DE1598055A1 - Verfahren zur Herstellung von Reagenzmassen zum Nachweis von Sauerstoff und zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Eeagenzmassen zum Nachweis von Sauerstoff und zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration (Ausscneidung aus B 69 580 IXb/42 1) Die Untersuchung der Zusammensetzung von Bre. 1ngasgemischen und der Zusammensetzung ihrer Verbrennungsprodukte ist bei der Entwicklung und Untersuchung von Verbrennungsheizanlagen immer von Wichtigkeit gewesen. Ein Bedarf, Verbrennungsprodukte zu untersuchen, ist auch in Stadtgebieten entstaren, in denen die Atmosphäre steigend durch Verbrennungsprodukte, insbesondere von Automobilen und Lastkraftwagen, verunreinigt wird.
• Die meisten von Hand betriebenen oder automatischen Gasanalysatoren beruhen auf dem Orsat-Prinzip. Hiernach wird ein Gas aus einem Gasgemisch in einer Lösung absorbiert und die Volumenverminderung des Gasgemisches gemessen. Diese Analysatoren haben jedoch den Nachteil, dass Flüssigkeiten verwendet werden müssen und die Durchführung einer Analyse einen beträchtlichen Zeitaufwand erfordert. Es sind auch schon Spezialapparate für die Durchführung von Schnellbestimmungen für einzelne Gase bekannt, aber es gibt bisher keinen einfachen Apparat für die Sauerstoffanalyse in einem Gasgemisch.
• Auch ist es bereits bekannt, Sauerstoff mit Hilfe von Stoffen, die mit Sauerstoff unter Farbänderung reagieren, zu bestimmen, wobei bestimmte Mengen eines Reduktionsmittels eines grösseren Reduktionspotentials als demjenigen der unter Earbänderung reagierenden Stoffe (z.B. Dipyridyliumsalze) mit ebenfalls bestimmten Mengen des zu untersuchenden sauerstoffhaltigen Mediums zur Reaktion gebracht werden. Bei dem Reduktionsmittel und dem unter iarbänderung reagierenden Stoff handelt es sich um zwei getrennte Substanzen, wobei letztere nur als Indikator dient. Es können Aussagen nur darüber gemacht werden, ob eine bestimmte Sauerstoffkonzentration in dem zu untersuchenden Medium überschritten oder unterschritten ist, nicht aber um wieviel. Weiterhin ist es hierbei erforderlich, dass die Reagenzien in Lösung vorliegen.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es zum schnellen Nachweis von Sauerstoff und zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch nicht nötig ist, das Gas mit einer Reagenzlösung in Berührung zu bringen und den Sauerstoffgehalt volumetrisch oder durch Kolorimetrieren der Lösung zu bestimmen.
• Es ist vielmehr vorteilhafter, eine feste Reagenzmasse zu verwenden, deren Farbe in Berührung mit Sauerstoff umschlägt, und bei der die Lage der Grenzfläohe ein direktes Maß ftfr die Sauerstoffkonzentration ergibt. Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer Reagenzmasse zum Nachweie von Sauerstoff und zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein feinkörniger Träger mit tupfer überzogen und in einer inerten Atmosphäre mit Ammoniak oder einem primären und/oder sekundären Amin imprägniert wird.
• Bei der Reaktion zwiechen dem ammoniskisiertem Kupfer der erfindungsgemäss hergestellten Reagenzmasse und Sauerstoff bildet eich der leuchtend blaue Cupriammoniumikmplex.
• Du gemäss der Erfindung verwendete Trägermaterial muss besonders hergerichtet werden. Hisrzu eignen sich z.B. Tonerde, Magnesia, Kieselsäure oder Titandioxyd, die gleichmässig zerkleinert sein müssen, so dass sie, wenn sie in Prtlfröhrohen u.dgl. eingefüllt werden, eine kompakte Schicht ergeben. Die Schicht muss Jedoch ausreichend porös sein, damit die Gase gut hindurchströmen können. Die Teilchengrösse ist relativ wenig wichtig, solange die Teilchen angenähert gleichförmig sind.
• Vorzugsweise entspricht sie etwa einer DIN-Maschenzahl von wa 2500 - 3600 Je cm2. Im allgemeinen jedoch kann die optimale Teilchengrösse für eine beliebige Schichtgrösse leicht durch einfaches Ausprobieren bestimmt werden.
• Das inerte zerkleinerte Trägermaterial wird gleichmässig mit einer Kupfernitratlösung oder einem anderen löslichen Salz, vorzugsweise in Wasser oder einem Alkohol, z.B. Äthanol, benetzt. Das Lösungsmittel wird dann durch Verdampfen in der Wärme oder durch Glühen entfernt, wenn ein Alkohol das Lösungsmittel ist, wobei dann auf dem Trägermaterial ein gleichmässiger Überzug aus Kupferealz hinterbleibt, Dae überzogene Trägermaterial wird dann in einem Rohr zur Zersetzung des Kupfersalzes zu Kupferoxid erhitzt, das dann zu elementarem Kupfer reduziert wird, indem man Wasserstoff durch dae erhitzte Rohr leitet. Dieee Stufen werden gewöhnlich miteinander kombiniert. Der bevorzugte Temperaturbereich beträgt 250 - 350, die bevorzugte Erhitzungezeit 1 bis 2 Stunden. Ee ist möglich, außerhalb dieser Bereiche zu arbeiten, jedoch kann ein übermässiges Erhitzen dadurch Anwendung zu hoher Temperaturen oder zu langer Erhitzungszeiten unerwünschte Reaktionsgeschwindigkeiten ergeben und unerwünschte Reaktionen mit dem Trägermaterial hervorrufen. Bei tiefen Temperaturen sind längere Reaktionszeiten erforderlich, um das Kupfer zu reduzieren. Das Trägermaterial wird dann in einer Wasserstoffatmosphäre abgekühlt.
• Das Kupfer kann auch im Vakuum auf das Trägermaterial aufgedampft oder elektrolytisch abgeschieden werden.
• Das mit Kupfer überzogene Trägermaterial wird in einer inerten Atmosphäre, z. B. in Stickstoff, Argon oder Helium, mit konzentrierter Ammoniumhydroxydlösung behandelt, um den elementaren Kupferüberzug mit nassem Ammoniak zu überdecken. Man läßt hinreichend Zeit verstreichen, damit das Ammoniak auf dem Kupfer absorbiert werden kann oder dieses imprägniert. Anstelle des Ammoniaks kann man auch organische Amine, z. B. primäre Amine, wie Äthylamin und sekundäre Amine, wie Piperidin, verwenden.
• Soll die Reagenzmasse in einem Prüfröhrohen zum Nachweis oder zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration verwendet werden, so füllt man das mit ammoniakisiertem Kupfer überzogene Trägermaterial in ein undurchlässiges durchsichtiges PrUiröhrchen, gewöhnlich aus Glas, zwischen zwei luftdurchlässige Stoffe, z.B. Baumwollpackungen, Fiberglasfilter oder Asbestwatte. Nach einer anderen Ausführungsform kann man das mit Kupfernitrat überzogene Trägermaterial in daa Prüfröhrchen einfüllen und die Reduktion direkt im Prüfrährchen vornehmen.
• Jedoch ist eine Standardisierung des so behandelten und nachträglich mit Ammoniak imprägnierten Trägermateriale viel schwieriger.
• Beim Durchleiten eines sauerstoffhaltigen Gasgemisches wird die Schicht, ausgehend von der Eintrittsstelle des Gases, blau mit einer sehr scharfen Grenzfläche. Man kann die Prüfröhrchen mit bekannten Gasgemischen eichen, wobei man eine Messung nur bei einem Prüfröhrchen durchführt. Man kann aber auch ein abgemessenes Volumen eines bekannten Gasgemisches durch eine partiell umgesetzte Schicht leiten. Die Länge der umgesetzten blaugefärbten Schicht entspricht dem Sauerstoffgehalt im Gas.
• Die gemäss der Erfindung hergestellte Reagenzmasse eignet sich z. B. für eine schnelle und genaue Sauerstoffbestimmung in Schornsteingssen, Abgasen von Verbrennungsmotoren und anderen Gasgemischen.
• Die Füllkörpermasse kann wie folgt hergestellt werden: 100 g zerkleinerte Tonerde mit einer Teilohengrösse entsprechend einer DIN-Maschenzakl von etwa 2500 - 3600 je om2 werden mit 60 ccm einer Lösung mit 5 Gew.- Kupfernitrat [Cu(N3)2#3H2O] in absolutem Äthanol gleichmässig bedeckt.
• Dann entfernt man das Äthanol durch Abbrennen, indem man die Tonerde fortlaufend rührt, um ein Überhitzen an ihrer Oberfläche zu verhindern. Die mit Kupfernitrat überzogene Tonerde wird dann eine Stunde in einem Quarzrohr in einem Wasserstoffstrom auf 3500 erhitzt. Darauf lässt man die mit Kupfer überzogene Tonerde unter Wasserstoff abkühlen, bringt sie in eine Kammer mit einer sauerstoff-freien Atmosphäre und vermischt sie mit 20 com konzentrierter Ammoniaklösung, bis die Kupfer oberfläche mit Ammoniak imprägniert ist. Die überzogene freifliessende und trocken aussehende Tonerde wird dann in achmale Glasrohre überführt, dai dann für die Lagerung verschlossen werden. Wenn Raumluft durch die Rohre geleitet wird, so färbt sich die überzogene Tonerde schnell blau, und es bildet sich eine sehr scharfe Grensfläche aus. Etwa 2 g überzogene Tonerde reagieren vollständig mit 7 ccm Raumluft.
• Bei ähnlichen Versuchen wurden Proben von mit Kupfer Uberzogener Tonerde mit Athylamin bzw. Piperidin imprägniert. Das anfallende Material war brauchbar für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch, abrer war schlechter als die mit Ammoniak behandelte und mit Kupfer überzogene Tonerde.
• In ähnlicher Weis kann auch eine durch Bedampfung im Vakuum oder elektrolytisch mit Kupfer überzogene Tonerde mit Ammoniak bzw. mit Athylamin bzw. Piperidin imprägniert werden.

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung einer Reagenzmasse zum Nachweie von Sauerstoff und zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration, dadurch gekennzeichnet, dass ein feinkörniger Träger mit Kupfer überzogen und in einer inerten Atmosphäre mit Ammoniak oder einem primären und/oder sekundären Amin imprägniert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer durch Tränken des Trägers mit einer Kupfer salzlößung, Zersetzung des Kupfersalzes zu Kupferoxyd und Reduktion des Kupieroxyds zu metallischem Kupfer auf den Träger aufgebracht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kupfersalzlösung eine wäserige oder alkoholische Kupfernitratlösung verwendet und das durch Zersetzung des Kupfernitrats gebildete Kupferoxyd mit Wasserstoff, vorzugsweise bei 250 - 350°C, zu metallischem Kupfer reduziert wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das Kupfer durch Aufdampfen oder elektrolytisch auf den Träger aufgebracht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein inerter feinkörniger Träger, wie Tonerde, Magnesia, Kieselsäure oder Titandioxyd, verwendet wird.