen zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands von der Oberfläche eines Probenahmebereichs (10) aufweist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenehmer (1) mit einer Vorrichtung zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands von der Oberfläche eines Probenahmebereichs (10) verbunden ist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ringspalt (6) und der zu untersuchenden Oberfläche ein Luft-/Fluidkissen vorhanden ist, wobei der Probenehmer (1) über dem Probenahmebereich (10) schwebend angeordnet ist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenehmer (1) mit einer Druckerzeugungseinheit (11), einer Analyseeinheit (14), einer Auswerteinheit (18) sowie den zugehörigen Leitungen (12, 13, 16) als eine konstruktive Einheit ausgeführt ist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenehmer (1) mit einem Metalldetektor kombiniert ist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenehmer (1) mit einem Kernstrahlungsdetektor kombiniert ist.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseergebnisse und Signale der Auswerteeinheit (18) als Steuersignale für die Bewegung des Probenehmers (1) in einem zu untersuchenden Areal in Echtzeit vorliegen.
Probenehmer und Anordnung zur Detektion von Kontaminationen oder Stoffen nach den Ansprüchen 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseergebnisse und Signale der Auswerteeinheit (18) mit Koordinaten referenziert gespeichert vorliegen.