DE1498687B2 - Vorrichtung zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts von wäßrigen Systemen - Google Patents

Description

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dem eine partielle Füllung aus z.B. Asbest oder treffenden Probe geeignet, die in Vergleich zu den

Quarzwolle enthält. Ergebnissen bekannter Proben gesetzt wird.

Bei dem Verfahren, das in der erfindungsgemäßen , Liegen die analytischen Ergebnisse als Kurve vor, Vorrichtung durchgeführt wird, wird ein Sauerstoff- deren Amplitude eine Funktion der Kohlendioxyd-■ strom vorbestimmter Strömungsmenge aufrechterhal- 5 konzentration ist, so wird der wirkliche Köhlenstofften und in die Heizzone des Verbrennungsrohres bei gehalt des geprüften, wäßrigen Systems in Wechselgeeigneter Temperatur, z. B. über 700° C, Vorzugs- beziehung zur Maximumamplitude oder Spitze der weise über 900° C, jedoch unter 1100⁰C, eingelei- Kurve gebracht. Wenn die Kurve entsprechend getet. In diese Heizzone wird sodann eine kleine Menge eicht ist, können die Kohlenstoffkonzentrationen der der Flüssigkeit, deren Kohlenstoffgehalt analysiert io getesteten Flüssigkeit direkt abgelesen werden,
werden soll, stromoberhalb des streuenden Sperror- Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich nagans zugeführt. Beste Ergebnisse werden erzielt, türlich genauso zur Feststellung des Kohlenstoffgewenn die Achse der Einspritzdüse parallel oder na- haltes in anorganischer als auch in organischer Form, hezu parallel zu der Längsachse des Verbrennungs- In den meisten Fällen ist es jedoch zweckmäßig, den rohrs liegt, damit sie die eingespritzte Flüssigkeit an 15 anorganischen Kohlenstoffgehalt (Carbonat) zueinem Punkt niederschlägt, welcher etwas entfernt nächst zu entfernen. Dies geschieht durch Ansäuevom Sauerstoffeinlaß der Heizzone liegt. Ist die Ein- rung der Probe mit Mineralsäure genügender Stärke, spritzrichtung parallel zur Längsachse des Verbren- um auf diese Weise vorhandene Carbonate als Kohnungsrohrs angeordnet, dann wird die kohlenstoff- lendioxyd in Freiheit zu setzen, und dann wird die haltige Flüssigkeit innerhalb der erhitzten Zone am 20 Probe mit kohlendioxydfreiem, inertem Gas bebla- oder nahe an dem gasdurchlässigen Sperrorgan sen.

niedergeschlagen. Bedingt durch die Gegenwart des Ein besonderes Problem ist das große Volumen gasdurchlässigen Absperrorgan, liegt eine kontinu- des erzeugten Dampfes für den Fall, daß Wasser in ierlich sich bewegende Sauerstoffdecke oder -pfrop- die Heizzohe gebracht wird. Im allgemeinen liefert fen oberstromseits der Einspritzung vor, welche 25 1 Milliliter Wasser bei 950° C 5,61 Dampf. Die einen Rückfluß des gebildeten Gasproduktes aus der große Expansion der Probe bei der Verdampfung be-Heizzone verhindert. Der Dampf und das verdampfte dingt, daß das gebildete Gas durch die Verbrenkohlenstoffhaltige Material, welche sofort nach der nungsröhre mit hoher Geschwindigkeit strömt, ein Einspritzung der bestimmten Flüssigkeitsmenge er- Umstand, der die vollständige und reproduzierbare zeugt werden, werden infolgedessen sofort durch den 30 Oxydation erschwert. Es ist daher wesentlich, kleine restlichen Teil der Heizzone getrieben, welche das Mengen an wäßrigem, zu prüfendem System zu vergasdurchlässige Sperrelement enthält, um sodann in wenden, und man muß in der Heizzone der Verbrendie Kühlzone zu gelangen. Wenn auch unzweifelhaft nungsröhre ein geeignetes Sperrorgan anordnen. Es eine Oxydation des kohlenstoffhaltigen Materials ist wünschenswert, die wäßrige Probeflüssigkeit in nach der Verdampfung der Flüssigkeit stattfindet, so 35 einem Volumen von etwa 0,005 bis etwa 0,5, vorist es dennoch für eine völlige oder reproduzierbare zugsweise 0,01 bis 0,1% des Volumens der erhitz-Verbrennung wesentlich, diese Oxydation zu been- ten Zone zu verwenden. Die erhitzte Zone ist ein Beden und zu diesem Zweck die vergaste Flüssigkeit standteil innerhalb des Verbrennungsrohrs. Beste Erdurch das gasdurchlässige Absperrorgan zu leiten. gebnisse werden erzielt, wenn die erhitzte Zone sich Dadurch wird gewährleistet, daß die gasförmigen 40 innerhalb des Volumens von etwa 20 bis 200 cm³ beProdukte so lange in der Heizzone bleiben, bis eine wegt, ein Volumen von 40 bis 100 cm³ ist vorzuzie-. vollkommene Verbrennung stattgefunden hat. Die hen. Zusammen mit dem Volumen der erhitzten Heizzone dient gleichzeitig als Wärme- und Sauer- Zone kommt auch der Querschnittsfläche des Verstoffreservoir, und dadurch kann die Oxydation ohne brennungsrohrs eine Bedeutung zu, und sie muß eine Schwierigkeiten ablaufen. 45 bestimmte Größe besitzen. Für ein zylindrisches Ver-

Innerhalb der Kühlzone wird das aus der Heizzone brennungsrohr ist der größte mögliche Durchmesser kommende Produkt auf diejenige Temperatur ge- etwa 3 cm. Vorzugsweise wird der größte Durchmeskühlt, die für die Gase in dem Analysenapparat ser unter etwa 2 cm gehalten. Im allgemeinen soll das zweckmäßig und erforderlich ist, wie z. B. auf Zim- Verbrennungsrohr eine Querschnittsfläche besitzen, merteinperatur. Bei der Abkühlung des Gases wird 50 die etwa 7 cm² nicht überschreitet. Die kleinste Quer-Dampf kondensiert und von dem Gasstrom abge- Schnittsfläche ist diejenige, die eine rasche Expansion trennt. Eine Möglichkeit, die Trennung durchzufüh- der Versuchsflüssigkeit ohne Bruch der. Verbrenren, besteht darin, daß man die Flüssigkeit in einer nungsröhre ergibt.
Wasserfalle sammelt. Obgleich die Menge an kohlenstoffhaltigem Mate-

Nach der Strömung der Gase durch die Kühlzone 55 rial in der Versuchsflüssigkeit gering ist, z.B. einige gelängen diese in einen Analysator zur Bestimmung wenige Teile bis zu etwa 500 Teile pro Million bedes Kohlendioxydgehaltes. Hierzu wird zweckmäßig trägt, und nicht viel Sauerstoff für die völlige Oxydaein solches Gerät benutzt, welches ein Signal in tion erforderlich ist, so ist es trotzdem wesentlich, Form einer elektrischen Spannung gibt. Die Höhe einen guten Kontakt zwischen dem kohlenstoffhaltidieser Spannung ist proportional zur Konzentration 60 gen Material und dem Sauerstoff zu schaffen. Dieser des Kohlendioxyds im Gas. Ein zweckmäßiger und gute Kontakt erfolgt durch das gasdurchlässige, zerbevorzugter Analysator ist derjenige des nichtdisper- streuende Sperrorgan.. Wenn auch die Masse des sen Typs, ein Infrarotanalysator, welcher gegenüber Sauerstoffs im Verbrennungsrohr nach der Verdamp-Kohlendioxyd empfindlich ist . fung der Flüssigkeit im wesentlichen durch Dampf

Die Signaläbgabe in Form von Spannungen, her- 65 ersetzt wird, so enthält das zerstreuende Absperror-

vorgerufen durch einen Kohlendioxydanalysator, ist gan genügend absorbierten Sauerstoff und aufgespei-

nach erfolgter Verstärkung und Aufzeichnung zur cherte Hitze, um die völlige Oxydation zu fördern.

Ablesung der Kohlendioxydkonzentration in der be- Das zerstreuende Sperrelement muß natürlich noch

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genügend gasdurchlässig sein, um einen zu starken Elemente. Das Rohr 33 führt schließlich in das Gerät Rückstau nach der Verdampfung zu verhindern. Um zur Anzeige des Kohlendioxydgehaltes.
allen Bedingungen zu genügen, erscheint es zweck- Dieses Gerät ist ein nicht disperser, Kohlenstoffmäßig, ein Absperrelement zu verwenden, welches dioxydempfindlicher Infrarotanalysator 35, welcher mindestens 0,5 cm lang ist, aber eine Länge von etwa 5 wechselnde Spannungen zu einem Verstärker 38 lie-10 cm nicht überschreitet. Vorzugsweise beträgt die fert. Die verstärkten, elektrischen Signale werden Länge 1 bis 4 cm. Das Element besteht aus kompak- einem fortlaufend arbeitenden, graphischen Auftem, faserigem oder granuliertem Material, welches zeichnungsgerät 39 zugeführt, welches eine Kurve 41 gegenüber Sauerstoff und Dampf bei den gegebenen auf einen laufenden Papierstreifen 42 erzeugt. Die Temperaturen inert ist. Solche Materialien sind: io Amplitude und die Fläche unter der Kurve 41 sind Quarzwolle, Quarzstückchen, Sand, Bimsstein und Funktionen der Kohlendioxydkonzentration in der ähnliches kieselsäurehaltiges Material. Geeignet sind Anzeigezelle 36 des Infrarotanalysators 35. Haben auch feinverteilte Übergangsmetalle wie Nickel, die Gase die Anzeigestelle 36 passiert, so gelangen Chrom, Mangan, Platin und auch die Oxyde solcher sie durch einen Entlüfter 37 in die Atmosphäre. We-Metalle, wie z.B. Kupfer, Kobalt, Mangan, Vana- 15 sentliche Einrichtungen der Anzeigeeinrichtung? dium, Cer und Thorium. Diese Metalle und Oxyde sind der Verstärkungsregler 43 und der Spannungskönnen für sich allein oder auf geeigneten Trägern regler 44.

verwendet werden. Ein geeigneter Träger ist faseriger Gemäß Fig. 2 besteht die Verbrennungseinrich-

Asbest, welcher mit einem Oxyd eines Übergangsme- tung 50 aus zwei getrennten Teilen, nämlich einem

tails überzogen sein kann. 20 Sauerstoffeinlaß 54 und einem Verbrennungsrohr 51.

Da die Oxydation sehr rasch erfolgen soll, wird Innerhalb des Sauerstoffeinlasses 54 ist ein Einspritzman vorzugsweise hinter dem zerstreuenden Element rohr 52 vorgesehen, welches im wesentlichen parallel Platingaze in die erhitzte Zone einsetzen, um die zur Längsachse des Verbrennungsrohres 51 liegt, Vollendung der Oxydation zu sichern. Diese Art der und zwar sogar in der Achse selbst. Der Sauerstoffgeschilderten Verbrennung und Oxydation ist völlig 25 einlaß 54 ist über eine Glasschliffverbindung 53 an verschieden von der üblichen Mikroverbrennungs- das Verbrennungsrohr 51 angeschlossen. Innerhalb technik, wonach eine völlige Oxydation der zu analy- dieses Verbrennungsrohres befindet sich ein streuensierenden Probe über eine lange Zeit hin in einem des Sperrelement 55, hinter welchem eine Platinlangsamen Sauerstoffstrom vollzogen wird. gaze-Einlage 56 liegt. Zwischen dem Element 55 und

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen 30 der Einlage 56 ist im Verbrennungsrohr 51 eine UmVorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt Es zeigt fangseinschnürung 60 vorgesehen. Diese stellt den

F i g. 1 das Schema der Vorrichtung und Sitz für das Sperrorgan 55 dar. Jedes Ende der Ver-

Fig. 2 das Verbrennungsrohr für sich in vergrö- brennungseinrichtung 50 ist zum Anschluß an voran-

ßertem Maßstab. gehende oder nachfolgende Geräte oder Elemente

Gemäß Fig. 1 besteht die Vorrichtung aus einer 35 eingerichtet. Vorzugsweise ist das oberstromliegende

Sauerstoffzuführung 2, einer Einspritzung 3, einer Element ein T-förmiges Rohrstück 58, während das

Erhitzungsvorrichtung 4, einer Kühlvorrichtung 5, stromunterseitige Element die Kugel 57 einer Kugel-

eineni Kondensator 6 und einem Kohlendioxydanzei- verbindung ist.

ger7. Die Sauerstoffzuführung 2 enthält eine Sauer- Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Stoffflasche 11, von der Sauerstoff dem Verbren- 40 Vorrichtung kann auch abgewandelt werden. So nungsrohr 22 über einen Druckregler 12, ein Ventil kann z.B. die Sauerstoffzuführung2 durch eine an-13, einen Strömungsmesser 14 und ein Rückschlag- dere ersetzt werden. Wichtig ist allein, daß ein geventil 15 zugeführt wird. Diese einzelnen Organe steuerter Sauerstoffstrom vorliegt. Ähnliches gilt für sind über die Leitungen 16, 17, 18, 19 und 20 ver- die Heizeinrichtung 4. Wichtig ist allein, daß eine Erbunden. Im Anschluß an das Rückschlagventil 15 er- 45 hitzung auf eine Temperatur von 700 bis 1100⁰C folgt die Zufuhr des Sauerstoffes in das Verbren- möglich ist. An Stelle der elektrischen Heizung kann nungsrohr 22, welches nächst dem Sauerstoffeintritts- auch eine ölheizung oder eine andere Heizung verende die Einspritzvorrichtung für die zu analysie- wendet werden. Schließlich gilt das gleiche auch für rende Probe aufweist. Diese Einspritzvorrichtung be- die Einspritzung 3. Sie läßt sich durch jede andere steht aus der Injektionsspritze 23. 50 Einrichtung ersetzen, so weit diese in der Lage ist, ^: Das Verbrennungsrohr 22 besitzt innerhalb der Er- rasch in die Heizzone 21 der Verbrennungsröhre 22 hitzungsvorrichtung 4 eine Heizzone 21. Die Erhit- die in Betracht kommende Flüssigkeit einzuspritzen, zungsvorrichtung besteht aus einem elektrischen Die Flüssigkeit kann auch durch sauerstoffbetriebene Muffelofen 24. Dieser Ofen ist durch einen Lei- Sprühgeräte ersetzt werden. Die Kühleinrichtung stungsregler 26 einstellbar. Innerhalb der Heizvor- 55 kann beliebiger Art sein. Sie braucht nicht notwendig richtung 4 kann ein Pyrometer 27 für die Tempera- ein wassergekühlter Kondensator 28 zu sein, sondern turmessung vorgesehen sein. kann auch eine Luftkühlung sein. Wenn auch nicht

Gasförmige Produkte aus der Heizzone 21 des notwendig, so ist doch zweckmäßig ein Gasfilter 30 Verbrennungsrohres 22 werden einer Kühlvorrich- vorgesehen, welches irgendwelche durch das Gas tung 5 zugeführt, welche im vorliegenden Fall aus 60 mitgeführte Teilchen oder Feuchtigkeit vor dem Eineinem wassergekühlten Kondensator 28 besteht. Von tritt der Gase in die Zelle 36 trennt Schließlich und hier gelangen die Gase durch einen Wasserabschei- endlich kann die Einrichtung zur Bestimmung und der 6 und einen Gasfilter 30. Die Einrichtung 6 zur Anzeige des Kohlendioxydgehaltes beliebiger Art Entfernung des Wassers besteht aus dem Wassersack sein.

29 mit Hahn 31. Der wassergekühlte Kondensator ist 65 Die Materialien, die für die Vorrichtung verwen-

direkt an das Ende des Verbrennungsrohres 22 ange- det werden, können gegenüber Sauerstoff und Feuch-

schlossen und mündet in den Wassersack 29 aus. tigkeit bei den in Betracht kommenden Betriebstem-

Rohre 32 und 33 verbinden die einzelnen erwähnten peraturen widerstandsfähig sein. Sie.sollen natürlich

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im wesentlichen keine Adsorbentien für Kohlendio- dung von Kondensat zu verhindern, welches die Gexyd sein. Innerhalb der Verbrennungszone muß das nauigkeit des analytischen Ergebnisses beeinflussen Material inert gegenüber Sauerstoff und Dampf bei würde. Der Analysator 35 arbeitet über Drähte 63 gegebenen Temperaturen sein. Als Materialien für und 64 auf einen Niederspannungsverstärker 38. Die die Vorrichtung sind z.B. geschmolzene Kieselerde, 5 verstärkte Abgabe des Analysators wird einem gra-Pyrexglas, glasiertes, keramisches und ähnliches kie- phischen Anzeigegerät 39 (Sargent, Modell MR) unselsäurehaltiges Material geeignet. ter Vermittlung von Drähten 61 und 62 zugeleitet.

Im vorliegenden Fall kann man z. B. Gummi- Dem Anzeigegerät 39 ist ein Spannungsregler 44 zuschläuche von 0,48 cm Durchmesser für die Leitungen geordnet, welcher im Bereich von 0 bis 5 Millivolt 16, 17, 18, 19 und 20 verwenden. Der Sauerstoff- io arbeitet. Der Regler 43 des Verstärkers 38 ist auf ein druckregulator 12 ist ein Watt-Regulator-Typ 26, vorbestimmtes Niveau eingestellt, um die gewünschte Modell M 1, während das Ventil 13 ein Hoke-Nadel- Aufzeichnung im Anzeigegerät 39 zu erhalten,
ventil ist. Die Kombination einer Präzisionssaphirku- Um die Analyse durchzuführen, ist es zunächst er-

gel innerhalb eines Strom-Meßrohrs 08F-1/16-20-4/ forderlich, eine Probe geeigneter Größe auszuwäh-74 dient als Strömungsmesser 14. Als Rückschlag- 15 len, welche sich im Bereich von etwa 1 Mikroliter bis ventil 15 kommt ein Kimble-Ventil Nr. 38006 in zu etwa 1 Milliliter bewegt, je nach dem Volumen Frage. Die Verbrennungstemperatur wird innerhalb des Verbrennungsrohres 22. Ein geeignetes Volumen der Verbrennungsröhre 22 mit Hilfe eines Muffelofens liegt im Bereich von 10 bis 100 Mikroliter. Vor Be-24 erzeugt, der bei einer Spannung von 120 Volt ginn der Analyse wird die Heizeinrichtung angestellt, und bei einem maximalen Verbrauch von 700 Watt ao derart, daß diese innerhalb der Anlage eine Tempearbeitet. Der Leistungsregler 26 ist ein einstellbarer ratur von etwa 700 bis 1100⁰C, vorzugsweise etwa Spannungstransformator. 900 bis 1000° C erzeugt. Die Sauerstoffzufuhr wird

Ein zylindrisches Verbrennungsrohr 51 besteht aus auf eine bestimmte Höhe eingestellt, nämlich auf das Kieselsäure, besitzt einen Innendurchmesser von etwa 0,2- bis etwa 4-, vorzugsweise 0,7- bis l,5fache 1,27 cm und eine Länge von 30 cm. Der Sauerstoff- 25 pro Minute des Volumens der Heizzone. Je nach der einlaß 54 besitzt die Form eines T-Rohr-Stückes, das Volumengröße der Heizzone kann die Sauerstoffzueine Glasschliffverbindung 53 am einen Ende zur fuhr oder Strömung innerhalb der Grenzen von etwa Kupplung mit dem Einlaß des Verbrennungsrohres 10 bis 800 cm³ pro Minute verschieden sein.

51 aufweist. Eine aus rostfreiem Stahl Nr. 18 beste- Die brauchbarste Größe des Sauerstoffflusses wird hende Nadel 52 ist etwa 5,2 cm lang und sitzt am an- 30 etwas über dem Volumen der Heizzone 21 sein. Ein deren Ende des T-Stückes. kleines Heizzonenvolumen mit einem starken Sauer-

Wenn die einzelnen Bestandteile des Verbren- stofffluß oder ein großes Heizzonenvolumen mit zu

nungsrohres 50 montiert sind, dann liegt die Nadel geringem Sauerstofffluß ergeben eine unregelmäßige

52 in einer Linie, die parallel der Längsachse des Verbrennung mit der Möglichkeit einer Gegenstrom-Verbrennungsrohres 51 verläuft. Der Mittelschenkel 35 diffusion der Verbrennungsgase, derart, daß die ana-58 des T-Stückes ist zum Anschluß an den 0,48-cm- lytischen Ergebnisse kaum reproduzierbar sind. Gummischlauch der Leitung 20 ausgebildet. Zum Wenn auch ergänzend Kalkulationen vorgenommen Einspritzen verwendet man eine Hamilton-Düse oder werden können, um an Hand der Aufzeichnungen Spritze 23. den tatsächlichen Gesamtkohlenstoffgehalt zu ermit-

In etwa 22 cm Entfernung von Einlaßende der 4° teln, so besteht doch die übliche rasche Bestimmung Verbrennungskammer 51 befindet sich in dieser das darin, daß man ausschließlich die Amplituden der zerstreuende Absperrorgan 55, das etwa 4 cm lang ist Aufzeichnungskurve betrachtet. Um gut bestimmte und aus geglühter Asbestfaser besteht. Das Absperr- Amplituden zu erhalten, sollen das Heizzonenvoluorgan 55 wird in der Weise erstellt, daß man das men und der Sauerstofffluß innerhalb der angegebe-Fasermaterial leicht an Ort und Stelle gegen die Ein- 45 nen Grenzen eingestellt sein, um diese gut bestimmschnürung 60 mit einem Glasstab einstampft. Eine ten Kurven innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Platingazeeinlage 56 von etwa 10 cm Länge wird hin- Zeitperiode, z. B. wenige Sekunden, wie 5 Sekunden ter dem Element 55 eingebracht. Nach der Montage und mehr bis zu einer Minute, zu erhalten. Um dem der einzelnen Bestandteile wird das Rohr 50 in den gerecht zu werden, läßt man mehrere Versuche lauelektrischen Muffelofen 24 eingesetzt, und zwar 50 fen unter Verwendung verschiedener Sauerstoffflußderart, daß die Einspritznadel 23 sich noch gerade raten bei einem gegebenen Verbrennungsrohr. An außerhalb der Heizzone des Ofens 24 befindet, aber Hand dieser Versuche wird sodann der brauchbarste doch noch so liegt, daß unmittelbar nach der Ein- Sauerstofffluß ausgewählt.

spritzung die gesamte Menge der eingespritzten Flüs- Nachdem der Sauerstofffluß, die Heizeinrichtung sigkeit innerhalb der Heizzone 21 niedergeschlagen 55 und das Anzeigegerät eingestellt sind, wird eine bewird. Die nach der Einspritzung erzeugten Heißgase stimmte Menge des zu analysierenden, wäßrigen Syder Testflüssigkeit werden durch eine Reihe von was- stems rasch in die Heizzone 21 des Verbrennungssergekühlten Kondensatoren 28, den U-geformten rohres 50 unter Verwendung der Düse 23 einge-Wasserfänger 29 und das Gasfilter 30 geführt, wel- spritzt. Innerhalb kurzer Zeit erzeugt der graphische ches ein 10- bis 13-Mikron-Filterelement enthält. 60 Aufzeichner 39 die Kurve 41, an Hand deren Ampli-Der Wasserfänger 29 besitzt einen Ablaßhahn 31. tude der Kohlenstoffgehalt unmittelbar abgelesen Die Zwischenleitungen 32 und 33 bestehen aus werden kann oder mit einer Standardkurve vergli-0,48-cm-Gummischläuchen. chen werden kann. Solche Standardkurven können

Der Kohlendioxydanzeiger 7 besteht aus einem In- aus bekannten, wäßrigen Systemen, welche hochrei-

frarotanalysator 35 (Beckman, Model 21 A), welcher 65 nes, organisches Material, wie z.B. Eisessig, enthal-

mit einer 13,3 cm gegenüber Kohlendioxyd empfind- ten, unter bestimmten Bedingungen als Vergleichs-

lichen Zelle 36 ausgerüstet ist. Die Zelle 36 wird auf kurve hergestellt werden,

einer Temperatur von 45° C gehalten, um die BiI- Bei einer gegebenen Apparatur können einfache

Versuchsoperationen, entsprechend dem vorstehend angegebenen Verfahren, angewendet werden, um optimale Betriebsbedingungen innerhalb der beschriebenen Grenzen zu ermitteln. Um eine beste Reproduzierbarkeit zu erhalten, erscheint es zweckmäßig, daß der Sauerstofffluß über einem gewissen Minimum, d. h. über etwa 40 cm³ pro Minute, aber nicht mehr

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als etwa 200 cm³ pro Minute, liegt und daß die Menge des kohlenstoffhaltigen Materials im Versuchsmaterial innerhalb des Bereiches von etwa 5 bis 150 Teilen pro Million liegt. Innerhalb dieser Grenzen können beste Resultate gewonnen werden, die unabhängig von Änderungen in den vorbeschriebenen Konstanten sind.

Analysen bekanter Lösungen

Kohlenstoff in 100 Teilen pi	Max.	Gefunden
Errechnet	69,0	Min.
	77,2	67,4
68,8	105,1	76,5
76,6	101,2	104,3
104,8	104,4	99,5
100,7	100,9	103,6
105,6	122,1	99,1
100,0	76,0	119,5
122,5	105,8	75,0
75,4	110,6	104,9
106,2	90,5	108,9
111,5	87,6	88,6
89,3	102,7	86,8
87,8	76,0	101,8
103,0	100,0	74,0
75,4	101,0	99,2
99,5	100,0	99,0
100,0	98,1
100,0

Durchschnitt

Standard-Abweichung*

Prozentualer Durchschnitt der Ausbeute

Benzoesäure

Phenol

Saccharose

Aminoessigsäure

Pyridin

Harnstoff

Natriumcyanid

Acetanilid

p-Nitroanilin

4-Aminoantipyrin

Sulfanilsäure

Diphenylaminsulfonat, Ba Salz

dl-Methionin

2,4,6-Trichlorphenol

Natriumcarbonat

Essigsäure in 2O°/o NaCl

Essigsäure in 20% CaCl₂

68,2

76,9

104,5

100,3

104,2

99,8

120,5

75,4

105,4

110,2

89,3

87,4

102,5

75,0

99,4

100,0

99,1

0,66 0,30 0,40 0,69 0,40 0,86 1,11 0,48 0,52 0,85 0,90 0,40 0,45 0,84 0,40 0,82 0,78

99,1

100,4 99,7 99,6 98,7 99,8 98,4

100,0 99,2 98,8

100,0 99,5 99,5 99,5 99,9

100,0 99,1

* Alle Ergebnisse basieren auf vier Bestimmungen. Die Wasser vorgenommen.

Bestimmungen wurden mit Standardlösungen von Eisessig in

Zahlreiche Versuche mit Versuchsflüssigkeiten, deren Kohlenstoffgehalt bekannt ist, wurden vorgenommen. Bei solchen Verfahren wurden kleine Mengen des kohlenstoffhaltigen Materials, wie unten angegeben, deionisiertem Wasser zugegeben, um einen vorbestimmten Prozentsatz von Kohlenstoff in Teilen pro Million zu erhalten. Vier Analysen jeder Standardlösung wurden vorgenommen unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung. Die Ergebnisse wurden statistisch gemittelt, um den Ausbeuteprozentsatz zu bestimmen, z.B. wurde die hundertfach gefundene Kohlenstoffmenge durch die theoretische Kohlenstoffmenge geteilt. Die Menge des getesteten Materials betrug 20Mikroliter und die Temperatur des Ofens 950° C. Sauerstoff wurde in das Verbrennungsrohr im konstanten Fluß von 50 cm³ pro Minute eingeleitet. Die Ergebnisse sind in der vorstehenden Tafel niedergelegt.

Für die nachfolgenden Operationen mit wäßrigen Systemen unbekannten Gehaltes an kohlenstoffhaltigem Material wurde eine Standardkurve hergestellt in der Weise, daß die bekannten Eisessiglösungen analysiert wurden. Die Analyse wurde wie oben ausgeführt. Hat man auf diese Weise die Standardkurve an Hand der einzelnen Daten hergestellt, werden nachfolgend die Bestimmungen mit Lösungen unbekannten Kohlenstoffgehalts vorgenommen. Die in einzelnen Versuchen gewonnenen Werte mit Flüssigkeiten unbekannten Kohlenstoffgehaltes ergaben stark reproduzierbare Analysen mit einer Standard-Abweichung von nur plus oder minus 1 Teil pro Million.

Die vorstehenden Darlegungen befassen sich in der Hauptsache mit echten Lösungen kohlenstoffhaltigen Materials, es können jedoch auch feinverteilte Dispersionen von Feststoffen in der gleichen Weise analysiert werden. Man muß nur darauf achten, daß richtige Analysenproben entnommen werden. So kann es in einzelnen Fällen wünschenswert sein, das zu analysierende, wäßrige System einer starken Schüttelbewegung zu unterwerfen, um vorhandene Agglomerate in für die Einspritzung brauchbare Größen zu teilen. Man kann aber auch zu große Teilchen abfiltrieren, um ein Verstopfen der Einspritzdüse zu vermeiden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, wäßrige Systeme zu analysieren, welcher mehr als 500 Teile an Kohlenstoff enthalten, indem man entsprechende Probenmengen auf eine bestimmte Konzentration verdünnt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Durchführung der Analysen viel Zeit erforderlich ist. Patentansprüche: Aus der britischen Patentschrift 762 597 ist ein Analysenverfahren bekannt, bei dem die zu untersu-

1. Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung chende flüssige Substanz in eine mit Sauerstoff gedes Kohlenstoffgehaltes von wäßrigen Systemen, 5 speiste Verbrennungskammer eingeführt und das bestehend aus einer heizbaren zylindrischen Ver- Verbrennungsprodukt mit Hilfe des Sauerstoffstroms brennungskammer, die am einen Ende eine in eine Kühlvorrichtung getrieben wird. Gemäß der Sauerstoff- und Probezuführung und am anderen Lehre der britischen Patentschrift wird jedoch nicht Ende Kondensations- und Abscheidevorrichtun- der Kohlenstoffgehalt bestimmt, sondern der Gehalt gen für H₂O und Meßeinrichtungen zur quantita- io von Chlor oder Schwefel. Dabei wird die zu analysietiven Bestimmung von CO₂ aufweist, dadurch rende Substanz in einer organischen Trägerflüssigkeit gekennzeichnet, daß die Probezuführung gelöst, und das gebildete, gasförmige Produkt wird in als Injektionsspritze (23) ausgebildet ist, deren einer Vorlage aufgefangen und titriert.
Einspritzrohr (52) im wesentlichen parallel zur Aus »Angewandte Chemie«, 46(1933), Nr. 6, S. 106 Längsachse der zylindrischen Verbrennungskam- 15 bis 108, ist eine Apparatur zur quantitativen Bemer (51) innerhalb der Sauerstoffzuführung (54), Stimmung von Schwefel- und Halogenen im Makroaber noch außerhalb der Heizzone liegt, daß die bis Halbmikromaßstab bekannt. Dabei betragen die Verbrennungskammer stromabwärts in der Heiz- Probeeinwaagen 60 mg bis 5 g. Die zu analysierende zone ein gasdurchlässiges Element (55) aus fase- Probe wird aus einem Schiffchen langsam herausverrigem oder granuliertem inertem Material auf- 20 dampft. Die verwendeten Einsätze sind im Verbrenweist, das von einer Umfangseinschnürung (60) nungsrohr eingeschmolzen und würden unter den Begehalten wird und mindestens ein Fünftel der dingungen, unter denen die beanspruchte Vorrich-Länge der Heizzone einnimmt, bei einer Ver- tung arbeitet, die Gefahr einer Explosion des Verbrennungskammerlänge von 30 cm aber nicht brennungsrohres heraufbeschwören. Darüber hinaus mehr als etwa 10 cm lang ist, und daß sich an das 25 ist in der bekannten Apparatur keine vollständige Element (55) stromabwärts ein Platingazeeinsatz Oxydation des Probenmaterials gewährleistet.

(56) anschließt. Aus »Glasapparate-Technik«, 3/1958, S. 17 bis 22,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ist eine klassische Vorrichtung zur quantitativen kennzeichnet, daß sie als Meßeinrichtung zur Bestimmung für das Arbeiten im Halbmikromaßstab quantitativen CO₂-Bestimmung ein CO₂-empfind- 30 bekannt. Die Verbrennungskammer der bekannten liches IR-Spektrophotometer aufweist. Vorrichtung ist jedoch nicht mit einem oxydierenden

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Material, sondern mit einem gasdurchlässigen, inerkennzeichnet, daß das Element (55) etwa 4 cm ten Material gefüllt und arbeitet nach einem anderen lang ist und etwa 22 cm vom Einlaßende der Ver- Prinzip als die erfindungsgemäße Vorrichtung,
brennungskammer entfernt angebracht ist. ₃₅ In Standard Methods for Testing Petroleum and

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- its Products, llth Edition, 1951, Institute of Petrokennzeichnet, daß die zylindrische Verbren- leum, London, S. 545, wird eine Vorrichtung benungskammer einen Durchmesser von höchstens schrieben, bei der die zu analysierende Substanz 3 cm, ein Heizzonenvolumen von etwa 20 bis durch allmähliches Verdampfen langsam über einen 200 cm³ und ein Element (55) von mindestens 40 aufgeheizten Kontakt getrieben wird. Diese Vorrich-0,5 cm Länge und eine Injektionsspritze (23) mit tung ist zur Bestimmung geringer Mengen gelöster einer Kapazität von etwa 0,005 bis etwa 0,5 % oder hochdispergierter Kohlenstoffteilchen in wäßrides Volumens der Heizzone aufweist. gen Systemen nicht geeignet.

In der USA.-Patentschrift3 001917 wird eine 45 Vorrichtung zur kontinuierlichen und raschen quan-

titativen Bestimmung von halogenierten organischen

Verbindungen in Äthylenoxyd beschrieben. Auch diese Vorrichtung ist zur Untersuchung von wäßrigen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich- Systemen, welche kleine Mengen gelöster oder hochtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 50 dispergierter Kohleteilchen enthalten, nicht geeignet,

Die bekannten Analyseverfahren und -vorrichtun- da sie nur arbeitsfähig ist, wenn das eingegebene gen beruhen auf der Naßoxydationstechnik, d. h. der Probematerial in konstantem, langsamen Strom Verwendung chemischer Reagenzien bei mäßig ho- durch die Reaktionszone fließt,
hen Temperaturen. Die Menge des Kohlematerials Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

wird durch die Menge des verbrauchten Oxydations- 55 Vorrichtung zu schaffen, die eine rasche und präzise mittels bestimmt, welches volumetrisch oder photo- Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes wäßriger Symetrisch ermittelt wird. Die Menge des Kohlenstoff- sterne gestattet. Dies ist von besonderer Bedeutung materials kann aber auch durch die Menge des ent- für die rasche analytische Feststellungsmöglichkeit wickelten Kohlendioxyds bestimmt werden, welches der Ursache von Wasserverunreinigungen,
manometrisch, gravimetrisch oder alkalimetrisch er- 60 Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im mittelt wird. Schließlich hat man auch noch die War- Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmeleitfähigkeit und die Massenspektrometrie zur Be- male.

Stimmung des Kohlendioxydgehalts herangezogen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind

Diese Verfahren, von denen einige viel verwendet in den Unteransprüchen gekennzeichnet,
werden, besitzen den Nachteil, daß die organischen 65 Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Verbindungen gegenüber den Oxydationsmitteln wie Probe auf einmal in die heiße Zone injiziert, wobei z.B. Chromsäure unterschiedlich empfindlich sind, die heiße Zone nicht durch starre, eingeschmolzene daß Chloride und andere Ionen stören und daß zur Einsätze in einzelne Luftkammern unterteilt ist, son-