DE19705195A1 - Meßanordnung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen aus flüssigen Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen aus einem flüssigen Medium gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Messungen, beispielsweise das "Dräger DLE-Verfahren", werden bisher durchgeführt, indem man ein Trägergas, beispielsweise Luft, durch eine das zu messende Gas enthaltende Probe der Flüssigkeit in einer Waschflasche strömen läßt, so daß das Trägergas den zu messenden gasförmigen Stoff, insbesondere einen flüchtigen Schadstoff, aufnimmt. Das Trägergas kann dabei zunächst durch einen Vorfilter, insbesondere ein Aktivkohleröhrchen, zur Vorreinigung geleitet werden und wird dann mit einer Pumpe zum Gasmeßgerät gefördert, wobei zwischen Vorfilter und Gasmeßgerät die Waschflasche mit der vom sauberen Trägergas durchströmten Probe der Flüssigkeit angeordnet ist. Das Tauchrohr der Waschflasche ist dabei mit einer Fritte versehen, um eine feine Verteilung des Gases in der Flüssigkeit und damit einen möglichst hohen Sättigungsgrad des Trägergases zu erreichen. Die Sättigung des Trägergases mit zu bestimmendem Gas ist hierbei von verschiedenen Parametern, wie insbesondere Größe der Gasblasen, Temperatur, Verweilzeit in der Flüssigkeit abhängig. Dadurch werden spezielle Geräte, individuelle Kalibrierung und Korrektur bei der Auswertung der Meßergebnisse erforderlich. Eine genauere Beschreibung hierzu findet sich in der Dräger-Firmenschrift "Analytik von Schadstoffen in flüssigen Proben".

Die eigentliche Gaskonzentrationsbestimmung erfolgt in einem Gasmeßgerät, beispielsweise bestehend aus einem visuell oder optoelektronisch abgetasteten Prüfröhrchen mit einer stoffspezifisch und konzentrationsabhängig anzeigenden Farbreaktionszone, wobei die Länge des angezeigten Farbumschlags in der Regel ein Maß für die Konzentration des nachzuweisenden Gases ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach aufgebaute Meßanordnung ohne Waschflasche zur Konzentrationsbestimmung von Gasen aus einem flüssigen Medium bereitzustellen.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes nach Anspruch 1 an.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die für die Konzentrationsbestimmung bekannten Gasmeßgeräte mit einer einfachen, vorgeschalteten Anordnung eines schlauchförmigen Körpers aus einem halbdurchlässigen Material auch für die Konzentrationsbestimmung von in einem flüssigen Medium gelösten Gasen verwendet werden können. Das halbdurchlässige Material läßt die flüssige Phase nicht durchdringen, wohl aber das zu messende Gas. Die erfindungsgemäße Meßanordnung weist ein durchströmbares Volumen aus halbdurchlässigem Material auf, insbesondere einen mikroporösen, aus PTFE (Polytetrafluorethylen) bestehenden Schlauch oder schlauchförmigen Körper, der in der zu untersuchenden Flüssigkeit so angeordnet ist, daß die Außenfläche von der Flüssigkeit benetzt und die Innenseite von einem Trägergas, insbesondere Luft oder Stickstoff oder auch einem Edelgas, durchströmt wird. Somit bildet die Schlauchwand die Phasengrenze. Aufgrund des Partialdruckgefälles wird das Trägergas im schlauchförmigen Körper mit dem in der Flüssigkeit enthaltenen, zu bestimmenden Gas beladen. Der Sättigungsgrad ist dabei im wesentlichen nur noch von leicht einstellbaren Parametern abhängig, nämlich von der Größe der mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Schlauchwandaußenfläche, dem geförderten Gasvolumenstrom sowie der Temperatur. Die nach dem bekannten Verfahren mit Waschflasche nicht oder nur schwer beeinflußbaren Parameter, wie Größe der Luftblasen, Eintauchtiefe der Fritte in die Flüssigkeit sowie die Fritte selbst entfallen. Auf ein individuelles Kalibrieren der Waschflasche kann somit verzichtet werden. Das Trägergas wird also im wesentlichen abhängig von der in der Flüssigkeit herrschenden Konzentration des nachzuweisenden Gases mehr oder weniger stark beladen. Ein weiterer positiver Effekt ergibt sich durch die Länge des durchströmten schlauchförmigen Körpers: Je länger dieser ist, um so eher ergibt sich im Inneren des schlauchförmigen Körpers in Strömungsrichtung des Trägergases eine Anreicherung mit dem zu bestimmenden Gas, bis schließlich eine Sättigung erreicht ist. Insbesondere die Konzentrationsbestimmung des nachzuweisenden Gases mit Hilfe eines nachgeschalteten Gasmeßgerätes auf der Basis von optoelektronisch abgetasteten Farbreaktionsröhrchen oder Farbreaktionskapillaren bietet eine sehr einfache und genaue Meßmethode, weil das zur Messung notwendige Volumen extrem klein ist und somit das Verhältnis von zu förderndem Gasvolumen zur Oberfläche des halbdurchlässigen schlauchförmigen Körpers sehr klein ist. Als geeignete halbdurchlässige Materialien sind insbesondere mikroporöse Materialien auf PTFE (Polytetrafluorethylen)- Basis zu nennen, die undurchlässig für das flüssige Medium, nämlich im allgemeinen Wasser, sind, jedoch die zu messenden Gase oder Dämpfe durchlassen. Die gegenständliche Ausführung des halbdurchlässigen Materials erfolgt als schlauchförmiger Körper, wobei dieses ein Rohr, ein Schlauch oder auch ein paralleles Hohlfaserbündel sein kann. Ebenso könnte der schlauchförmige Köper in Form eines im wesentlichen zweidimensionalen, plattenförmigen Moduls ausgebildet sein oder in Form eines mäandrierenden oder labyrinthförmig ausgebildeten, unterteilten Schlauchabschnittes. Gegebenenfalls können auch mehrere Schlauchabschnitte parallel verwendet werden. Wesentlich ist, daß eine möglichst große Außenwandfläche des schlauchförmigen Körpers oder des Moduls mit dem das nachzuweisende Gas enthaltenden flüssigen Medium in Kontakt steht bzw. in diesem Medium eingetaucht ist. Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch zur Konzentrationsbestimmung von entsprechend belasteten Böden geeignet, beispielsweise zur Gasextraktion aus Deponien oder schlammhaltigen Arealen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßanordnung in einer schematischen Darstellung anhand der Zeichnung erläutert.

Es wird eine Meßanordnung für die Direktmessung eines in einem flüssigen Medium, insbesondere Wasser, gelösten Gases, beispielsweise H₂S, gezeigt. Das Gasmeßgerät 1 befindet sich in unmittelbarer Nähe des eigentlichen Meßaufnehmers, beispielsweise am Rand einer zu untersuchenden Flüssigkeit 2. Ein schlauchförmiger Körper 3 aus mikroporösem, halbdurchlässigen PTFE befindet sich in der Flüssigkeit 2, im allgemeinen ist dies Wasser. Je ein gasundurchlässiger Schlauchabschnitt 4 verbindet den schlauchförmigen Körper 3 mit dem Gasmeßgerät 1 über den Gaseinlaß 5 einerseits sowie über einen Schwimmkörper 6 andererseits den schlauchförmigen Körper 3 mit der Umgebungsluft. Die Außenfläche des schlauchförmigen Körpers 3 ist vollkommen mit Flüssigkeit 2 in Kontakt und die Schlauchabschnitte 4 schließen in der Flüssigkeit 2 an, wie in der Figur angedeutet. Die Umgebungsluft wird in diesem Fall als Trägergas verwendet, wobei diese in der durch den Pfeil am Schwimmkörper 6 angedeuteten Strömungsrichtung durch die Meßanordnung und letztlich in das Gasmeßgerät 1 mit Hilfe einer darin integrierten oder nachgeschalteten, nicht explizit dargestellten Pumpe gefördert wird. Das in der Flüssigkeit 2 gelöste, nachzuweisende Gas strömt aufgrund des Partialdruckgefälles in den für dieses Gas durchlässigen, schlauchförmigen Körper 3 und wird von dem Trägergas, nämlich hier Luft, zum Gasmeßgerät 1 transportiert. Je größer bei gegebener Temperatur die wirksame Oberfläche des schlauchförmigen Körpers, also bei gegebenem Schlauchdurchmesser die Länge des Schlauches ist und je niedriger der Gasvolumenstrom ist, desto schneller wird der Sättigungsgrad des Trägergases mit zu messendem Gas erreicht. Die Messung der Konzentration des zu bestimmenden Gases findet im Gasmeßgerät 1 statt. Dies ist vorzugsweise ein auf Basis von Farbreaktionsröhrchen, insbesondere jedoch auf Basis von Farbreaktionskapillaren, arbeitendes Meßsystem mit optoelektronischer Auswertung der gasspezifischen Farbreaktionszone. Dabei steht die Länge der Verfärbungszone bei vorgegebenem Gasvolumen im allgemeinen in einem linearen Zusammenhang mit der Konzentration des zu bestimmenden Gases, und somit ist die Konzentration quantitativ bestimmbar. Je nach Zusammensetzung eines Gases aus verschiedenen Bestandteilen kann es sinnvoll sein, stoffspezifische, chemisch selektive Vorfilter vor dem Gasmeßgerät im Verbindungsschlauch oder im Gaseinlaß 5 des Gasmeßgerätes 1 vorzusehen, um Falschmessungen durch Querempfindlichkeiten des Meßverfahrens gegenüber verschiedenen anderen, störenden Gaskomponenten auszuschließen. Durch derartige Vorfilter wird sichergestellt, daß nur das zu messende Gas letztlich mit dem Trägergas in das Gasmeßgerät 1 gelangt. Versuche mit einer wie vorstehend beschriebenen Anordnung führten für die Messung der Konzentration von H₂S in Wasser zu guten Ergebnissen, die eine empfindlichere Auflösung in Bezug auf niedrige Konzentrationen als mit der nach Stand der Technik bekannten Methode mit Waschflasche ermöglichten. In diesem Fall wurden die Messungen bei einem Gasvolumenstrom von 15 mL/min mit einem mikroporösen, PTFE-Schlauch von mindestens 3 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 bis 70 cm durchgeführt. Im Falle der Verwendung von üblichen Farbreaktionsröhrchen wurden gute Ergebnisse schon mit einem mikroporösen PTFE-Schlauch von mindestens 4 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 100 bis 120 cm erzielt.

Claims (7)

1. Meßanordnung zur Konzentrationsbestimmung von Gasen aus einem flüssigen Medium mit einem Gasmeßgerät und einer zugeordneten Gasfördereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gasmeßgerät (1) in Gasströmungsrichtung vorgeschaltet ein aus einem für die zu messenden Gase durchlässigen, jedoch für die Flüssigkeit (2) undurchlässigen Material bestehender, mit einem Trägergas innen durchströmter Körper (3) angeschlossen ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise schlauchförmige Körper (3) aus einem wasserundurchlässigen mikroporösen Material besteht.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schlauchförmige Körper (3) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.

4. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schlauchförmige Körper (3) in der Flüssigkeit (2) verläuft und mit der in Bezug zum Gasmeßgerät (1) entgegengesetzten Öffnung mit einer Trägergasquelle, insbesondere mit der Umgebungsluft, verbunden ist.

5. Meßanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schlauchförmige Körper (3) mit einem ersten gasdichten Schlauchabschnitt (4) an das Gasmeßgerät (1) über den Gaseinlaß (5) angeschlossen ist und mit einem zweiten gasdichten Schlauchabschnitt (4) mit einem auf der Flüssigkeit (2) schwimmenden Schwimmkörper (6) und mit der Trägergasquelle verbunden ist.

6. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfördereinheit dem Gasmeßgerät (1) in Gasströmungsrichtung nachgeschaltet ist.

7. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasmeßgerät (1) mindestens ein chemisch reaktives, gasselektives Vorfilter vorgeschaltet ist, um die die Konzentrationsbestimmung eines bestimmten Gases störenden übrigen Gase eines Gasgemisches zu retinieren.