DE1498598B2 - Verwendung einer Anordnung zur Bestimmung einer oxydierenden Gaskomponente zur Bestimmung von Kohlenmonoxid in einem Gasgemisch - Google Patents

Description

Die Umwandlung des Kohlenmonoxids der Gasströmung in Joddampf und Kohlendioxid erfolgt in der Umwandlurigskammer 21. Diese Kammer besteht aus einem mittleren Rohr 32, das von einem zylindrischen Heizelement 34 umgeben ist. Das Rohr 32 enthält körniges Jodpentoxid 33 oder eine Mischung kleiner Glaskugeln mit pulverisiertem Jodpentoxid. Etwas Glaswolle 35 befindet sich am Boden des Rohres und verhindert ein Austreten des Jodpentoxids. Das Heizelement 34 kann aus einer Chrom-Nickel-Drahtspirale bestehen, die in keramisches Material oder hitzebeständiges Material eingebettet ist. Anschlußklemmen 36 sind zur Zuführung des Heizstromes vorgesehen. Die Heizvorrichtung sollte so ausgebildet sein, daß eine Temperatur von ungefähr 150⁰C aufrechterhalten wird; diese Temperatur ist für eine Reaktion des Kohlenoxides der Gasströmung mit Jodpentoxid, welche Kohlendioxid und Joddampf liefert, zweckmäßig. Es kann in gewissen Fällen zweckmäßig sein, das Pentoxid der Umwandlungskammer dadurch vorzubehandeln, daß bei einer Temperatur von etwa 225° C Luft, die von Kohlenoxid frei ist, durch die Kammer geleitet wird. Durch diese Behandlung wird unerwünschtes Wasser beseitigt, und es wird das Jodpentoxid in eine Verfassung gebracht, weiche für eine quantitative Reaktion mit Kohlenmonoxid bei etwa 15O⁰C geeignet ist.

Das untere Ende des Rohres 32 bildet eine Konusfläche 37, die dem Außenkonus 37' der Leitung 22 angepaßt ist. Auf diese Weise wird die Umwandlungskammer 21 durch das Rohr 22 getragen. Die Konusflächen 27 und 37' sind zweckmäßigerweise geschliffen,. so daß sich ein dichter Verschluß ergibt.

Die Kathoden kammer 11 der Zelle 10 besteht aus einer Kathode 38, die durch ein im Querschnitt spiralförmig gewickeltes Platinnetz gebildet wird. Ein Platindraht 39 ist am oberen Ende der aus dem Platinnetz bestehenden Elektrode vorgesehen, und das andere Ende dieses Platindrahtes ist mit einem Platindraht 40 verschmolzen, der die Durchführung aus der Zelle bildet. Die Zelle ist mit dem Elektrolyten 41 angefüllt, so daß die Kathode vollständig in dem Elektrolyten untergetaucht ist, wenn der Elektrolyt zirkuliert. Es ergibt sich keine direkte Verbindung der Gaströmung und der Kathode.

Die Anodenkammer 14 ist flaschenförmig und enthält einen Platindraht 42, der den Stopfen 15 durchsetzt. Die Anode soll durch die Zirkulation des Elektrolyten nicht beeinflußt werden, was durch die gewählte Konstruktion sichergestellt ist. Ein Stück Graphittuch 44 ist in der Anodenkammer 14 vorgesehen und ein Draht 42 ist in das Tuch eingewebt, so daß sich dadurch eine elektrische Verbindung ergibt. Ein Schlamm aus Aktivkohle 46, der in den Elektrolyt 41 der Zelle eingearbeitet ist, füllt einen größeren Teil der Anodenkammer 14 aus, so daß das Tuch 44 praktisch eingegraben ist. Es ist wesentlich, daß die Kohle 46 Aktivkohle ist, denn sie nimmt an der chemischen Reaktion der Zelle teil und dient nicht nur dem Zwecke der Stromleitung. Zweckmäßigerweise ist ein kleines Stück Platinnetz 45 am Draht 42 an der Stelle befestigt, wo der Draht aus dem Kohleschlamm austritt, damit das Austreten von Wasserstoff erleichtert wird, falls sich eine kathodische Ladung der Kohle im Verlauf der Zeit bildet. Wenn nicht etwas Platinoberfläche heraussteht, können sich in dem Kohlebett Wasserstoffblasen entwickeln und infolge einer solchen Beladung das Bett aufreißen. Ein Teil der Anodenkammer 14, der durch Kohle nicht ausgefüllt ist, ist zum Teil mit dem Elektrolyten 41 angefüllt. Zuführungsdrähte 47 und 48 verbinden die Platindrähte 40 und 42 mit einem Galvanometer 49, welches dem Zwecke dient, den von der Zelle erzeugten Strom zu messen.

Das Kohlenbett 46 hat eine große reaktionsfähige Oberfläche; wenn ein Bett ohne Kompression gebildet wird, sollendie Partikeln hinreichenden Kontakt miteinander haben und eine kontinuierliche Stromleitung durch das Kohlebett sicherstellen.

ο Die Zusammensetzung eines bevorzugten Elektrolyten für die Zelle 10 ist wie folgt: ' ■ "

•5. ■	Mol/l Lösung
Kalium-Bromid ; ν. :	3
Kaliumbiwasserstoff-Phosphat .... Binatriumwasserstoff-Phosphat ... -.	0,1 0,1

Kaliumsalze können auch durch die entsprechenden Natrium- oder Ammoniumsalze ersetzt werden. Ammoniumsalze sind leichter löslich im Wasser und verringern dadurch die Möglichkeit der Bildung einer Salzkruste an der Seite, wo das Gas in das von den Gasblasen durchsetzte Rohr 18 eintritt.

Der Zweck des Phosphats in dem Elektrolyten besteht darin, eine Pufferwirkung gegen den Säuregehalt zu bilden, der sich infolge der anodischen Reaktion in

, der Zelle einstellt. Eine langsame Säurebildung würde zur Folge haben, daß sich Jod infolge von Oxydation der Jodverbindung bedingt durch Luftsauerstoff ergibt, und so könnte sich auch ein Signalstrom bei Abwesenheit von Kohlenoxid ergeben.

Im Betrieb der Meßvorrichtung bildet die die Umwandlungskammer 21 durchströmende und zur Kammer 10 hin strömende Gasströmung eine Pumpwirkung, welche eine Zirkulation der Lösung des Elektrolyten zwischen dem von den Blasen durchsetzten Rohr 18, wo Joddampf abgespaltet wird, zur Kathodenzelle 11 hin, in der Jod reduziert wird, zur Folge hat. Das Gas durchsetzt die Leitung 22 in Form eines Gasstrahls, der zu einer Kette von Blasen in dem Rohr 18 führt; die Blasen sind, wie in der Figur gezeigt, durch kurze Flüssigkeitsmengen getrennt. Während der Aufwärtsbewegung der Blasenkette erneuern sich beständig die Trennflächen zwischen Blasen und Lösung, so daß sich eine intensive Jodauflösung ergibt. Das Rohr hat eine hinreichende Länge, so daß, wenn die Blasen das obere Ende des Rohres erreichen, alles Jod in dem Elektrolyten gelöst ist. Kohlendioxid, welches sich in der Umwandlungszelle 21 bildet und sich in dem als Pufferlösung wirkenden Elektrolyten löst, beeinträchtigt die Arbeitsweise der Zelle nicht. Die Gasströmung und die Flüssigkeitsströmung trennen sich in der Kammer 24. Die Gasströmung geht durch die Austrittsleitung 26 und die Ansaugvorrichtung 30, während die Flüssigkeit längs der Platinkathode 38 herabfließt und, für die Zwecke der Reduktion, alles gelöste Jod abgibt. Danach kehrt der Elektrolyt zu dem die Blasen enthaltenden Rohr 18 zurück unter dem Einfluß der in das Rohr 22 eingeführten Gasströmung.

Die chemische Reaktion, welche sich in der Umwandlungskammer 21 abwickelt, ist die folgende:

5CO + I₂O₅ > 5CO₂ + I₂

Die elektrochemische Reaktion in der galvanischen Zelle ist die folgende:

an der Kathode I₂ + 2 e~ = 2 I~

an der Anode .. C + H₂O = ..CO + 2H⁺ +

In der vorstehenden Gleichung bedeutet . .CO nicht Kohlenmonoxid, sondern eine Oberfläche eines Oxydes von Kohlenstoff, deren genaue Formel nicht klar ist. Negative Ionen, in erster Linie Bromid, wandern in der Zelle von der Kathode zu der Anode und positive Ionen, in erster Linie Kaliumionen, wandern in der entgegengesetzten Richtung. Es wurde bereits erwähnt, daß die Anwesenheit von zwei Phosphaten in dem Elektrolyten eine neutrale Pufferlösung zur Folge hat, welche eine pH-Änderung verhindert, die sonst sich infolge der Bildung von Wasserstoffionen an dem Kohlenstoffbett bzw.inderNähedesselbenergeben könnten. Gemäß der obigen Gleichung bewegt jedes Mol CO2/5 eines Faraday's, d. h. ²/s" 96 500 Α-Sekunden (was 6,44 · 10⁸ μΑ-Minuten Elektrizitätsmenge entspricht) durch das Galvanometer 49. Eine Gasströmung von 100 ml/Minute, bei 20⁰C und einer Atmosphäre, die 1 Volumeinheit/l Million CO befördert, liefert 0,1 · IO724 Mol CO/Minute. Der galvanische Strom ist das Produkt dieser beiden Zahlenwerte und beträgt 2,68 μA. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit / ml/ Minute und die Konzentration c Volumeinheiten/ 1 Million an CO beträgt, so ist der Strom 0,0268 /c μ A. Indem man lediglich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch die Zelle und den die Zelle durchfließenden elektrischen Strom mißt, ergibt sich eine direkte Messung des Gehaltes an Kohlenoxid in dem zu untersuchenden Gas.

Die Meßanordnung besteht vollständig aus Borosilikatglas .Es ist wichtig, daß die Verbindung der Umwandlungskammer 21 mit dem von den Gasblasen durchsetztem Rohr 18 der Zelle für die Gasströmung eine möglichst kleine Fläche bildet und daß die Innenfläche des Rohrabschnittes 22 glatt ist und weder eine Absorption noch eine Adsorption bewirkt.

Wenn der Leitungsabschnitt 22 nicht kurz und eng und glatt ist, so kann Jod in dem Leitungsabschnitt zurückgehalten werden und eine Verzögerung und sehr kleine Meßströme zur Folge haben, so daß ein geringerer Kohlenoxidgehalt angezeigt würde, als tatsächlich in dem zu untersuchenden Gas vorhanden ist; darüber hinaus würde sich auch eine unerwünschte Trägheit der Meßvorrichtung ergeben. Der Leitungsabschnitt 22 bildet einen sehr glatten, kapillaren Strömungsabschnitt 23, der nur eine sehr geringe Oberfläche hat und daher nur sehr wenig stark reaktionsfähiges und leicht adsorptionsfähiges Jod zurückhält. Es ist darauf zu achten, daß, wenn das Gerät zusammengestellt wird, der Elektrolyt nicht in das Jodpentoxid-Bett der Umwandlungskammer 21 eintritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

ser analytischen Meßgeräte zur Bestimmung von

Patentanspruch: Kohlenmonoxid beruhen darauf, daß entweder das

sich bildende Kohlendioxid oder das sich bildende Jod

Verwendung einer Anordnung zur Bestimmung bestimmt werden. Hohe Empfindlichkeiten können ereiner oxydierenden Gaskomponente, die die Eigen- 5 reicht werden, wenn das sich bildende Kohlendioxid die schaft hat, in einem wäßrigen Halogenid-Elektro- elektrische Leitfähigkeit einer verdünnten Lösung von lyten durch Oxydation Halogen freizusetzen, z. B. Alkali-Hydroxid oder Erdalkäli-Hydroxid in Wasser O₃ in einem zu untersuchenden Gasgemisch, be- herabgesetzt. Die bekannteren Verfahren beruhen jeruhend auf der Messung des infolge kathodischer doch darauf,, daß die Absorption von ultraviolettem Reduktion des durch die Oxydation gebildeten io oder von sichtbarem Licht durch Jod bestimmt wird. Halogens fließenden Stromes in einer galvanischen Man hat auch optische Meßmethoden verwendet, bei Zelle, die den Halogenid-Elektrolyten, eine Anode denen die Absorption von ultrarotem Licht durch und eine aus einem inerten Material bestehende Kohlenmonoxid gemessen wird. Diese Meßverfahren Kathode enthält und Zu- und Ableitung für das zu versagen jedoch, wenn es sich um volumenmäßige untersuchende Gasgemisch aufweist, bei der in der 15 Konzentrationen von weniger als 50 ppm handelt; galvanischen Zelle ein geschlossener Zirkulations- in solchen Fällen werden nämlich die zur optischen weg für den Halogenid-Elektrolyten gebildet ist und Messung erforderlichen optischen Lichtwege sehr lang, in den einen Zweig dieses Zirkulationsweges die oder man muß die zu untersuchenden Gasmengen Zuleitung für das zu untersuchende Gasgemisch unter Druck setzen. Es ist ferner bekannt, Jod amperomündet und der vom Gasgemisch durchströmte 20 metrisch oder voltametrisch zu bestimmen; diese Teil dieses einen Zweiges eine zur vollständigen Verfahren setzen jedoch eine verhältnismäßig kompli-Absorption der nachzuweisenden Gaskomponente zierte Meßanordnung voraus mit dem Ergebnis, daß im Elektrolyten ausreichende Länge aufweist und eine ständige kontinuierliche Messung von Kohlenin dem anderen Zweig des Zirkulationsweges die monoxid, die in vielen Fällen aus gesundheitlichen Kathode und in einem an dem Zweig befindlichen 25 Gründen wünschenswert erscheint, problematisch ist. Ansatz die aus Aktivkohle bestehende Anode ange- Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe,

ordnet sind, nach Patent 1 498 589, zur Bestim- eine verhältnismäßig einfache Möglichkeit der Mesmung von Kohlenmonoxid in einem Gasgemisch, sung geringer Kohlenmonoxidkonzentrationen in einem gekennzeichnet durch eine in der Gasgemisch unter Verwendung einer Anordnung ge-Gaszuleitung (20, 22) zum geschlossenen Zirkula- 30 maß dem eingangs erwähnten Hauptpatent zu schaffen, tionsweg (10, 11, 16, 18) angebrachte Umwand- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

lungskammer (21), die Jodpentoxid enthält, aus eine in der Gaszuleitung zum gesehlossenen Zirkuladem unter der Einwirkung von Kohlenmonoxid in tionsweg angebrachte Umwandlungskammer, die Jodbekannter Weise Joddampf freisetzbar ist. pentoxid enthält, aus dem unter der Einwirkung von

35 Kohlenmonoxid in bekannter Weise Joddampf freisetzbar ist.

Da bei der Erfindung die Ermittlung des Kohlen-

monoxidgehaltes durch Messung des auf Grund des Faradayschen Gesetzes fließenden Stromes erfolgt, ist

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer 40 eine Eichung der Meßzelle nicht erforderlich. Anordnung zur Bestimmung einer oxydierenden Gas- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach-

komponente, die die Eigenschaft hat, in einem wäßri- stehend im Zusammenhang mit der Figur näher begen Halogenid-Elektrolyten durch Oxydation Halogen schrieben. Die Figur zeigt eine teilweise längsgeschnitfreizusetzen, z. B. O₃ in einem zu untersuchenden Gas- tene Ansicht der bei der Erfindung verwendeten Meßgemisch, beruhend auf der Messung des infolge katho- 45 anordnung, bei der der Joddampf vor dem Erreichen discher Reduktion des durch die Oxydation gebildeten der Kathode der galvanischen Zelle den Elektrolyten Halogens fließenden Stromes in einer galvanischen der Zelle zersetzt.

Zelle, die den Halogenid-Elektrolyten, eine Anode und Eine Glaszelle 10 in der Figur weist eine längliche

eine aus einem inerten Material bestehende Kathode .. sich nach oben erstreckende Kathodenkammer 11 auf. enthält und Zu- und Ableitungen für das zu unter- 50 Die Kathodenkammer reicht mit ihrem unteren Rohrsuchende Gasgemisch aufweist, bei der in der galvani- abschnitt 12 in eine Anodenkammer 14. Ein Gummischen Zelle ein geschlossener Zirkulationsweg für den stopfen 15 dichtet das Rohrende 12 in der Öffnung der Halogenid-Elektrolyten gebildet ist und in den einen Anodenkammer 14 ab. Die Kathodenkammer 11 ist Zweig dieses Zirkulationsweges die Zuleitung für das sowohl an ihrem oberen Ende als auch an ihrem untezu untersuchende Gasgemisch mündet und der vom 55 ren Ende durch Seitenöffnungen mit einem durchGasgemisch durchströmte Teil dieses einen Zweiges strömten Rohr 16 verbunden, wobei in den vertikal sich eine zur vollständigen Absorption der nachzuweisenden erstreckenden Rohrabschnitt 12 Gasblasen mitgeführt Gaskomponente im Elektrolyten ausreichende Länge werden. Das zu untersuchende Gas wird bei 20 über aufweist und in dem anderen Zweig des Zirkulations- eine Umwandlungskammer 21 zugeführt. Eine Verweges die Kathode und in einem an dem Zweig be- 60 bindung 22 verbindet das untere Ende der Umwandfindlichen Ansatz die aus Aktivkohle bestehende Anode lungskammer 21 mit einem Steigrohr 18. Oberhalb der angeordnet sind, nach Patent 14 98 589, zur Bestim- Einmündung des Steigrohres 18 in das obere Ende der mung von Kohlenmonoxid in einem Gasgemisch. Kathodenkammer 11 ist eine Kammer 24 ausgebildet,

Es sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung von in der eine Trennung des Gases von der Flüssigkeit Kohlenmonoxid in einer Luftströmung bekannt, die 65 stattfindet. Am oberen Ende dieser Trennkammer auf der bekannten Tatsache beruhen, daß Kohlen- ist eine Leitung 26 vorgesehen, die über eine Meßvormonoxid leicht durch Jodpentoxid oxydiert wird und richtung 28 zur Messung der Gasdurchflußrate zu dabei Kohlendioxid und Joddampf liefert. Einige die- einer Ansaugvorrichtung 30 führt.