DE1598420C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Menge an freiem ungelöstem Wasser in einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Menge an freiem, ungelöstem Wasser in einer Flüssigkeit, bei dem eine bekannte Menge der Flüssigkeit durch eine Filtersubstanz hindurchgeleitet wird, welche ungelöstes Wasser zurückhält und unter der Einwirkung von ultraviolettem Licht Fluoreszenzstrahlung einer der abgeschiedenen Wassermenge entsprechenden Intensität emittiert, und bei dem die Filtersubstanz und ein Fluoreszenz-Standard, dessen Fluoreszenzintensität der Intensität der eine bekannte Wassermenge enthaltenden Filtersubstanz entspricht, mit ultraviolettem Licht bestrahlt und die Fluoreszenzintensitäten von Filtersubstanz und Fluoreszenzstandard miteinander verglichen werden.

Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer UV-Strahlungsquelle, einer zur Abscheidung des freien Wassers aus einer bekannten Menge der zu untersuchenden Flüssigkeit dienenden Filtersubstanz, welche der UV-Strahlung der UV-Strahlungsquelle aussetzbar und zur Emission von Fluoreszenzstrahlung einer der abgeschiedenen Wassermenge entsprechenden Intensität anregbar ist, und einem Fluoreszenzstandard, der bei

'5 Bestrahlung mit der UV-Strahlung der UV-Strahlungsquelle Fluoreszenzlicht einer Intensität emittiert, welche der Intensität der eine bekannte Wa:.sermenge enthaltenden Filtersubstanz entspricht, sowie Vergleichseinrichtungen für die von der Filtersubstanz und dem Fluoreszenzstandard emittierten Fluoreszenzlichtintensitäten.

Aus der US-PS 30 66 221 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem eine bekannte Menge der Flüssigkeit durch eine Filtersubstanz hindurchgeleitet wird, welche ungelöstes Wasser zurückhält und unter der Einwirkung von ultra-violettem Licht Fluoreszenzstrahlungen einer der abgeschiedenen Wassermenge entsprechenden Intensität emittiert. Dabei wird die Filtersubstanz und ein Fluoreszenzstandard, dessen Fluoreszenz-Intensität der Intensität der eine bekannte Wassermenge enthaltenden Filtersubstanz entspricht, mit ultraviolettem Licht bestrahlt; die Fluoreszenz-Intensitäten von Filtersubstanz und Fluoreszenzstandard werden miteinander verglichen.

Zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Ultraviolettstrahlungsquelle und eine zur Abscheidung des freien Wassers aus einer bekannten Menge der zu untersuchenden Flüssigkeit dienende Filtersubstanz aufweist, welche der Ultraviolettstrahlung der Ultraviolettstrahlungsquelle aussetzbar und zur Emission von Fluoreszenzstrahlung einer der abgeschiedenen Wassermenge entsprechenden Intensität anregbar ist. Die Vorrichtung enthält weiterhin einen Fluoreszenzstandard, der bei Bestrahlung mit der Ultraviolettstrahlung der Ultraviolettstrahlungsquelle Fluoreszenzlicht einer Intensität emittiert, welche der Intensität der eine bekannte Wassermenge enthaltenden Filtersubstanz entspricht. Schließlich besitzt die bekannte Vorrichtung Vergleichseinrichtungen für die von der Filtersubstanz und dem Fluoreszenzstandard emittierten Fluorlichtintensitäten.

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung, die Aufgabe zugrunde. Maßnahmen zum Vergleich der Fluoreszenzintensitäten bzw. Vergleichseinrichtungen zu schaffen, mit denen genauere Ergebnisse als im Fall des bekannten Verfahrens bzw. der bekannten Vorrichtung erzielt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des auf die Filtersubstanz oder des auf den Fluoreszenzstandard gerichteten ultravioletten Lichtes so lang variiert wird, bis die von der Filtersubstanz und dem Fluoreszenzstandard emittierten Fluoreszenzstrahlungen gleich stark sind und daß der Wassergehalt der gefilterten Flüssigkeitsmenge aus der Änderung der Intensität des ultravioletten Lichts ermittelt wird.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung umfassen die Vergleichseinrichtungen ein Gehäuse, welches zwei jeweils von einem Teil der Ultraviolettstrahlung der Ultraviolettstrahlungsquelle beaufschlagte und durch eine lichtundurchlässige Wand getrennte Kammern aufweist, die jeweils mit einer Sichtöffnung versehen sind und Halterungen für die Filtersubstanz bzw. den Fluoreszenzstandard besitzen. Ferner weisen die Vergleichseinrichtungen Mittel zur Variation der in eine der beiden Kammern fallenden Ultraviolettstrahlungsintensität sowie Einrichtungen zur Ermittlung der zur Herstellung gleicher Fluoreszenzlichtintensitäten erforderlichen Änderung der Ultraviolettstrahlungsintensität auf.

Das Wesen der Erfindung liegt also darin, daß die '5 Intensität des auf eine der zu vergleichenden Proben auftreffenden ultravioletten Lichts so variiert wird, daß die Fluoreszenzintensität der einen Probe mit der Fluoreszenzintensität der anderen Probe gleich wird. Aus der jeweils erforderlichen Abschwächung des ultravioletten Lichts kann der genaue Wassergehalt der Probe ermittelt werden. Eine derartige Messung ist wesentlich genauer als die bekannte Strahlungsmessung, wie sie beispielsweise in dem Werke von G. K ο r t ü m »Kolorimetrie, Photometrie und Spektrome- *5 trie«, Springer Verlag (1962) auf den Seiten 213 bis 216 angegeben wird. Diese Vorrichtung arbeitet mit durchfallendem Licht, während im vorliegenden Fall eine Fluoreszenzemission von Testproben bei Bestrahlung derselben mit ultraviolettem Licht beobachtet wird. Auf den Gedanken, unsichtbares ultraviolettes Licht, welches erst an den zu untersuchenden Proben in Fluoreszenzlicht umgewandelt wird, zur Vergleichung und speziell zur Ermittlung des Feuchtigkeitsgehaltes von Flüssigkeiten zu verwenden, konnte anhand der Angaben in dem Werke von Kortüm offensichtlich kein Fachmann kommen.

Gegenüber dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung weist die erfindungsgemäße Arbeitsweise den Vorzug auf, daß nunmehr eine direkte quantitative Messung der Wassergehalte der zu untersuchenden Proben möglich ist, während die in den Entgegenhaltungen beschriebenen Einrichtungen und Verfahren nur eine qualitative Abschätzung der Wassermengen gestatten.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung, auseinander gezogen, F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung, von vorne,

Fig.3 einen horizontalen Querschnitt nach 3-3 der Fig.2,

F i g. 4 einen Querschnitt nach 4-4 der F i g. 3, und

F i g. 5 eine Ansicht eines typischen Test- Elementes.

Wenn in der nachfolgenden Beschreibung von »freiem Wasser« gesprochen wird, so ist darunter der Wassergehalt zu verstehen, der im Überschuß über dem Sättigungswert in einem flüssigen Kohlenwasserstoff enthalten ist. Mit anderen Worten, der Ausdruck »freies Wasser« wird synonym mit ungelöstem Wasser benutzt. In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleicher Bezifferung versehen sind, ist mit 10 die Vorrichtung zur Bestimmung des freien Wassers bezeichnet. Darin ist eine Quelle 12 für ultraviolettes Licht vorhanden, die vorzugsweise batteriebetätigt ist. Die ultraviolette Lichtquelle ist an einer mit öffnungen versehenen Platte 14 befestigt, die ihrerseits mittels üblicher Befestigungen mit einem Schaukasten 16 fest verbunden ist. An der unteren Fläche der ultravioletten Lichtquelle 12 befindet sich ein Lichtemissionsfenster 18, durch das ultraviolettes Licht gleichförmiger Intensität in und durch zwei vorzugsweise einen gleichen Durchmesser aufweisende nebeneinander liegende Öffnungen strahlt, die in der mit Öffnungen versehenen Platte 14 vorhanden sind. Das Licht, das durch die Öffnungen 20 hindurchtritt, beleuchtet die linke und die rechte Kammer des Schaukastens 16. Die Kammern werden durch eine herabhängende Teileinrichtung 22 in dem Schaukasten 16 gebildet; dabei teilt die Teileinrichtung 22 den Innenraum des Schaukastens 16 in eine links gelegene und mit 24 bezeichnete Kammer für die Testprobe und eine rechts gelegene, mit 26 bezeichnete Kammer für die Standard-Probe. Beide Kammern 24 und 26 sind mit der Außenumgebung des Schaukastens 16 durch Sichtöffnungen 28 bzw. 30 verbunden. Die Kammern weisen direkt unterhalb dieser Sichtöffnungen 28 und 30 ein Paar drehbar befestigte Halterungen auf. Die links gelegene Halterung 32 ist zur Aufnahme eines Testproben-Elementes bestimmt, das zur Aufnahme der zu prüfenden Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit dient. Die rechts gelegene Halterung 34 gleicht der links gelegenen Halterung 32 und dient zur Aufnahme einer Standard-Probe, die unter einer gegebenen Stärke des ultravioletten Lichtes eine bestimmte Fluoreszenz-Intensität zeigt, die einer bekannten Menge an nicht gelöstem Wasser entspricht. An jeder der Halterungen 32 und 34 ist ein vorderes Flanschteil 36 vorgesehen, das nach oben gebogen ist und das dazu dient, die Drehung der Küvetten nach innen mechanisch abzustoppen, wenn Anschlag gegen die Vorderfläche des Schaukastens 16 erfolgt. Jede der Halterungen hat außerdem eine abgestufte Öffnung 38, die so angeordnet ist, daß sie den Randteil der runden Prüfkörper-Elemente zu überdecken vermag, wie dies nachstehend beschrieben ist. jede Halterung läßt sich um eine allgemein mit 41 bezeichnete Drehachse drehen.

Unterhalb einer der Öffnungen ist eine mit einer Irisblende 40 einstellbare zweite Öffnung angeordnet, deren tatsächlicher Durchmesser durch Drehen eines Justierarmes 42, der sich von dem Schaukasten nach außen erstreckt, verkleinert werden kann. Wenn der Justierarm auf maximale Öffnung eingestellt ist, dann sollte die Einstellung der Irisblende vorzugsweise so sein, daß sie einen der Öffnung 20 gleichkommenden Durchmesser hat, und dann hat das Licht, das durch jede Öffnung 20 in jede der Kammern 24 und 26 fällt, gleiche Intensität. Demzufolge ist das Licht, das auf die, auf der Halterung 32 in der links gelegenen Kammer 24 angeordnete Testprobe fällt, praktisch gleich demjenigen Licht, das auf die auf der Halterung 34 in der Kammer 26 befindliche Standard-Probe auf trifft. Die Proben werden vorzugsweise aus einem Filterpapier-Material 44 hergestellt, auf das eine wasserempfindliche Imprägnierung oder ein solcher Überzug 46 aufgebracht ist. Die Standard-Probe kann dieser Art sein, sie kann aber auch aus einer Sorte einer fluoreszierenden Farbe bestehen, deren Fluoreszenz-Intensität einer vorbestimmten Menge an freiem Wasser entspricht. Man kann ein anderes stabileres Standardproben-Element auch aus einer Kombination von fluoreszierenden und nicht fluoreszierenden anorganischen Pigmenten bilden. Eine Standard-Probe dieser Art würde einen gleichförmigen Grundüberzug aus nicht fluoreszierenden anorganischen Pigmenten, die unter einfachem Licht die gleiche Farbe wie die Farben der Testprobe

haben, aufweisen. Über diese Grundschicht würde die gewünschte, einer vorbestimmten Menge an freiem Wasser entsprechende Menge' an fluoreszierendem anorganischen Phosphor aufgebracht sein. Vorzugsweise sollte die Gestaltung der fluoreszierenden Schicht angepaßt sein der Gestaltung des Grundüberzugs unter gewöhnlichem Licht, und unter ultraviolettem Licht sollte auch ein dem Aussehen der Testprobe ähnliches Aussehen vorhanden sein.

Man arbeitet so, daß man eine bekannte Menge an zu prüfender Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit, vorzugsweise Düsentreibstoff (mit nicht gezeigten Einrichtungen) durch das Filterpapier 44 hindurch¹ leitet. Die Überzugsimprägnierung 46 auf dem Papier 44 hat die Fähigkeit, freies Wasser aus dem durch das Papier hindurch geleiteten Treibstoff zu absorbieren. Die Überzugsschicht 46 kann aus einer Kaliumsalz-Zusammensetzung oder aus anderen Salzen, beispielsweise Natriumsalz bestehen. In jedem Fall hat das Material die Eigenschaft, entsprechend der Menge an freiem Wasser, die während des Hindurchleitens der Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit durch das Filter-Element 44 von dem Salz aufgenommen worden ist, zu fluoreszieren. Die so hergestellte Testprobe wird auf die Halterung 32 in der links gelegenen Kammer 24 aufgebracht und dann durch das links gelegene Ultraviolett-Fenster 18 bestrahlt. Das Standard-Element wird auf die rechte Halterung 34 aufgebracht und dann der durch die Irisblende 40 gehenden Strahlung ausgesetzt. Wenn, wie dies gewöhnlich der Fall ist, die Fluoreszenz-Intensitäten der beiden so bestrahlten Elemente differieren, wird der Justierarm 42 bis zu einer Stelle verschoben, an der das Licht, das auf das Standard-Element auftrifft, vermindert ist, so daß dessen Fluoreszenz-Intensität abnimmt bis zu einem Punkt, an der sie übereinstimmt mit der Fluoreszenz-Intensität der Probe, die der das Instrument Bedienende durch die Sichtöffnung 28 im Auge hat. An diesem Punkt, an dem die Fluoreszenzhelligkeit übereinstimmt, ist dann der Meßwert der verminderten Strahlung, die aus der Abnahme des Durchmessers der Öffnung resultiert, proportional der Menge an freiem Wasser, das von der Testprobe aufgenommen worden ist, und diesen Wert kann man auf einem Indexanzeiger 47 der gegenüber einer Skala 48 auf dem Arm 42 sitzt, ablesen. Zur Vereinfachung sind in F i g. 2 der Arm 42 und die Skala 48 vorne auf der Vorrichtung dargestellt, sie werden jedoch vorzugsweise entfernt von den Sichtöffnungen entweder an den Enden oder an der Rückseite des Schaukastens 16 angebracht.

Bei der oben beschriebenen Arbeitsweise wurde die normale Fluoreszenz-Intensität der Standard-Probe auf der Halterung 34 so ausgewählt, daß sie unter der Einwirkung von unreduziertem ultraviolettem Licht eine höhere Fluoreszenz-Intensität hat als die Testprobe in der Kammer 24. Dabei ist es dann normalerweise erforderlich, die Intensität des Lichtes, die auf die Standard-Probe auftrifft, gegenüber der maximalen Licht-Intensität zu verringern, damit die Fluoreszenz die gleiche wird wie die des Testprobenstückes. In F i g. 2 sind eine Vielzahl von Indizes 48 veranschaulicht, für die, wie dies typisch ist, die maximale Wasserkonzentration für 10 ppm, 50 ppm und 200 ppm angegeben ist. Bei der Benutzung der Vorrichtung verwendet man je nach dem Bereich, in dem der Wassergehalt der zu prüfenden Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit liegt, entweder ein Standard-Element von 10 ppm, 50 ppm oder 200 ppm, um die tatsächliche Menge an freiem Wasser, die auf der Testprobe in der Kammer 24 gesammelt ist, anzugleichen, und vorzugsweise wird das Volumen der zu prüfenden Flüssigkeit so eingestellt, daß man die tatsächliche Menge an auf diese Weise bestimmtem freiem Wasser gegen ein einziges Standard-Element bestimmen kann. Beispielsweise kann man ein einziges Standard-Element, das 50 ppm an freiem Wasser angibt, in einer 100-ml-Probe der Testflüssigkeit verwenden. Dann gibt die gleiche Standard-Probe 10 ppm in einer 500-ml-Testprobe und 200ppm in einer 25-ml-Testprobe wieder.

Vorstehend wurde zu Erläuterungszwecken angenommen, daß der Test-Probekörper unter einer nicht veränderlichen linken Öffnung 20 sitzt und das Standard-Element sich unterhalb der variablen Öffnung, die durch die Irisblende 40 begrenzt wird, befindet, und das Standard-Element wurde so ausgewählt, daß es eine normale Fluoreszenz-Intensität aufweist, die größer ist als diejenige der üblichen Test-Elemente. Es versteht sich jedoch, daß die relative Lage der Teile auch eine umgekehrte sein kann. Mit der beschriebenen Vorrichtung können Wasserkonzentrationen gemessen werden, die so groß wie oder kleiner als die der Standard-Probe sind; die untere Grenze ergibt sich aus der Größe der schmälsten Öffnung, bis zu der die Irisblende 40 geschlossen werden kann. Die engste Farbübereinstimmung läßt sich bei den höchsten Wasserkonzentrationen einsetzen, wenn die Blende weit offen ist, und die Menge an ultraviolettem Licht und äußerem Tageslicht bei beiden Öffnungen nahezu die gleiche ist. Diese Konfiguration wird dann bevorzugt, wenn der Gehalt an freiem Wasser, der gemessen werden soll, unterhalb des maximalen Wertes gehalten wird, wie dies der Fall ist bei üblichen Qualitätskontroll-Prüfungen von Düsentreibstoff.

Wie bereits erwähnt, kann jedoch auch die Testprobe unter die variable Öffnung 40 gelegt werden. Bei dieser Anordnung gibt das Standard-Element die geringste Menge an in Frage kommendem freiem Wasser wieder, und die Meß-Konzentrationen liegen von dieser Menge an aufwärts bis zu einer Grenze, die von der kleinstmöglichen Öffnung gesetzt ist. Für diesen Fall entspricht die engste Farbübereinstimmung der niedrigst-kalibrierten Wasserkonzentration, da die Irisblende an dieser Stelle weit geöffnet ist. Für höhere Wasserkonzentrationen ist unter gleichem ultraviolettem Licht der Test-Prüfkörper heller als die Standard-Probe, und die Irisblende muß verkleinert werden, damit die Fluoreszenz-Intensitäten übereinstimmen. Diese Anordnung kann bei Anwendungsarten bevorzugt werden, bei denen der Gehalt an freiem Wasser oberhalb eines gewissen Minimum-Wertes gehalten werden sollte.

Es ist beispielsweise auch nicht unbedingt notwendig, daß man die Standard-Probe auf die bewegliche Halterung 34 aufbringt; man kann sie auch unterhalb der Irisblende 40 dauerhaft befestigen, wobei auf eine oder auf die beiden drehbaren Halterungen verzichtet werden kann. Eine andere Abänderung kann darin bestehen, daß man beispielsweise die gleichgroßen Löcher in dem Boden des Schaukastens 16 direkt unterhalb der Lichteinfallöffnungen 20 anordnet. Dann werden, unabhängig von der Größe der verwendeten Testproben-Scheiben, die Flächen, auf denen die übereinstimmenden Fluoreszenz-Intensitäten sichtbar werden, stets für den Testprobenkörper und für die Standard-Probe sich gleichen. Das ermittelte freie Wasser wird entsprechend dem effektiven Prüfscheibenbereich einreguliert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Menge an freiem, ungelöstem Wasser in einer Flüssigkeit, bei dem eine bekannte Menge der Flüssigkeit durch eine Filtersubstanz hindurchgeleitet wird, welche ungelöstes Wasser zurückhält und unter der Einwirkung von ultraviolettem Licht Fluoreszenzstrahlung einer der abgeschiedenen Wassermenge entsprechenden Intensität emittiert, und bei dem die Filtersubstanz und ein Fluoreszenz-Standard, dessen Fluoreszenzintensität der Intensität der eine bekannte Wassermenge enthaltenden Filtersubstanz entspricht, mit ultraviolettem Licht bestrahlt und die Fluoreszenzintensitäten von Filtersubstanz und Fluoreszenzstandard miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des auf die Filtersubstanz oder des auf den Fluoreszenzstandard gerichteten ultravioletten Lichts so lange variiert wird, bis die von der Filtersubstanz und dem Fluoreszenzstandard emittierten Fluoreszenzstrahlungen gleich stark sind, und der Wassergehalt der gefilterten Flüssigkeitsmenge aus der Änderung der Intensität des ultravioletten Lichts ermittelt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer UV-Strahlungsquelle, einer zur Abscheidung des freien Wassers aus einer bekannten Menge der zu untersuchenden Flüssigkeit dienenden Filtersubstanz, welche der UV-Strahlung der UV-Strahlungsquelle aussetzbar und zur Emission von Fluoreszenzstrahlung einer der abgeschiedenen Wassermenge entsprechenden Intensität anregbar ist, und mit einem Fluoreszenzstandard, der bei Bestrahlung mit der UV-Strahlung der UV-Strahlungsquelle Fluoreszenzlicht einer Intensität emittiert, welche der Intensität der eine bekannte Wassermenge enthaltenden Filtersubstanz entspricht, sowie mit Vergleichseinrichtungen für die von der Filtersubstanz und dem Fluoreszenzstandard emittierten Fluoreszenzlichtintensitäten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtungen ein Gehäuse (16) umfassen, welches zwei jeweils von einem Teil der UV-Strahlung der UV-Strahlungsquelle (12) beaufschlagte und durch eine lichtundurchlässige Wand (22) getrennte Kammern (24, 26) aufweist, die jeweils mit einer Sichtöffnung (28, 30) versehen sind und Halterungen (32, 34) für die Filtersubstanz (44,46) bzw. den Fluoreszenzstandard besitzen, und daß die Vergleichseinrichtungen ferner Mittel (40) zur Variation der in eine der beiden Kammern (26) fallenden UV-Strahlungsintensität sowie Einrichtungen (47, 48) zur Ermittlung der zur Herstellung gleicher Fluoreszenzlichtintensitäten erforderlichen Änderung der UV-Strahlungsintensität aufweisen.