DE1673104B2 - Vorrichtung zum Nachweis und zur Messung von Molekülen, beispielsweise Duftstoffen in Luft - Google Patents
Vorrichtung zum Nachweis und zur Messung von Molekülen, beispielsweise Duftstoffen in LuftInfo
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Description
Der Meßkopf weist einen Tesueil oder empfindlichen
Teil 1 auf, der aus dielektrischem Malerin!,
z. B. Glimmer, Glas, Kunststoff, Papier od. dgl., besteht
und ein elektrisches Oberflächenpotenlial hat,
das auf die Moleküle von Duftstoffen anspricht. Die Oberfläche« des empfindlichen Teils 1 ist an
ihrer Peripherie, wie dargestellt, geerdet und so angeordnet,
daß sie der Luft oder den Duftstoffen ausgesetzt werden kann. Die andere Oberfläche des
empfindlichen Teils 1 ist mit einem elektrisch leitfähigen Material 6, wie z. B. Kupfer. Silber od. dgl.,
abgedeckt. Das elektrisch leitfähige Material ist durch einen isolator </ gegenüber der Erde isoliert
und von der Umgebung, der die Oberfläche α ausgesetzt ist. abgekapselt. Das leitfähige Maieria/ b ist
iiixr einen abgeschirmten Leiter c mit einer oder mehreren Vorrichtungen verbunden, die auf das
Gleichspannungspotential der Oberfläche des empfindlichen Teils, bezogen auf Erde, ansprechen. Wie
in Fig. f dargestellt ist. kann ein Mil·' ovoltmeter 2.
das parallel zu einem Registriergerät 3 geschaltet ist, verwendet werden. Alternativ kann ein Mikroamperemeter
zur Messung des von dem empfindlichen Teil kommenden Stroms oder ein Mikrovoltmeter
zur Messung sowohl von Spannung als auch Strom verwendet werden.
Es wird hervorgehoben, daß die Spannung direkt an dem Meßkopf mit einem Registriergerät oder mit
einem Mikrometer abgegriffen werden kann und daß das Registriergerät entweder ein einfaches oder ein
mehrfach registrierendes System haben kann, in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck und der Art
des verwendeten Meßkopfes. Deshalb können sowohl ein Voltmeter allein als auch ein Voltmeter
und ein Registriergerät mit einem oder mehreren Meßköpfen verwendet werden, oder das Registriergerät
und das Voltmeter können in einer Einheit kombiniert sein. Ebenfalls kann der Meßstrom oder
der Meßstrom und die Meßspannung in gleicher Weise aufgezeichnet oder angezeigt werden.
Um die Messung durchzuführen, ist die Oberfläche α des VIeß- oder Testteils 1 der Atmosphäre
frei zugekehrt, und das Mikrovoltmeter und/oder das Registriergerät sind auf eine Nullablesung eingestellt.
Die Meßfläche α des Testteils 1 wird dann einer zu analysierenden Duftstoffprobe ausgesetzt.
Die Moleküle des Duftes, der durch das Versuchsmaterial erzeugt wi/d, werden auf der Oberfläche a
des Meßteils 1 gesammelt, wodurch sich das Oberflächenpotential des Materials infolge der Form
und/oder der Menge der Duftmoleküle ändert. Die Änderung des Oberflächenpotentials wird durch die
Vorrichtungen, die mit dem Meßkopf verbunden sind, gemessen und/oder aufgezeichnet.
Wenn alternativ eine sehr genaue Analyse einer äußerst kleinen Duftstoffmenge erforderlich ist oder
wenn ein sehr schwacher Duft wahrgenommen werden soll, kann der Meßkopf in einen Behälter, der
mit einem besonderen Gas oder Wasserdampf gefüllt ist, bei einer konstanten Temperatur und bei
einem konstanten Druck oder im Vakuum in dem Behälter eingeschlossen werden. Das zu messende
Material wird dann in den Behälter eingegeben, um die Meßfläche des Testteils, wie oben erwähnt
wurde, den Duftstnffen auszusetzen.
Die Endspannung, die mit einem spezifischen Duftstoff erzeugt wird, steht in einem Verhältnis
zu der Dielektrizitätskonstante des Materials, aus dem der Testteil 1 besteht. Die Endspannung nimmt
direkt proportional mil der Zunahme der Dielektrizitätskonstanten des Tesiteüs zu.
Die Endspannung, die mit einem bestimmten
Duftstoff erzeugt wird, steht ebenfalls mit der Stärke
des Testmaterials in Beziehung. Die Endspannung
ändert sich dabei umgekehrt proportional zu der Stärke des Meßteils oder Testteils.
Dielektrische Materialien können als Meß- oder
ίο Testteile verwendet werden, gleichgültig, ob die
Moleküle dieses Materials polar oder nichtpolar sind. In jedem Fall ist die Wirkung der Umgebung,
in die das Dielektrikum gebracht wird, dieselbe, d. h., es wird eine dünne Schicht von Ladungen auf
jeder Oberfläche dieses Materials erhalten, wobei eine Schicht negative Ladungen und die andere positive
hat. Die Moleküle, die wahrgenommen werden sollen, können polar oder nichtpolar sein. Da ein
anfängliches Oberfläehenpc-.ntial, das durch die
Luftmoleküle auf dem Dielektrikum oder durch das elektrische Feld, das an dem Dielektrikum liegt, bedingt
ist, werden sogar in nichtpolaren adsorbierten Molekülen Dipole induziert.
Die Oberflächenladungen auf der dielektrischen Meßfläche, die den DuftstoffmoL'külen ausgesetzt
ist, werden reduziert oder vermehrt in Abhängigkeit von der Orientierung dieser Moleküle. Die dreidimensionale
Form, die Art und die Anzahl der Moleküle, die sich auf der Oberfläche ansammeln,
steuern die Größe und die Geschwindigkeit der Änderung der Oberflächenladung des dielektrischen
Materials, das seinerseits die Differenz des Potentials zwischen den zwei Oberflächen des Meßteils zu
steuern scheint.
Die allgemeine Form der Kurve, die von dem
Registriergerät aufgezeichnet wird, und der Endwert der Spannung oder des Stroms, der für einen bestimmten
Duftstoff gemessen wird, sind die Hauptcharakteristiken dieses Duftstoffs oder der Duftstoffmoleküle
dieses Materials. Nur der Übergangsteil der Spannungs- oder Stromkurve wird durch die
Dichte eines gegebenen Duftstoffs und durch die Größe der Meßfläche beeinflußt.
Die kleinste Menge von Duftstoffmolekülen, die mit einer solchen Anordnung wahrgenommen werden
kann, ist wesentlich kleiner als der Schwellenwert des menschlichen Geruchsinns. Diese Empfindlichkeit
einer uestimmten Form des beschriebenen Meßkopfes kann durch Ändern der Stärke 'and/oder
5& der Dielektrizitätskonstante des Meßmaterials gesteuert
werden.
Es wurde die Ansprechzeit als die Zeit bestimmt, bei der der Wert der Spannung oder des Stroms
des Meßkopfes lO°/o des Endwertes der Spannung erreicht. Cemäß dieser Definition können Duftstoffmoleküle
mit dieser Vorrichtung innerhalb weniger Sekunden wahrgenommen werden.
Beispiele für die Brauchbarkeit der Vorrichtung sind in F i g. 2 graphisch dargestillt, wobei die Spannung
in Abhängigkeit von der Zeit für drei verschiedene Duftstoffe, die mit der beschriebenen Vorrichtung
getestet wurden, aufgetragen ist. Als Meßoder Testteil des Meßkopfes wurde Glimmer verwendet.
Die Kurven a, b und c geben die Werte wieder, die für Aceton, Ammoniumhydroxyd und
Schwefelwasserstoff erhalten wurden.
Weiterhin sind in Fig. 3 Kurven dargestellt, bei denen die Spannung logarithmisch in Abhängigkeit
ler Zeit für die nachfolgenden Materialien auf-
»en ist.
a) Trichloräthylen,
b) Kampher,
c) Rosenöl,
d) Ameisensäure,
e) Schwefelwasserstoff.
Aus den in Fig. 3 dargestellten Kurven für die erwähnten Duftstoffe kann ersehen werden, daß
stark unterschiedliche Duftstoffe verschiedene charakteristische Kurven zur Folge haben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Nachweis und zur Mes- Zeitverkürzung, größere Empfindlichkeit und größere
sung von Molekülen, beispielsweise Duftstoffen, 5 Selektivität aufweist.
die von Gasen, festen oder flüssigen Stoffen an Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-
die Umgebung abgegeben werden, unter Verwen- löst, daß das Dielektrikum auf de* der Umgebung
dung einer elektrisch leitenden Platte od. dgl., zugekehrten Seite an seinem Rand geerdet ist und
die sich in flächiger Berührung mit einem Di- d!e elektrisch leitende Platte von der Umgebung, der
elektrikum befindet und mil einem Potential- io das Dielektrikum ausgesetzt ist, isoliert ist.
meßgerät elektrisch verbunden ist, dadurch Durch diesen Aufbau ist zunächst einmal die Ver-
meßgerät elektrisch verbunden ist, dadurch Durch diesen Aufbau ist zunächst einmal die Ver-
gekennzeichnet, daß das Dielektrikum wendung einer schwingenden Feder und infolge-(1)
auf der der Umgebung zugekehrten Seite an dessen einer komplizierten elektrischen Schaltung
seinem Rand geerdet ist und die elektrisch lei- vermieden worden. Ferner werden bei de' Vorrichtende
Platte (b) von der Umgebung, der das Di- 15 tung nach der Erfindung die Duftstoffmoleküle auf
elektrikum ausgesetzt ist, isoliert ist. der Oberfläche des Dielektrikums adsorbiert, wobei
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- sich die daraus ergebenden Änderungen des Oberkennzeichne!,
daß das Dielektrikum (1) Glim- flächenpotentials direkt durch ein Mikrovoltmeter
mer, Glas, Kunststoff oder Papier ist. oder ein anderes Gerät messen lassen.
20 Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht
vorteilhafterweise die Erweiterung des Bereichs der Substanzen, die nachgewiesen werden können. Dies
beruht wenigstens teilweise auf einem Unterschied
in der molekularen Mechanik oder auf dem Wir-25
kungsgrad, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung unpolare Moleküle innerhalb ihres Einfluß-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum bereiches zu induzierten Dipolen macht und die-Nachweis
und zur Messung von Molekülen, bei- selben dadurch anzieht und adsorbiert. Somit lassen
spielsweise Duftstoffen, die von Gasen, festen oder sich Duftstoffmoleküle nachweisen, die bei bisherifiüssigen
Stoffen an die Umgebung abgegeben wer- 3° gen, Metallmeßflächen aufweisenden Vorrichtungen
den. unter Verwendung einer .lektrisch leitenden nicht nachweisbar waren. Die Vorrichtung nach der
Platte od. dgl., die sich in flächiger Berührung mit Erfindung ist somit auch bei besonders schwachen
einem Dielektrikum befindet und mit einem Poten- Konzentrationen anwendbar, da sie eben eine grötialmeßgerät
elektrisch verbunden ist. ßere Empfindlichkeit und ein größeres Auswahl-
Es ist eine Vorrichtung dieser Art zum Messen 35 vei mögen besitzt. Gleichzeitig benötigt sie eine gevon
Molekülen von gasförmigen Stoffen bekannt, ringere Meßzeit.
die aus zwei parallelen elektrischen Leitern besteht, Die erfindungsgemäße Vorrichtung spricht gleich-
von denen der eine eine Platte aus rostfreiem Stahl mäßiger auf wiederholte Versuche mit einer vor-
und der andere eine Blattfeder aus goldplattiertem gegebenen Duftstoffsubstanz an als Vorrichtungen
Federstahl ist, die mit einer etwa 20 Moleküle star- 40 mit Metallmeßflächen. Metalloberflächen verändern
ken Schicht aus Kalziumpalmitat beschichtet ist. Die ihre Eigenschaften sehr schnell, insbesondere durch
beiden Leiter sind nahe aneinander angeordnet, so Oxydation und durch Verunreinigung aus der Atmodaß
zwischen denselben infolge ihrer unterschied- sphäre, und es ist daher bei ihnen weniger wahrlichen
Austrittsarbeit eine Berührungsspannung ent- scheinlich, daß sie die gleichen Änderungen des
steht. Die Blattfeder wird in Schwingungen versetzt, *5 Oberflächenpotentials bei wiederholten Versuchen
welche schneller sind als die dem Kreis zugehörige mit gleichen Konzentrationen eines vorgegebenen
Zeitkonstante, in welchem die beiden Leiter ent- Duftstoffs aufweisen. Außerdem können Duftstoff
halten sind, und die erhaltene periodische Ände- moleküle nachteiligerweise leichter an einer Metallrung
der Berührungsspannung zwischen den Leitern meßfläche chemisch adsorbiert werden als an einer
wird durch ein Potentiometer so eingestellt, daß sich 50 dielektrischen Meßfläche. Es ist daher erforderlich,
zunächst eine Wechsclstromausgangsleistung von Metallmeßflächen häufig zu ersetzen oder zu reini-NuIl
ergibt. Wenn dann Duftstoffmoleküle zwischen gen, um bei wiederholten Versuchen mit gleichen
den Leitern hindurchtreten, ergibt jede Adsorption Konzentrationen eines vorgegebenen Duftstoffs
auf der Plattenoberfläche eine Änderung des elek- gleiche Ergebnisse zu erzielen. Dielektrische Obertrischcn
Potentials dieser Oberfläche, welche durch 55 flächen müssen viel seltener gereinigt werden und
eine von Null verschiedene Ausgangsleistung ange- sind wesentlich stabiler.
zeigt wird. Bei der bekannten Vorrichtung ändert Vorteilhafterweise besteht das Dielektrikum aus
sich das Oberflächenpotential der plattierten und be- Glimmer, Glas, Kunststoff oder Papier,
schichteten Blattfeder bei der Einwirkung von Duft- Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in
schichteten Blattfeder bei der Einwirkung von Duft- Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in
Stoffmolekülen sehr wenig, wenn es sich überhaupt 60 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
ändert. Daher werden mit dem bekannten Verfahren näher erläutert.
und der bekannten Vorrichtung überwiegend nur Fig. 1 zeigt schematisch eine Meßvorrichtung;
Änderungen im Oberflächenpotential der Platte aus Fig. 2 zeigt Strom-Zeit-Kurven für besondere
rostfreiem Stahl gemessen. Diese bekannte Vorrich- Duftstoffe, und
tung weist nur eine recht begrenzte Sensitivität und 65 Fig. 3 zeigt Strom-Zeit-Kurven für Stoffe, die
Selektivität auf. wobei auch die Meßzeit verhältnis- mit der beschriebenen Vorrichtung getestet wurden,
mäßig hoch ist. wobei die Spannung im logarithmischen Maßstab
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe aufgetragen ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DET0028657 | 1965-05-25 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1673104A1 DE1673104A1 (de) | 1972-06-08 |
DE1673104B2 true DE1673104B2 (de) | 1974-02-07 |
DE1673104C3 DE1673104C3 (de) | 1974-09-19 |
Family
ID=7554329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19651673104 Granted DE1673104B2 (de) | 1965-05-25 | 1965-05-25 | Vorrichtung zum Nachweis und zur Messung von Molekülen, beispielsweise Duftstoffen in Luft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1673104B2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4563893A (en) * | 1983-04-22 | 1986-01-14 | Necmi Tanyolac | Methods and apparatus for detection and identification of volatile materials and odors |
JP2816550B2 (ja) * | 1987-03-11 | 1998-10-27 | 相互薬工株式会社 | 苦味または匂い物質の検出方法 |
-
1965
- 1965-05-25 DE DE19651673104 patent/DE1673104B2/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1673104A1 (de) | 1972-06-08 |
DE1673104C3 (de) | 1974-09-19 |
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