DE1598843B2

DE1598843B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren eines Stoffes in der Gas phase

Info

Publication number: DE1598843B2
Application number: DE1598843A
Authority: DE
Inventors: Johan Felix Jozef Amsterdam Krugers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-03-26
Filing date: 1965-03-23
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE1598843A1; DE1598843C3; US3458258A; SE327572B; NL6403239A; GB1083876A

Description

Es erfolgen wahrscheinlich die nachfolgenden Reaktionen in dem Raum zwischen zwei Elektroden:

1. aktivierte Stickstoffatome bilden mit dem Kohlenstoff das Radikal CN (Cyan);

2. das Radikal CN ist im oder gelangt nach Zusammenstoß mit einem Ladungsträger in den erregten Zustand;

3. das Cyanradikal kehrt unter Ausstrahlung eines Energiequantums wieder in den stabilen Zustand zurück. ίο

Diese Reaktionen erfolgen auch, wenn das System aus einem kohlenstoffhaltigen Gas mit Stickstoff als Verunreinigung besteht.

Es sei bemerkt, daß es an sich bekannt ist, daß Störungen in einem Spektralbild durch das Auftreten von Cyanbändern entstehen können, wenn in dem Entladungsgefäß gleichzeitig Stickstoff aus der Luft und Kohlenstoff vorhanden sind.

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein Raum 20 ist mit reinem Stickstoff unter verhältnismäßig hohem Druck gefüllt, der durch ein Ventil eingeführt wird. In dem Raum 20 befinden sich zwei koaxiale, zylindrische Hohlelektroden 3 und 4, die von einem hohlen Quarzzylinder 5 umgeben sind. An die Elektroden 3 und 4 wird eine hohe Wechselspannung von einer Spannungsquelle 1 gelegt.

In der Stickstoffatmosphäre wird zwischen den Elektroden 3 und 4 eine elektrische Entladung aufrechterhalten. Die zu untersuchende, gasförmige Kohlenstoffverbindung wird, gegebenenfalls äußerst stark mit dem reinen Stickstoff verdünnt, durch ein Ventil 7 in den Raum 20 eingelassen. Dieses Gas reagiert mit dem atomaren Stickstoff auf die vorstehend geschilderte Weise, so daß Strahlung im sichtbaren und im ultravioletten Bereich ausgestrahlt wird. Die Messung erfolgt in einem schmalen Wellenlängenbereich um eine mittlere Wellenlänge von 3880 Ä. Durch ein Linsensystem 10,11 und ein Filter 12, das lediglich Strahlung in dem Bereich um 3880A durchläßt, wird das ausgestrahlte Licht auf eine lichtempfindliche Kathode 13 einer Photovervielfacherröhre 14 entworfen. Das Ausgangssignal einer Röhre

14 wird in einem Verstärker 15 verstärkt. Das verstärkte Signal wird von einem Instrument 16 abgelesen.

Die Elektroden 3 und 4 sind mit hervorragenden Ansätzen 9 bzw. 19 versehen. Die Entladung zwischen den Elektroden konzentriert sich somit zwischen den Ansätzen 9 und 19. In erster Linie ist die Entladung stabil, und zweitens ist es möglich, mit dem Linsensystem 10, 11 auf die gleiche Stelle des Entladungsraumes einzustellen.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich bei einem verhältnismäßig hohen Stickstoffdruck, z.B. von etwa 1 Atmosphäre, durchführen. Dies hat die nachfolgenden Vorteile:

1. der Entladungsraum kann verhältnismäßig klein sein;

2. die Entladung erfolgt bei einem verhältnismäßig niedrigen Strom von einigen zehn Milliampere. Die Entladung erfolgt nunmehr nicht in dem Gebiet, in dem Bogenentladungen auftreten, so daß die Elektroden nicht oder doch kaum durch auffallende Ionen erhitzt werden. Es liegt somit nicht die Gefahr eines Verdampfens dieser Elektroden vor. Es treten daher auch keine störenden Reaktionen in dem Entladungsraum auf. Die Wahl des Elektrodenmaterials ist somit nicht besonders beschränkt.

In einer Ausführungsform war der Raum mit reinem Stickstoff von 1 Atmosphäre gefüllt. Die Spannungsquelle 1 hatte eine Klemmenspannung von

15 kV. Der Strom zwischen den Elektroden 3 und 4 war 4OmA. Die Elektroden 3 und 4 bestanden aus Ag. Die Ansätze 9 und 19 waren aus Kupfer. Ein Zusatz von 5 · 10~¹² gm Kohlenstoff pro Sekunde in Form der Kohlenstoffverbindung C₃H₈ zum Stickstoff lieferte einen Ausschlag, der noch gerade den Rauschpegel der Entladung überschritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 zugeführt, und die Bildung und Anregung der Patentansprüche: CN-Gruppe erfolgt mittels einer chemischen Reak tion, d. h., der Flamme wird chemische Energie ent-

1. Verfahren zum Detektieren eines in der zogen. Mit diesem bekannten Verfahren läßt sich je-Gasphase befindlichen Stoffes, der in einen gegen 5 doch nur eine sehr geringe Nachweisempfindlichkeit die Umgebungsluft abgeschlossenen Raum einge- in der Größenordnung von etwa 60 ppm erzielen, bracht wird, bei dem in dem Raum eine elektri- d. h. 60 μg pro Gramm. Nimmt man an, daß 0,1 g Lösche Entladung erzeugt und eine hierbei erzeugte sungsmittel pro Sekunde benutzt wird, dann bedeutet Strahlung nach Wellenlänge und Intensität analy- dies etwa 6 μg pro Sekunde. Der vorliegenden Erfinsiert wird, dadurch gekennzeichnet, io dung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der daß die elektrische Entladung in einer Atmo- eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, Sphäre aus sauerstofffreiem, reinem Stickstoff er- daß mit ihm eine wesentlich höhere Nachweisempzeugt wird, und daß der zu detektierende Stoff findlichkeit erreicht wird und auch Änderungen der mit dem durch die elektrische Entladung ange- Gaszusammensetzung schnell angezeigt werden,
regten und aktivierten Stickstoff gemischt wird. 15 Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge-

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zu kennzeichnet, daß die elektrische Entladung in einer detektierende Stoff eine kohlenstoffhaltige Ver- Atmosphäre aus sauerstofffreiem, reinem Stickstoff bindung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugt wird, und daß der zu detektierende Stoff mit Strahlung, die von dem bei der Mischung der dem durch die elektrische Entladung angeregten und kohlenstoffhaltigen Verbindung mit dem angereg- 20 aktivierten Stickstoff gemischt wird.

ten und aktivierten Stickstoff entstandenen Cyan- Wenn der zu detektierende Stoff eine kohlenstoffradikal emittiert wird, gemessen wird. haltige Verbindung ist, wird zweckmäßigerweise die

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Strahlung, die von dem bei der Mischung der kohlen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der stoffhaltigen Verbindung mit dem angeregten und Stickstoffdruck in dem Raum so hoch gewählt 25 aktivierten Stickstoff entstandenen Cyanraduikal wird, daß Glimmentladungen entstehen. emittiert wird, gemessen. Auch ist es vorteilhaft,

4. Verwendung des Verfahrens nach An- wenn der Stickstoffdruck in dem Raum so hoch gespruch 1 oder 3 zum Nachweis von in der Dampf- wählt wird, daß Glimmentladungen entstehen. Bephase vorliegenden Metallatomen. sonders geeignet ist dieses Verfahren auch zum

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 30 Nachweis von in der Dampfphase vorliegenden Merens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Raum tallatomen.

zur Aufnahme des zu untersuchenden Gases, mit Eine Vorrichtung zur Durchführung des eingangs

einer Leitung zur Zuführung des zu untersuchen- genannten Verfahrens geht aus von der aus der deutden Gases in den Raum, mit zwei in dem Raum sehen Patentschrift 1 087 832 bekannten Vorrichangeordneten Elektroden, die zur Erzeugung 35 rung. Sie enthält wie diese einen Raum zur Aufeiner elektrischen Entladung in dem Raum an nähme des zu untersuchenden Gases, eine Leitung eine Wechselspannungsquelle hoher Spannung zur Zuführung des zu untersuchenden Gases in den angeschlossen sind, und mit einem optischen Sy- Raum, zwei in dem Raum angeordnete Elektroden, stern zur Analyse der emittierten Strahlung, da- die zur Erzeugung einer elektrischen Entladung in durch gekennzeichnet, daß die Elektrode (3) 40 dem Raum an eine Wechselspannungsquelle hoher einen Ansatz (19) und daß die Elektrode (4) Spannung angeschlossen sind, und ein optisches Syeinen Ansatz (9) aufweist, daß die beiden An- stem zur Analyse der emittierten Strahlung. Diese sätze (9,19) aus einem anderen Material beste- bekannte Vorrichtung bedarf jedoch einiger Verbeshen als die übrigen Teile der Elektroden (3,4) serungen, um die mit dem erfindungsgemäßen Ver- und daß die öffnung des optischen Systems (10, 45 fahren angestrebten Vorteile zu erreichen. Diese Ver-11,12) auf die zwischen den Ansätzen (9,19) lie- besserungen bestehen erfindungsgemäß darin, daß gende Stelle des Raumes (20) gerichtet ist. die erste Elektrode einen ersten Ansatz und die

zweite Elektrode einen zweiten Ansatz aufweisen, daß diese beiden Ansätze aus einem anderen Mate-

50 rial bestehen als die übrigen Teile der Elektroden

und daß die öffnung des optischen Systems auf die zwischen den Ansätzen liegende Stelle des Raumes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detek- gerichtet ist.

tieren eines in der Gasphase befindlichen Stoffes, der Mit einer derart verbesserten Vorrichtung liefert

in einen gegen die Umgebungsluft abgeschlossenen 55 das vorgeschlagene Verfahren eine um einen Faktor Raum eingebracht wird, bei dem in dem Raum eine 10° vergrößerte Nachweisempfindlichkeit,
elektrische Entladung erzeugt und eine hierbei er- Es hat sich empirisch ergeben, daß sehr kleine

zeugte Strahlung nach Wellenlänge und Intensität Mengen einer Kohlenstoff enthaltenden Verbindung analysiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durch- durch das Verfahren nach der Erfindung detektiert führung dieses Verfahrens. 60 werden können. Dies ist offenbar auf die Kombina-

Ein Verfahren der obengenannten Art ist aus der tion einer Anzahl von Eigenschaften des atomaren deutschen Auslegeschrift 1 124734 bereits bekannt. Stickstoffes zurückzuführen: atomarer Stickstoff hat Außerdem ist in der Zeitschrift »Analytical Chemi- eine verhältnismäßig lange Lebensdauer und reagiert stry«, Bd. 34, Nr.

6, Mai 1962, S. 635 bis 639, ein mit großer Heftigkeit. Diese Eigenschaften können Verfahren beschrieben, bei dem Stickstoff an Hand 65 auch dazu benutzt werden, in Form von Vcrunreinider mittels einer organischen, stickstofffreien gungen vorhandene Metallatome zu erregen und Flamme angeregten Cyan-Emissionslinien jiachge- diese mittels der erzeugten Strahlungsemission zu dewiesen wird. Der Flamme wird ein wenig Stickstoff tektieren.