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Vorrichtung zum Messen von gasformigen Bestandteilen in Gasmischungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse und Messung
von gasförmigen Bestandteilen in Gasproben, speziell ein Verfahren und eine Vorrichtung,
die die kontinuierliche Messung von Spurenbestandteilen, beispielsweise von Ozon
oder Schwefeldioxyd oder anderen Gasen ermöglichen.
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Die gleichzeitige Anwesenheit von Ozon und Schwefeldioxyd in der Atmosphäre,
insbesondere über Stadtgebieten, schafft viele komplizierte Probleme hinsichtlich
der Gesundheit, des Pflanzenwachstums und der Lebensdauer von Industrieprodukten.
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Thermodynamisch gesehen mUssten Ozon und Schwefeldioxyd miteinander
reagieren, wobei nur ein Überschuss des einen oder anderen Reaktionsteilnehmers
übrig bleibt, jedoch wird es diesen Gasen auf Grund ihrer extremen Verdünnung in
der Atmosphäre ermöglicht, aus kinetischen Gründen gleichzeitig zu existrieren.
Es ergibt sich vomit die Frage bezüglich der EinflUse von Ozon und Schwefeldioxyd
in Abwesenheit oder in Gegenwart des Partners Diese verwirrende Situation wird dadurch
noch erachwert, da# die gleichzeitige Anwesenheit von Ozon und Schwefeldioxyd die
Analysen auf diese Substanzen kompliziert.
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Die Erschwerung ergibt sich dadurch, da# zwar das Freiweden von Jod
die Grundlage für zahlreiche sowohl von Hand als auch instrumentell durchgeführte
Analysenverfahren zur Bestimmung von Ozon ist, jedoch Schwefeldioxyd durch Reduktion
von Jod bei diesen Anilysenverfahren stört. Dieee Tatsache wird in der Literatur
durch den Ausdruck"negatives Ozon" bezeichneto In der gleichen Weise sind die Ergebnisse
von Analysenmethoden, denen die Reduktion von Jod mit Schwefeldioxyd zu Grunde liegt,
durch die Anwesenheit von-Ozon falsch.
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Die Erfahrungen mit einer Reihe von manuellen und kontinuierq lichen
Registrierverfahren auf der Basis des Freiwerdens von Jod zur Überwachung des Ozongehalts
der Atmosphäre haben viele Nachteile aufgezeigt. Die Unmoglichkeit, eindeutig-auf
die Ozonkonzentration zu eichen, ist ein gro#es Hindernis, Mangelnde Empfindlichkeit,
träges Ansprechen im Falle von kontinuierlich arbeitenden Analysenapparaturen, Unsicherheit
hinsichtlich der einwandfreien Beschaffenheit des als Reagenz verwendeten Kaliumjodids
und die Notwendigkeit der haufigen Uberwachung, die gegen unbeaufsichtigten Betrieb
fiir längere Zeit spricht, tragen sämtlich zu der allgemeinen Unzufriedenheit bei.
Zwar mögen viele dieser Schwierigkeiten hauptsächlich Probleme der experimentellen
Technik sein, jedoch ist das hervorsteohende Grundproblem die Störung durch Schwefeldioxyd
bei der Ozonanalyse. Es ist somit offensichtlich, da# sowohl hinsichtlich der Untersuchungen
liber die Umgebungseinflse von Ozon ale auch hinsichtlich der Ozonanalyse die Analysen
auf Ozon allein relativ nichtsagend Bein können.
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Zutreffende Ausaagen tiber die atmosphärische Umgebung erfordern die
gleichzeitige Uberwachung der Ozon-und Schwefeldioxydkonzentrationen. Xhnliche Probleme
existieren bei der Regelung der Osonkonzentration in PrUfkammern o. dgl.
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Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Vorrichtung und eine
Methode, die die genannten Nachteile bei der Analyse, Messung und Regelung der Konzentration
von Gasbestandteilen beseitigen. Die Erfindung ermögliaht eine genaue Anzeige der
relativen Mengen der Bestandteile in Gasproben und insbesondere
die
gleichzeitige Messung der relative Ozon-und Schwefeldioxydmenge in Gasproben.
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Jodometrische Methoden zur Beatimmung von Ozon und Schwefeldioxyd
erfordern als Grundlage eine Einrichtung zum Messen von niedrigen Jodkonzentrationen
im Absorptionsreagenz. C@ulometrische, galvaniache und amperometrische Methoden
wurden beschrieben. Die Grundlage des erfindungagemäBen Verfahrens ist die amperometrische
Methode oder Leitfähigkeitsmethode, die von Ehmert in"Ozone Chemistry and Technology",
American Chemical Society, 1959, Avances in Chemistry Series Nr.21, Seite 128, beschrieben
wird. Ehmert zeigte, da# die Leitfähigkeit einer Kaliumjodidlösung, die eine Jodspur
enthält, zwischen Platinelektroden in linearer Beziehung zur Jodkonzentration steht,
wenn ein Potential unterhalb des Zersetzungspotentials von Kaliumjodid angelegt
wird. Das hier su Grunde liegende Prinzip ist die Depolarisation der Platinelektroden
durch das Jod, das den Stromfluß zulä#t. Der Stromfluß steht in linearer Beziehung
zur Jodkonzentration. Die Leitfähigkeit ist ferner eine Funktion der angewandten
elektromotorischen Kraft, der Elektrodenfläche, des Lösungsflusses an den Elektroden
sorbeS und der Elektrolytkonzentration, und diese Faktoren miiseen konatant gehalten
werden.
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Es wurdw gefunden, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung ein
sehr wesentlicher Faktor ist, und daB durch turbulente Strömung wilde Schwankungen
in der Leitfähigkeit erseugt werden während Stromlinienfluss mit gleichmä#iger Geschwindigkeit
stetige Leitfähigkeit ergibt. Es wurde festgestellt, da# dieser letztgenannte Zustand
gemEß der Erfindung erreicht werden kann, indem man das Reagenz durch eine Leitfähigkeitsme#zelle
(1) strömen lä#t, die aus einem Glasrohr der in Fig. 1 dargestellten Auabildung
hergestellt ist und zwei Platindrahtelektroden (2) enthält, dis an einem Gasabsorber
(3) bss. AbsprptionsgefäB befestigt sind und einen Teil des @@tzteren bilden. Der
Gasabsorber kann aus einem kungelförmigen 1 l-Kolben bestehen. Die su analysierende
Luft wird durch eine eingetauchte Düse zugeführt, die eine
Austrittsöffnung
von 0,5 5 x 1 mm hat. Das Reagenz (5) wird durch den Luftstrahl (4) aufgenommen
und zerstäubt. Die zerstäubte Flüssigkeit kondensiert an den Wänden des Absorptionskolbens
(3) und fließt nach unten zum Eintritt (6) der Leitfähigkeitsem#zelle (1) und von
dort in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung zum Luftstrom (4), durch den
sie zurückgeführt wird. Zwischen den beiden Armen der Leitfähigkeitsmeßzelle (1)
wird eine konstante Flüssigkeitshöhe (7) aufrecht erhalten, d. h. die Strömungsmenge
ist gleichmäßig und konstant, wodurch die wichtige Voraussetzung für stetige Leitfähigkeit,
nämlich gleichmäBige Strömungsmenge, erfullt ist. Frisches Re4genz wird Am Eintritt
(8) zum Absorber (3) in gleichmäßiger Menge von 1-5 ml/Min. eingepumpt. Verbrauchte
Luft und verbrauchtes Reagenz verlassen den Absorber durch ein verstellbaree Standrohr
(9), dessen Höhe so reguliert wird, da# sich stets die geeignete Reagenzmenge (5)
von etwa 5 ml im Absorber (3) befeindet.
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Ein Fließschema der bevorzugten Apparatur und Methode gemäß der Erfindung
ist in Fig.2 dargestellt, wo eine Kombinationsapparatur beschrieben ist, die zwei
Gase, wie Ozon und Schwefeldioxyd, gleichzeitig zu analysieren und/oder zu Uberwachen
vermag. Diese Vorrichtung besteht aus zwei im wesentlichen gleichen Kanälen, nämlich
einem für Ozon und einem fUr Schwefeldioxyd. Zum besseren Verständnis des Arbeitsprinzips
wird die Beschreibung in vier Abschnitte unterteilt, nämlich : 1) Luftdurchflussystem
2) Reagenzdurchflussystem 3) Elektrisches Me#system 4) Elektrolysensyatem Luftdurchflu#system
Die Luft wird dem System bei 10 direkt aus der zu analysierenden Atmosphäre oder
aus einem Luftreiniger 11 zugeführt, der ein Gemisch von Aktivkohle und Natronkalk
enthält, durch das Ozon und Schwefeldioxyd vollständig entfernt werden. Die Luft
aus
dem Reiniger wird verwendet, wenn die Apparatur geeicht werden soll. Die Luft wird
dem System mit Hilfe von Rotametern und Nadelventilen 12a und 12b zugeführt.
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Die in den Ozonkanal 13 eingeführte Luft wird in einem Rohr 14 gefiltert,
das Quarzspäne enthält, die mit einer Lösung aus gleichen Gewichtsteilen Chromtrioxyd,
Wasser und piger Phosphorsäure getränkt sind. Hierdurch wird das Schwefeldioxyd,
aber nicht das Ozon entfernt.
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Die in den Schwefeldioxydkanal 15 eingeführte Luft wird in einem Rohr
16 gefiltert, das mit körnigem Eisen (II)-sulfatheptahydrat gefüllt ist. Durch dieses
Salz wird das Ozon wirksam herausfiltriert, aber keine Spur des Schwefeldioxyds
absorbiert.
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Die DurchfluBmenge der Luft in jedem Kanal wird auf 3 1/Minute eingestellt.
Nach der BerUhrung mit dem Reagenz in den Absorbern 3a und 3b werden die gebrauchte
Luft und die verbrauchte Flüssigkeit durch Steigrohre 9a und 9b zum Reagenz-Vorratsbehälter
17 geführt. Die gebrauchte Luft wird mit Hilfe eines Stopfens aus Nylonfasern im
Luftfilter 20 filtriert, um die Vakuumpumpe vor den Dämpfen des Jods zu schttzen,
das im System verdampft wird.
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ReagenzdurohfluBsystem Als Reagenz wird neutrale Natriumjodidlösung
verwendet. Andere Jodide, z. B. Kaliumjodid, können ebenfalls verwendet werden,
jedoch wird Natriumjodid bevorzugt, weil es weniger als Kaliumjodid dazu neigt,
aus der Lösung auszukristallisi@eren, so da# eine geringere Neigung zu Verstopfung
von Leitungen und Schläuchen in der Apparatur durch Kristallwachstum besteht.
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Es wurde gefunden, daß die Konzentration der Natriumjodidlösung einen
geringen Einfluß auf die Funktion der Analyseapparatur ausübt. Lösungen mit 5-10gNatriumjodid
pro Liter können verwendet werden. Es ist jedoch wesentlich, da# das Reagenz neutral
ist, d. h. einen pH-Wert dicht bei 7 hat.
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Bei diesem pH-Wert wird das Reagenz nicht durch Stiokatoffdioxyd in
den Konzentrationen beeinträchtigt, die normalerweise
in der Atmosphäre
vorliegen. Das Reagenz wird in dem Vorratsbehälter 17 gehalten, aus dem es in konstanter
Menge mit einer Dosierpumpe 18 mit zwei Druckleitungen zu den Gasabsorbern 3a und
3b gepumpt wird, aus denen es in der bereits beschriebenen Weise mit Luft wieder
in den Reagenz-Vorratsbehälter gedrückt wird.
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Der Reagenzbehälter 17 ist mit Nylonfasern gefüllt, die die vorteilhafte
Eigenschaft haben, Jod quantitativ aus wässriger Lösung zu absorbieren. Hierdurch
werden zweJ/sehr vorteil-. je @ hafte Funktionen ausgefUhrt : Das Reagenz wird kontinuierlich
regeneriert, so daß eine Ergänzung des Reagenz nur einmal oder zweimal jährlich
notwendig ist. Die andere Funktion besteht darin, die einwandfreie Beschaffenheit
des Reagenz sicherzustellen. Jodlösungen pflgen instabil zu sein, und durch das
Nylon wird etwaiges freies Jod, das durch Zersetzung des-Reagenz gebildet wird,
entfernt.
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Wasser wird in den Luftstrom hinein verdampft. Dieser Verlust wird
aus einem Wasservorratsbehalter 19 erganzt, der mit dem Reagenzbehälter 17 so verbunden
ist, daß er Wasser an das System abgibt, wenn der Stand im Reagenzbehälter 17 fällt.
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Elektrisches MeBsystem Wie bereits erwähnt, wird die Jodkonzentration
gemäß der Erfindung nach der Leitfähigkeitsmdhode gemessen. Strom niedriger Spannung
(siehe Fig. 3A) von 5-50 mV wird von einer 1, 35 V-Quecksilberzelle 101 und einem
Spannungsteiler 102 den Elektroden 2a, 2b in der Meßzelle zugefUhrt. Der Stromdurchgang
bei normalen Arbeitskonzentrationen des Jods liegt zwischen 0 und etwa 2 Mikroampere.
Dieser Strom wird durch einen kleinen Gleichstromverstärker 104 verstärkt. Die Stromstärke
wird durch ein registrierendes Mikroamperemeter 105 mit einem MeBbereich von 0-100
Ampere registriert.
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Da die Leitfähigkeit eine lineare Funktion der Jodkonzentration ist,
die ihrerseits stöchiometrisch zur Ozonkonzentration in der Luft in Beziehung steht,
ist es einfache das
System abzustimmen. Wenn beispielsweise eine
Jodkonzentration anwesend ist, die 10 Teilen Ozon äquivalent ist, kann das Mikroamperemeter
auf 10 Einheiten auf der MeBakala eingestellt werden, indem entweder die Me #-E.M.K.
am Spannungsteiler oder die Verstärkung des Gleichstromverstärkers geregelt wird.
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Bei der bevorzugten Vorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Zweikanalachreiber
verwendet, um die Signale abwechselnd aus den Ozon-und Schwefeldioxydkanälen zu
registrieren.
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Elektrolysensystem Das in Fig. 3B dargestellte Elektrolysensystem
hat zwei Aufgaben. Im Ozonkanal wird es zur Eiohung des systems in Bezug auf die
Ozonkontentration verwendete Im Schwefeldioxydkanal dient es zur Eiohung sowie zur
Bildung von Jod, das einer gegebenen Schwefeldioxydkonzentration äquivalent ist.
Die Eichung erfolgt nach bekannten coulometrisahen Prinzipien.
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Nach dem Paradaysohen Gesetz wird durch 96501 Coulomb Jod in einer
Menge frei gemachtt die 1 g-Atom entspricht. Dies ist seinerseits stoohiometrisoh
äquivalent 0,5 Mol Ozon oder 0,5 Mol Schwefeldioxyd. Hieraus kann bere@hnet werden,
da# ein Strom von 13,33 A Jod in einer Menge frei macht, die 10 Teilen pro 100.000.000
Volumteilen ozon oder Schwefeldioxyd in einem Luftstrom von 1 l/Min. äquivalent
ist.
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Das Elektrolysensystem besteht aus einem kleinen Reduziertransformator
106 mit 2 Sekundärwicklungen 107 und 108, zwei kleinen Doppelweggleichrichtern 109
und 110, zwei Kondensatoren 111 und 112, zwei Regelwiderständen 113 und 114 zur
Regelung der Stromdichte und Platindrahtelektroden 2a und 2b die in Strömungsrichtung
abwärts im anderen Arm der bereits im Zusammenhang mit Fig.1 beschriebenen LeitfähigkeitsmeBzelle
1 angeordnet aind.
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Eichung Das System wird wie folgt geeicht : Man schaltet den Lufteintritt
10 auf reine Luft. Die Luftmenge wird auf den gewünschten Wert eingestellt. Bei
der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind dies 3 1/minute in jedem Kanal,
d.h. 9a und 9b
von Fig.2. Der Elektrolysenstrom wird in jedem Kanal
auf 40 A eingestellt. Somit wird in jedem Absorber Jod in einer Menge gebildet,
die 10 Raumteilen Ozon und Schwefeldioxyd pro 100.000.000 Teile entspricht. Die
Leitfähigkeit zwischen den MeBelektroden steigt nun, und der Zeiger des Meßgeräts
oder Schreibers von Fig.3 zeigt steigenden Stromflu# an.
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Mit der Zeit gleicht sich die Jodbildung mit der Geschwindigkeit des
Abflusses von Jod im verbrauchten Reagenz und in der Luft aus. Zu diesem Zeitpunkt
nimmt der Zeiger des MikroamperemetersJQ5einen stetigen Zustand an. Der ZZeigerausschlag
wird so eingestellt, daß sowohl fUr den Ozonkanal als auch für den Sohwefeldioxydkanal
10 Einheiten auf der Skala des Meßgerätes angezeigt werden. Von diesem Punkt an
unterscheidet sich der Betrieb der beiden Kanäle.
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Arbeitsweise Der Ozonkanal wird eingeschaltet, indem man den Lufteintritt
auf die zu analysierende Atmosphäre schaltet und den Elektrolysenstrom abschalteto
Wenn die Atmosphäre kein Ozon enthält, fällt die Anzeige des Meßgeräts auf die Stromanzeige
Null.
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Angenommen, das Me#gerät zeigt links Null an, so ist der Wert Null
fUr Ozon links auf der Skala. Die Zahlenangabe 0-10 auf der Skala des MeBgeräts
bedeutet nun 0-10 Raumteile Ozon pro 1000000. 000 Raumteile.
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Der Schwefeldioxydkanal wird ebenfalls in Betrieb genommen, indem
der Lufteintritt auf die Atmosphäre geschaltet, jedoch der Elektrolysenstrom für
diesen Kanal nicht abgeschaltet wird. Wenn die zu analysierende Atmophäre kein Schwefeldioxyd
enthält, bleibt das Me#gerät auf dem ursprüngliohen Eichpunkt, der willkürlich auf
dem zehnten Skälenteilstrich gesetzt wurde.
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Dieser Punkt bedeutet nun den Wert Null fUr Schwefeldioxyd.
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Wenn die Atmosphäre Schwefeldioxyd enthält, wird eine äquivalente
Jodmenge verbraucht, und die Leitfähigkeit wird entsprechend geringer. Wenn das
Schwefeldioxyd dem gebildeten Jod gleichkommt oder es übersteigt, registriert das
Meßgerät fUr die LeitfAhigkeit den Wert Null. Die Sohwefeldioxydskala zeigt daher
von rechts nach links an, genau entgegengesetzt
wie die Ozonskala.
Bei üblichem Betrieb wird der rechte Rand der Skala des Schreibers zum Wert Null
für den Schwefeldioxydgehalto Natürlich kann sowohl die Ozonskala als auch die Schwefeldioxydskala
durch Einstellung des Elektrolysenstroms und Ausschlag des. MeBinstrumentes während
der Eichung mit reiner Luft leicht verändert werden. Da der Ozongehalt in den meisten
Teilen des Landes 10 Raumteile pro 100. 000. 000 Teile selten überschreitet, wird
die Ozonakala gewöhnlich auf @-10 gestellt. Der Bereich läßt sich jedoch leicht
auf 0-20 oder 0-40 Teile pro 100.000.000 Teile oder sogar noch höher erweitern.
Der Schwefeldioxydgehalt liegt häufig tuber 10 Raumteilenpro 100.000.000 Teile,
so da# die Schwefeldioxydskala entsprechend den örtlichen Bedingungen für 0-20 oder
Ov40 Raumteile pro 100.000.000 Raumteile oder fUr einen noch höheren Bereich eingerichtet
werden kann, indem der zur Eichung verwendete Elektrolysenstrom erhöht wird. Beispielsweise
wird der Elektrolysenstrom fUr 0. 20 Teile pro 100. 000. 000 Teile bei einem Luftdurchgang
von 3 1/Minute auf 80 A und fUr 0-40 Teile pro 100.000.000 Teile auf 160 A eingestellt.
Bei noch höheren Konzentrationen kann natürlich der Luftdurohgang in Bezug auf den
eichenden Elektrolysenstrom verringert werden, oder die eintretende Luft kann mit
reiner Luft verdünnt werden. Umgekehrt kann bei sehr niedrigen Konzentrationen das
Auflösungsvermögen der Apparatur erhdht werden, indem die Eichpunkte auf 0-5 Raumteile
pro 100. 000.000 Raumteile oder noch niedriger gesetzt werdene Da die Eichung coulometrisch
ist, ist die Messung natürlich von dsr Geschwindigkeit des Reagenzfluases unabhängig.
Es ist jedoch entacheidend wichtig, da# der Zufluß des Reagenz zu den Absorbern
absolut stetig und gleichmäßig ist, um eine richtige Eichung aufrecht zu erhalten.
Der Reagenzfluß bei der bevorzugten Vorrichtung gem§ß der Erfindung liegt zwisohen
1 und 5 ml/Min. Bei der Bestimmung sehr niedriger Konzentrationen ist es zweckmäßig,
die niedrigere StrdmungJgeechwindigkeit
der Lösung anzuwenden
und den Pluß bei höheren Konzentrationen zu erhohen.
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Wenn die Ozon-oder Schwefeldioxydkonzentrationen in zwei Gasproben
verglichen werden sollen, können beide Kanäle der vorstehend beschriebenen Kombinationseinheit
mit den gleichen Vorzugsgasfiltern versehen werden. Diese Anordnung ist vorteilhaft,
wenn beispielsweise Ozon-oder Schwefeldioxydkonzentrationen an den Eintritts-und
Austrittsöffnungen von Reaktionsgefä#en oder PrUfkammern verglichen werden sollen.
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Es ist natürlich unnötig, dieses System als Zweikanalkombination auszubilden,
wie sie vorstehend beschrieben wurde. Das System kann mit nur einem Kanal ausgestattet
werden, der dazu dient, entweder Ozon oder Schwefeldioxyd allein zu aberwachen.
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Wenn nur der Restgehalt der Atmosphäre an Oxydationsmittel oder Reduktionsmittel
bestimmt werden soll, kann ein einzelner Kanal des vorstehend beschriebenen Systems
ohne bevorzugte Ozon-oder Schwefeldioxydfilter betrieben werden. Bei dieser Arbeitsweise
wird der Elektrolysenstrom bei Verwendung reiner Luft auf einen Wert eingestellt,
der einer bestimmten Ozon-und Schwefeldioxydkonzentration entspricht. Das MeBsystem
wird dann so eingestellt, da# der Zeiger des Meßinstruments auf Skalenmitte gentellt
wird. Beim Schalten auf Außenluft zeigt ein Aueschlag nach rechts von der Skalenmitte
einen Ubersohuß des Oxydationsmittel tiber das Reduktionsmittel an, während ein
Ausschlag nach links von der Skalenmitte aus einen Überschuß des Reduktionsmittele
anzeigt.
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Bevorzugte Absorption von Ozon und Schwefeldioxyd Brfolgreicher Betrieb
des Analysensystems hängt von der quantitativen Entfernung von Ozon bzw. Scshwefeldioxyd
ohne Entfernung des anderen Gasea ab. Ozon läßt sich mit Aktivkohle und vielen anderen
Stoffen leicht aura der Luft herausfiltern, jedoch kommt en vor, daß Schwefeldioxyd
ebenfalls durch viele der gleichen Materialien abeorbiert wird. Granulierter Pflanzengummi
(gum rubber) abeorbiert Ozon leicht
und Schwefeldioxyd nur sehr
wenig. Es wurde jedoch festgestellt, daß Eisen (II)-aulfat ein ausgezeichnetes Material
ist, das Ozon quantitativ, aber keine Spur Schwefeldioxyd absorbiert. Granuliertes
Eisen (II)-sulfatheptahydrat einer Teilohengröße von 2,0-4,8 mm kann durchaus erfolgreich
verwendet werden, obwohl das Heptahydrat im Gebrauch Wasser unter Bildung eines
niedrigeren Hydrats bildeto Es wurde gefunden, da# dies keinen EinfluB auf seine
Wirksamkeit als selektives Ozonfilter hat.
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Die Wirksamkeit der Ozonentfernung durch den Eisen (II)-ulfatwäscher
1ä#t sich leicht demonstrieren, indem man den Wäscher abwechselnd in einen Luftstrom
einschaltet, der Ozon enthält, und aus diesem Luftstrom wieder entfernt. Wenn sich
das Filter im Luftstrom befindet wird keine Spur Ozon durch die Analyseapparatur
nachgewiesen. Da# Schwefeldioxyd nicht absorbiert wird, kann nachgewiesen werden,
indem man gereinigte Luft einführt, der eine Spur Schwefeldioxyd zugesetzt wird.
Wenn man den Eisen (II)-eulfatwäscher abwechselnd in den Luftstrom einsetzt und
wieder entfernt, tritt keine Änd@rung der angezeigten Schwefeldioxydkonzentration
ein.
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Schwefeldioxyd wird durch Filtration mit einer Schicht aus Quarzspänen
einer Große von 2, 0-4, 8 mm entfernt, die mit einer Lösung getränkt sind, die gleiche
Gewichtateile Chromtrioxyd, Wasser und 85%ige Phosphorsäure enthält. Nach dem Tränken
lä#t man die überschüssige Lösung ab, bevor die Späne in eine Absorptionskolonne
gefullt werden, Die Wirksamkeit des Schw@feldioxydfilters kann UberprUft werden,
indem man den Ozonkanal mit gereinigter Luft arbeiten läßt und coulometrisch auf
die beschriebene Weise eicht, Der Elektrolysenstrom wird jedoch nicht ausgeschaltet.
Dann kann eine Spur Schwefeldioxyd mit dem Strom der gereinigten Luft zugefUhrt
werden. Ein Durchgang des Schwefeldioxyd durch dam Filter wurde durch eine Bewegung
des Schreibers die Skala abwärts angezeigt. Es wurde nachgewiesen, da# das Chromtrioxyd-Phosphorsäure-Filter
Schwefeldioxyd wirksam entfernt. Da# Ozon
nicht absorbiert wird,
kann nachgewiesen werden, indem man schwefeldioxydfreie Luft, die eine Spur Ozon
enthält, dem Ozonkanal zuführt, während man abwechselnd das Sohwefeldioxydfilter
in den Luftstrom einführt und wieder entfernt. Eine Xnderung der Ozonkonzentration
ist nicht feststellbar, wenn das Filter in den Luftstrom eingesetzt oder aus ihm
entfernt wird.
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Niedrige Ozonkonzentrationen von ttwa 10-20 Teilen pro 100v000o000
Teile können fUr die vorstehend beschriebenen Tests aus einer Miniatur-Ozonerzeugungsapparatur
erhalten werden, die aus einer Ozonbildungslampe G. E. OZ-S-11 mit Ballast G.E.
89-G-504 in einer kleinen Aluminium-Minibox hergestellt ist. Niedrige Schwefeldioxydkonzentrationen
von etwa 10-20 Teilen pro 100.000.000 Teile können erhalten werden, indem man gereinigte
Luft über (nicht durch) 500 ml destilliertes Wasser bläst, dem 1 Tropfen gesättigte
Natriumbisulfitlöaung zugesetzt worden ist, und das sich in einem 1 1-Saugkolben
befindet.
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Die Ozon-und Schwefeldioxydfilter sind langlebig und brauchen nur
selten erneutrt zu werden. Erschöpfung dieser Filter kann nach den Methoden gepruft
werden, die vorstehend fUr den Nachweis ihrer Wirksamkeit beschrieben wurden.
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Einaatzmdglichkeit Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist hinsichtlich
des Konzentrationsbereichs und der Empfindlichkeit eehr flexibel.
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Sie kann zur Messung von 0-5 Raumteilen Ozon oder Schwefeldioxyd pro
100.000.000 Teile son Null bis zur vollen Breite des Registrierstreifens geeicht
werden. Dies bedeutet, da# ein Konzentrationsunterschied bis hinab zu 0, Raumteil
pro 10OOo000o000 Raumteile nachgewiesen werden kann. Der Bereich kann durch einfache
Veränderung des Elektrolysenstrome und durch Yeränderung der MeßE. M. K. oder durch
Verstärkung zur entsprechenden Veränderung der Me#instrumentanzeigen erweitert werden.
Bei höheren Konzentrationen ist es natürlich moglich, die Luftprobe durch Mischen
mit reiner Luft zu verdünnen, die
aus einem Aktivkohle-Kalksoda-Filter
erhalten wird Das Ansprechen auf Konzentrationsänderungen beginnt zwischen 5 und
10 Sekunden. Ein voller Skalenausachlag von beispielsweise 0-10 Raumteilen pro 100.000.000
Teile oder von 10-0 Raumteilenpro, 100.000.000 Raumteile erfordert etwa 20 Minuten.
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Die Stabilität des Signals ist sehr gut, nachdem das Instrument 24
Stunden in Betrieb gewesen ist. Da das Signal anfänglieh etwas auswandert, ist es
zweckmä#ig, nach 24-stündigem Betrieb nachzueichen. Danach ist es nur erforderlich,
die Eichung einmal wöchentlich zu überprüfen.
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Durch den Luftstrom wird Wasser verdampft. Dieser Verlust muS ergänzt
werden. Es wurde gefunden, daß ein 2 1-Wasserbehälter 19 (Figo2) nur einmal wöchentlich
mit destilliertem Wasser nachgefüllt werden muß. Das Reagenz braucht lange Zeit
nicht gewechselt zu werden. Das gleiche gilt für das Nylonfilte@ im Reagenzbehälter
17 (Figo2). Die Erschöpfung des Nylonfilters ist an einer vollständigen Orange-
oder Braunfärbung durch Jod zu erkennen. In einer Versuchsapparatur war ein Nylonfilter
nach ununterbrochenem Gebrauch für mehr als 9 Monate noch nicht verbraucht.
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Die Platinelektroden der Leitfähigkeitsmeßzelle werden gelegentlich"vergiftet".
Die Gründe hierfür sind noch nicht geklärt, jedoch wird angenommen, daß die Vergiftung
durch Fremdetoffe verursacht wird, die mit der Luft eingesaugt werden.
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Es ist bekannt, daB beispielsweise Eisensalze die Me#elektoden vergiften.
Die Vergiftung zeigt sich an erratischen Signalen und niedriger Leitfähigkeit. Wenn
dies geschieht, musse die Elektroden aus dem Absorber auagebaut und mit Natriumbiaulfitlöaung
oder konzentrierter Salpetersäure und anschließend mit Wasser gespült werden um
sie wieder in den ursprünglichen Zuetand zu bringen.
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Ebenso wie bei anderen Systemen, die auf der Jodometfie beruhen, können
etarke Oxydationamittel, z. B. freie Halogene und gewisse Peroxyde, sowie Reduktionsmittel
zusätzlich zu
Schwefeldioxyd die Messung stören. Stickstoffdioxyd
in Konzentrationen, wie sie normalerweise in der Atmosphäre auftreten, stört nicht,
das das Reagenz neutral ist.
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Das vorstehend beschriebene System kann ferner mit geeigneten Relais
oder Kontrollschreibern ausgerUstet werden, die einen Alarm auslösen, wenn die Ozon-oder
Schwefeldioxydkonzentration die zulässigen Grenzen Uberschreitet, und die Konzentration
von Ozon und Schwefeldioxyd in PrUfkammern regeln.