DE1498909B2

DE1498909B2 - Kolorimetrisches Gasdosimeter

Info

Publication number: DE1498909B2
Application number: DE19641498909
Authority: DE
Inventors: Paul Willis Pittsburgh Pa. McConnaughey (V.St.A.)
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1964-09-25
Filing date: 1964-09-25
Publication date: 1970-03-26
Also published as: GB1075054A; DE1498909A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein kolorimetrisches Gas- F i g. 1 eine Längsschnittansicht einer Vorrichtung

dosimeter mit einer bei Reaktion mit dem speziellen gemäß der Erfindung,

Gas sich verfärbenden Indikatorsubstanz. F i g. 2 eine Längsschnittansicht einer abgewandel-

Der Zweck eines Dosimeters liegt darin, die ge- ten Vorrichtung,

samten Expositionen eines Individuums oder eines 5 F i g. 3 eine Schnittansicht einer weiteren abge-

Bereiches gegenüber bestimmten Umgebungsbedin- wandelten Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Be-

gungen anzuzeigen. Im Falle eines Gas- oder Dampf- Stimmung größerer Dosen,

dosimeters ist es erforderlich, die Summe des Pro- F i g. 4 eine Schnittansicht einer anderen abge-

duktes aus den verschiedenen Konzentrationen des wandelten Ausführungsform gemäß der Erfindung

Gases oder des Dampfes mit den jeweiligen Exposi- io zur Bestimmung kleinerer Dosen,

tionszeiten bei diesen verschiedenen Konzentrationen F i g. 5 eine Schnittansicht einer Ausführungsform

aufzunehmen. Nachstehend wird diese Summe emp- gemäß der Erfindung mit Doppelfarbentwicklung,

fangene Dosis genannt. Dosimeter werden in den F i g. 6 eine Ansicht eines einzelnen Dosimeter-

betreffenden Bereich eingebracht oder von Indivi- halters in Form eines Abzeichens mit der Vorrich-

duen getragen oder mitgeführt, so daß die Aussetzung 15 tung nach F i g. 1.

des Dosimeters gegenüber dem Gas oder Dampf mit Wie aus F i g. 1 hervorgeht, umfaßt ein Dosimeter 1

der Aussetzung des Bereiches oder des Individuums ein Glasrohr 2 mit geschlossenem Ende 4 und einem

identisch ist. Dosimeter dienen insbesondere als leicht abbrechbaren, zunächst ebenfalls geschlossenen

Warnmittel für Personen, die schädlichen oder gif- Ende 5, das in gestrichelten Linien dargestellt ist.

tigen Gasen und Dämpfen ausgesetzt sind. 20 Dieses Ende 5 kann abgebrochen werden, so daß

Es sind bisher nur kolorimetrische Gasdosimeter eine Öffnung 6 im Rohr 2 entsteht. Eine Schicht aus bekannt, bei denen der kolorimetrische Indikator auf körniger, kolorimetrischer Indikatorsubstanz 8, einer Fläche angebracht ist (z. B. imprägniertes Filter- welche so gewählt wird, daß sie mit dem betreffenden papier), die als Ganzes ständig dem Gas oder Gas- zu bestimmenden Gas zur Erzeugung einer Farbgemisch ausgesetzt wird und sich somit auch als 25 änderung reagiert, wird innerhalb des Rohres ange-Ganzes gleichmäßig verfärbt. Zur Bestimmung der ordnet und mit Hilfe eines mit dem Gas nicht rea-Dosis wird dann ein Farbvergleich mit einer durch gierenden porösen Stopfens 10 im Rohr gehalten. Eichung gewonnenen Farbskala durchgeführt. Solange das Ende 5 nicht abgebrochen ist, wird die

Dieses Verfahren ist stets mit subjektiven Fehlern kolorimetrische Substanz der Atmosphäre nicht ausbehaftet und relativ umständlich. 30 gesetzt. Das Dosimeter kann infolgedessen während

Andererseits ist ein Verfahren zur kolorimetrischen einiger Monate oder Jahre gelagert werden, wobei

Bestimmung der Konzentration eines Gases bekannt, die Dauer der Lagerfähigkeit von der Stabilität des

bei dem ein vorbestimmtes Atmosphärenvolumen benutzten kolorimetrischen Indikators abhängt,

durch ein mit einem körnigen kolorimetrischen Indi- Wird das geöffnete Dosimeter in eine zu prüfende

kator gefülltes Prüfröhrchen hindurchgeleitet wird. 35 Umgebung gebracht, die das zu bestimmende Gas

Das zu bestimmende Gas reagiert dabei mit der enthält, so entwickelt sich eine Farbänderung, die an

Substanz und erzeugt über eine bestimmte Länge der der Fläche 12 der Indikatorschicht beginnt. Wenn die

Schicht hinweg eine Farbänderung. Die Länge dieser empfangene Dosis zunimmt, dringt die Farbänderung

Farbänderung hängt dabei von der Konzentration progressiv in Richtung auf das geschlossene Ende 4

des in der Atmosphäre zu bestimmenden Gases ab. 40 in die Schicht ein. Die Länge der Farbänderung

Wegen ihrer Einfachheit und der nahezu vollständigen hängt dabei von der empfangenen Dosis des Gases,

Eliminierung von subjektiven Ablesefehlern, wie sie auf das der Indikator anspricht, ab und ist somit ein

bei Farbvergleichsmethoden auftreten, hat das Ver- Maß hierfür. Der poröse Stopfen 10 bildet einen

fahren für die Konzentrationsbestimmung bei einer Diffusionsweg, der die Fläche 12 der Indikatorschicht

großen Mannigfaltigkeit von Gasen weitverbreitete 45 von der Atmosphäre am offenen Rohrende 6 trennt

Anwendung gefunden. Es ist heute gewöhnlich unter und Convectionsströme am Einfließen in das Rohr

dem Namen »length of stain«-Verfahren bekannt. hindert. Der poröse Stopfen ist vorzugsweise ein

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Watte- oder Filzpfropfen aus fasrigem oder gewebeein kolorimetrisches Gasdosimeter zu schaffen, bei artigem Material, beispielsweise aus Glaswolle oder dem die Länge einer Farbentwicklung in einer Schicht 50 Glasgewebe. Der Stopfen 10 kann jedoch auch aus aus kolorimetrischer Indikatorsubstanz ein direktes irgendeinem anderen porösen Material bestehen, das Maß für die Dosis darstellt. gegenüber einem durch ihn hindurchfließenden Gas-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch strom resistent ist, beispielsweise aus gesinterten

gelöst, daß ein bei Gasprüfröhrchen bekanntes durch- Glasfilterstoffen od. dgl.

sichtiges Rohr zur Aufnahme der Indikatorsubstanz 55 Zahlreiche Mittel können dazu dienen, die Rohrverwendet wird, das wenigstens eine durch einen enden zum Zwecke einer Lagerung abzudichten, und abnehmbaren Verschluß verschließbare Öffnung auf- zwar derart, daß sie vor der Benutzung bequem weist, die über eine von einem porösen Stopfen ge- geöffnet werden können. In F i g. 2 ist die Abdichbildete Diffusionsstrecke mit der Indikatorsubstanz tung eine Kappe 7, die gegen das Rohr mit Hilfe eines verbunden ist zur freien Eindiffusion des zu prüfen- 60 lösbaren Klebestreifens 9 abgedichtet ist. In F i g. 4 den Gases. ist ein Pfropfen 13 vorgesehen, der in ähnlicher Weise

Mit dem erfindungsgemäßen Gasdosimeter kann gegen das Rohr mit Hilfe eines Klebestreif ens 15

jederzeit eine einfache und zuverlässige Bestimmung abgedichtet ist. F i g. 3 zeigt eine Dichtung in Form

der empfangenen Dosis vorgenommen werden, auch eines Kunststoffrohres 11 mit geschlossenem Ende,

von ungeübten Personen, da lediglich eine in Dosis- 65 das mit dem Glasrohr verbunden ist und weg-

einheiten geeichte Längenskala abzulesen ist. geschnitten oder weggerissen werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Für das erfindungsgemäße Dosimeter ist irgendeine

Ausführungsbeispielen näher erläutert: Es zeigt der an sich bekannten kolorimetrischen Indikator-

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substanzen geeignet, wie sie in Vorrichtungen zur zu bestimmende Gas enthaltenden Atmosphäre wäh-Messung der Konzentration eines Gases oder eines rend vorgegebener Zeit ausgesetzt werden. Diese Dampfes üblich sind. Es ist ein Kennzeichen solcher Eichung ist für einen weiten Bereich zu bestimmen-Indikatoren, daß sie rasch und nahezu vollständig der Gaskonzentrationen anwendbar. So entwickelte mit dem zu bestimmenden Gas oder Dampf reagieren 5 beispielsweise das in F i g. 1 dargestellte Dosimeter, und dabei eine Farbänderung ergeben. Sie bestehen welches einen Innendurchmesser von 5 mm besaß im allgemeinen aus einem körnigen Material, das und eine Indikatorschicht zur Bestimmung von Ammit einem aktiven kolorimetrischen Reagenz im- moniak enthielt, eine 4 mm lange Farbstrecke innerprägniert ist. halb 120 Minuten, wenn das Dosimeter einer Atmo-

Für die Berechnung der durch Diffusion entlang io sphäre mit einem NH₃-Gehalt von 100 ppm ausgedem Diffusionsweg d transportierten Gasmasse gilt: setzt war; die gleiche Farbstrecke ergab sich inner-

. halb 50 Minuten bei Aussetzung gegenüber einer

M __ Δ A (C₂- C₁Jf Atmosphäre mit einem NH₃-Gehalt von 240 ppm;

d bei einer Aussetzung des Dosimeters in einer Atmo-

15 sphäre mit einem NH₃-Gehalt von 650 ppm ent-

Es bedeuten wickelte sich dieselbe Farbänderung innerhalb

M = Masse des transportierten Gases, 20 Minuten.

C₂-C₁ = Konzentrationsunterschied entlang dem Die empfangene Dosis wird gewöhnlich als

Diffusionsweg, CT-Wert bezeichnet, was ein Konzentrations-Zeit-

t = Zeitdauer, innerhalb welcher die Diffusion 2° Produkt darstellt und allgemein in Einheiten von vonstatten geht, Teilen pro Million Minuten angegeben wird. Eine

A = Querschnittsfläche des Diffusionsweges CT-Einheit entspricht also einer Exposition während

und ^emer Minute gegenüber einem Gas mit einer Kon-

Δ = Diffusionskoeffizient des diffundierenden zentration von 1 ppm. Wie im voranstehenden Ab-Gases. ²5 satz auseinandergesetzt, ist die Messung der emp

fangenen Dosis oder der Dosierungsexposition, ge-

Wie man z. B. aus F i g. 1 erkennt, wird das fest- messen in CT-Einheiten, im wesentlichen unabhängig zustellende Gas, welches durch den Stopfen 10 von der Konzentration. Bei Gaskonzentrationen diffundiert und hierauf die Indikatorsubstanz erreicht, unterhalb etwa 10 ppm variiert jedoch der tatsächunmittelbar umgesetzt. Deshalb ist die Konzentration 30 liehe Wert etwas in Abhängigkeit von den verschiean dieser Stelle im wesentlichen gleich Null. Der denen Gasen und Indikatorsubstanzen; es tritt eine Konzentrationsunterschied entlang dem Weg, näm- äquivalente Länge der Farbänderung bei niedrigeren lieh C_t-C_v ist infolgedessen gleich der Konzentra- CT-Werten auf, wenn die Konzentration ansteigt, tion des zu bestimmenden Gases in der Atmosphäre Dieser Umstand ist insbesondere für Personendosian der Öffnung 6 des Rohres. Die Fläche des Diffu- 35 meter günstig, da die physiologisch zulässigen CT-sionsweges, der Diffusionskoeffizient und die Ent- Werte im allgemeinen kleiner werden, wenn die Konfernung vom Rohrende bis. zur Schicht bleiben samt- zentration ansteigt. So ist beispielsweise die zulässige lieh konstant. Daher ist die Masse des zu bestimmen- Maximalkonzentration an NO₂ für einen 8-Stundenden Gases, das die Indikatorschicht erreicht, pro- Tag 5 ppm, was einer Dosis von 2400 CT-Einheiten portional zur Dosierungsexposition, d. h. proportional 4° entspricht. Ein Dosimeter, wie es in Fig. 5 dargeder Konzentration des in der Atmosphäre festzu- stellt ist, mit einem Innendurchmesser von 3 mm und stellenden Gases, multipliziert mit der Expositions- einer 11 mm langen Indikatorschicht änderte seine zeit. Sobald der kolorimetrische Indikator reagiert Farbe bei einer Dosierungsexposition von 2400 CT-hat, muß das Gas durch den bereits umgesetzten Einheiten vollständig, wenn es Luft mit einem NO_?- Indikator durchdiffundieren, um noch nicht umge- 45 Gehalt von 5 ppm ausgesetzt war. Identische Dosisetzte Indikatorsubstanz zu erreichen, nämlich den meter wechselten die Farbe vollständig bei einer Punkt, wo die Konzentration im wesentlichen gleich Dosierungsexposition von etwa 900 CT-Einheiten, Null ist. Das Einschieben des zusätzlichen Diffusions- wenn sie Luft mit einem NO₂-Gehalt von 10 ppm weges führt zu einer kleineren Menge an bestimm- und 50 ppm ausgesetzt waren,
baren, zur Reaktionsfront diffundierenden Gasmenge, 50 Bei Messung der empfangenen Dosis bei niederen und zwar für eine vorgegebene Konzentration in der Gaskonzentrationen, beispielsweise unterhalb etwa Atmosphäre; dies bedeutet, daß die Menge an um- 25 ppm, um einzelne Personen vor einer gefährlichen gesetzter Indikatorsubstanz oder die Länge der für Aufnahme giftiger Gase zu warnen, sollte die Länge eine empfangene Dosis entwickelter Farbänderung der Schicht nicht größer sein als etwa das Dreifache abnimmt, wenn der Farbumschlag durch die Schicht 55 des effektiven Rohrdurchmessers. Der wirksame hindurch fortschreitet. Jedoch ist dieser Wechsel in Rohrdurchmesser ist gleich dem Durchmesser eines der Ansprechempfindlichkeit lediglich eine Funktion kreisförmigen Rohres, welches dieselbe Querschnittsder Kenndaten der Schicht, beispielsweise von deren fläche wie nichtrunde Rohre besitzt. Bei längeren Querschnittsfläche, Länge, Zusammensetzung, Korn- Schichten nimmt die Empfindlichkeit des Indikators, größe u. dgl. 60 wie oben erläutert, in einem Ausmaß ab, daß eine

Dieser Wechsel ist im wesentlichen unabhängig zusätzliche physiologisch wesentliche Dosis die Farbvon der Konzentration des in Atmosphäre zu be- länge in beobachtbarem Maße nicht mehr steigert, stimmenden Gases, ausgenommen für die Konzen- Für andere Anwendungszwecke können, falls ertrationen unterhalb etwa 10 ppm, wie dies im nach- wünscht, zur Bestimmung der empfangenen Dosis stehenden noch beschrieben wird. Somit lassen sich 65 bei höheren Konzentrationen längere Schichten be-Dosimeter mit irgendwelchen vorgegebenen Abmes- nutzt werden.

sungen und mit einem Gehalt an einem bestimmten Der Diffusionsweg ist erforderlich, um äußere

Reagenz dadurch vorher eichen, daß sie einer das Luftströmungen daran zu hindern, die Schicht zu

erreichen, so daß Fehlerquellen, wie sie durch Überführung des zu bestimmenden Gases zur Indikatorschicht auf Grund von Convection entstehen, eliminiert oder auf einem Minimum gehalten werden können. Irgendein Diffusionsweg, der diesem Zweck genügt, ist ausreichend. Dies ist offensichtlich, da je nach den vorliegenden Betriebsumständen verschiedene Arten von Diffusionswegen zur Anwendung gelangen können. So vermitteln beispielsweise in Arbeitsräumen, Laboratorien od. dgl., welche keinen wesentlichen Luftströmungen unterworfen sind, Röhrchen, die am offenen Ende einen kleinen Innendurchmesser von z. B. 2 bis 5 mm besitzen, einen ausreichenden Diffusionsweg. Bei diesen Röhrchen ist es erforderlich, einen porösen Stopfen oder ein anderes Festhalteglied zu verwenden, um die Indikatorschicht im Röhrchen festzuhalten. Ein derartiger Stopfen braucht lediglich eine für diesen Zweck ausreichende Länge zu besitzen, da es in diesem Falle auf den Diffusionsweg nicht ankommt. Bei Anwendung im Freien wird vorzugsweise ein poröser Stopfen verwendet, der bis an das Ende des Rohres aus F i g. 1 reicht. Wahlweise kann auch ein poröser Stopfen am Ende des Rohres im Abstand von der Indikatorschicht und dessen Festhaltemittel angeordnet werden. So hindert beispielsweise der Stopfen 14 aus F ig. 2 Convectionsströme daran, in das Rohr la einzutreten.

Der Diffusionsweg erstreckt sich vom Rohrende bis zur Indikatorschicht 8 a; dieser Weg schließt also den freien Raum 18 und den porösen Haltestopfen 10 a ein. Schichten aus verschiedenen Chemikalien, die den Indikator schützen oder störende Stoffe entfernen, können in den Diffusionsweg eingeschlossen werden, falls dies je nach den vorliegenden Umständen und in Abhängigkeit von der gerade benutzten Indikatorsubstanz erforderlich ist.

Dosimeter mit unterschiedlichen Meßbereichen und Empfindlichkeiten (Maß der Farbentwicklung bei vorgegebener Dosierungsexposition) können dadurch hergestellt werden, daß die Dimensionen des Diffusionsweges verändert werden. So besitzt beispielsweise das Rohr Ib in Fig. 3, welches eine Indikatorschicht 8 b enthält, die ihrerseits durch einen porösen Stopfen 10 b festgehalten ist, einen verlängerten Abschnitt 16 von kleinerem Durchmesser als die Indikatorschicht. Durch diese Reduzierung des Querschnittes des Diffusionsweges diffundiert das zu bestimmende Gas bei vorgegebener Konzentration in der zu untersuchenden Atmosphäre mit der geringeren Geschwindigkeit zum Indikator; auf diese Weise reagiert weniger Indikatorsubstanz, und die Farbänderung wird für eine vorgegebene Dosierungsexposition und einen vorgegebenen Dosisbereich gesteigert.

Wie aus F i g. 4 hervorgeht, kann die Empfindlichkeit dadurch gesteigert werden, daß die Fläche des Diffusionsweges relativ zur Fläche der Indikatorschicht vergrößert wird. Das Rohr 2 c enthält eine Indikatorschicht 8 c, die durch einen porösen Stopfen 10 c am Platze gehalten ist. Das Rohr 2 c besitzt eine Verlängerung 17 von größerem Durchmesser als die Indikatorschicht.

Der Meßbereich und die Empfindlichkeit können ferner, wie dies dem Fachmann bekannt ist, durch entsprechende Auswahl der kolorimetrischen Indikatorsubstanz eingestellt werden. Wie oben beschrieben, können Indikatoren aus einem aktiven kolorimetrischen Reagenz bestehen, die auf einem neutralen körnigen Träger angeordnet sind. Durch Variieren der Konzentration der Indikatorsubstanz kann auch diejenige Menge eines zu bestimmenden Gases geändert werden, die mit einer vorgegebenen Menge des Indikators reagiert.

Das in F i g. 5 dargestellte abgewandelte Dosimeter dient insbesondere der Warnung vor einer bestimmten Dosis. Eine Schicht aus kolorimetrischer Indikatorsubstanz 8 d wird im Glasrohr 2 d durch poröse Stopfen 10 d gehalten. Das Glasrohr ist an beiden Enden offen, so daß gegenüberliegende Oberflächen der Indikatorschicht gegenüber der Atmosphäre durch identische Diffusionswege hindurch frei liegen. Das zu bestimmende Gas diffundiert auf diese Weise zu beiden Seiten der Schicht, und die Farbänderung schreitet von beiden Enden aus in Richtung auf die Mitte der Indikatorschicht vor. Nach einer bestimmten Exposition erscheint somit der nicht umgesetzte Indikator als deutlich sichtbarer Farbstreifen, der sich deutlich gegen die Farbe des umgesetzten Indikators abhebt. Es genügt also ein kurzer Blick, um festzustellen, ob nicht doch noch ein Farbstreifen bleibt. Mehr ist zur Bestimmung der Tatsache, ob eine vorgegebene Dosierungsexposition erreicht ist, nicht erforderlich.

F i g. 6 zeigt ein Personaldosimeter in Form eines ansteckbaren Abzeichens, bei dem das Dosimeter 1 mit Hilfe von Klammern 18 an einem steifen Abzeichen 20 befestigt ist. Das Abzeichen 20 kann in üblicher Weise aus Karton oder Kunststoff bestehen. Das Abzeichen besitzt eine Schnappklammer 21, mit deren Hilfe es an der Kleidung einer Person, beispielsweise an dem Mantelaufschlag oder an dem Kragen, befestigt werden kann. Das Dosimeter ist von solcher Gestalt und enthält eine solche vorbestimmte Indikatormenge, daß die gesamte Indikatorschicht die Farbe ändert, wenn die Dosierungsexposition noch gerade unterhalb der zulässigen Maximaldosis liegt. Linien 22 auf dem Abzeichen zeigen den erreichten Prozentsatz der zulässigen Maximaldosis bei verschiedenen Farblängen an.

Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß das Dosimeter mit geeichten Skalen versehen werden kann, die verschiedene Dosierungsexpositionen anzeigen. Dies kann beispielsweise so wie in Fig. 6 ausgeführt werden, oder es kann eine vorgeeichte Skala direkt auf das Dosimeterrohr eingeätzt oder in anderer Weise dort angebracht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Kolorimetrisches Gasdosimeter, mit einer bei Reaktion mit dem speziellen Gas sich verfärbenden Indikatorsubstanz, gekennzeichnet durch ein bei Gasprüfröhrchen bekanntes, durchsichtiges Rohr (2) zur Aufnahme der Indikatorsubstanz (8), das wenigstens eine durch einen abnehmbaren Verschluß (5, 7, 11, 15) verschließbare Öffnung (6) aufweist, die über eine von einem porösen Stopfen (10) gebildete Diffusionsstrecke mit der Indikatorsubstanz verbunden ist zur freien Eindiffusion des zu prüfenden Gases.

2. Kolorimetrisches Gasdosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr

(2) an beiden Enden offen und die Indikatorsubstanz (8 d) von den Enden durch im wesentlichen gleiche Diffusionsstrecken (10 d) getrennt ist.

3. Kolorimetrisches Gasdosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsstrecke (10 b) in einem Rohrabschnitt (16) von geringerer Querschnittsfläche als das restliche Rohr (26) liegt.

4. Kolorimetrisches Gasdosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ίο

die Diffusionsstrecke (10 c) in einem Rohrabschnitt (17) von größerer Querschnittsfläche als das restliche Rohr (2 c) liegt.

5. Kolorimetrisches Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsstrecke einen ersten porösen Stopfen (10 a) vor der Indikatorsubstanz (8 α) einschließt sowie einen zweiten porösen Stopfen (14), der im Abstand (18) vom ersten Stopfen (10 a) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 513/39