DE19954837A1 - Begasungsverfahren zur quantitativen und qualitativen Bestimmung von Gasbestandteilen mittels Dünnschicht-Reaktionsröhrchen-Technik - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung von Gasbestandteilen mittels Dünnschichtreaktionsröhrchen soll derart verbessert werden, daß der Verfahrensfehler reduziert und die Abscheidung der zu untersuchenden Gaskomponente erhöht wird. Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß das zu untersuchende Gas (8) durch eine Kapillare in das Dünnschichtreaktionsröhrchen derart eingeführt wird, daß der Auslaß der Kapillare (12) hinter dem Beginn der die Nachweisreagenz enthaltenden Schicht liegt, und optional gleichzeitig ein Trägergas vom Einlaß (10) des Dünnschichtreaktionsröhrchens und in der gleichen Strömungsrichtung wie das zu untersuchende Gas (8) eingeleitet wird, und daß für die Auswertung ein zusätzlicher Kurvenbereich einer Reflexions-Orts-Kurve durch das Verfahren selbst erzeugt wird (Fig. 2a). Eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens besteht aus einer Halterung (23), die eine Bohrung (26) mit dem Außendurchmesser des Dünnschichtreaktionsröhrchens aufweist, in der die Kapillare (21) angeordnet ist. Diese Halterung ermöglicht die optionale Zuleitung des Trägergases von der Einlaßseite des Dünnschichtreaktionsröhrchens her beginnend (Fig. 3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Probennahme von Gasen mittels Dünnschicht-Reaktionsröhrchen. Es handelt sich somit um ein Begasungsverfahren zur quantitativen und qualitativen Bestimmung von Gasbestandteilen.

Das bei diesem Verfahren verwendete Dünnschicht-Reaktionsröhrchen besteht aus Kunststoff, Keramik oder Glas. Im Innenraum des Röhrchens befindet sich, in Ab­ hängigkeit des zu untersuchenden Gassystems, eine Nachweisreagenz enthaltende Schicht, die auf der Innenwand des Röhrchens aufgebracht ist. Es ist auch möglich die Nachweisreagenz enthaltende Schicht auf einen Träger aufzubringen, oder den Träger selbst mit dem Nachweisreagenz zu tränken, und diesen in das Röhrchen einzufüllen, oder in das Röhrchen einzubringen.

Der Nachweis des zu untersuchenden Gases und die Quantifizierung erfolgt durch chemische Reaktion mit der Nachweisreagenz enthaltenden Schicht. Dabei wird eine Farbänderung der Schicht hervorgerufen.

Zur Probenahme wird das zu untersuchende Gas durch das Dünnschicht-Reaktions­ röhrchen 6 geleitet und die durchgeleitete Gasmenge dabei z. B. durch eine Gasuhr bestimmt. Während des Durchleitens verfärbt das zu untersuchende Gas die Nach­ weisreagenz enthaltende Schicht, beginnend an der dem Gaseinlass zugewandten Seite 4. Je nach Probenahmedauer, Probevolumen, gewählten Nachweisreagenz und Konzentration des zu untersuchenden Gases, breitet sich die Verfärbung 5 in Richtung des Röhrchenauslasses 7 aus (Fig. 1).

Die Grenze zwischen verfärbtem, und des nicht zur Reaktion gebrachten Schichtab­ schnittes kann fließend sein. Mittels einer Auswerteeinheit wird eine Reflexions- Orts-Kurve 1 von dem verwendeten Proberöhrchen 6 erstellt. Für die Quantifizierung des zu untersuchenden Gases wird die Reflexions-Orts-Kurve ausgewertet.

In der DE-PS 93 27 50 werden Dünnschicht-Reaktionsröhrchen beschrieben, in denen als Reagenzträger Stäbe aus porösen, gesinterten Material verwendet werden. Die Stäbe sind mit dem Nachweisreagenz imprägniert, und werden so in den rohrförmigen Glaskörper des Dünnschicht-Reaktionsröhrchens eingelegt, dass sie in Richtung der Längsachse des Dünnschicht-Reaktionsröhrchens liegen. Zur Fixierung der Stäbe ist innerhalb des Glaskörpers ein Kern vorgesehen, um den herum die Stäbe angeordnet sind.

In der DE-OS 197 28 808 A1 werden verschiedene Ausführungsformen des Reagenz tragenden Körpers selbst beschrieben. Dabei wird nur ein Nachweisreagenz tragender Körper verwendet. Dieser kann verschieden mehreckige Geometrien besitzen. Einige oder alle Außenkanten des Reagenz tragendes Körpers können dabei die Innenwand des Glaskörpers berühren. Dadurch werden eine einfache Handhabung bei der Einbringung des Nachweisreagenzes in den Glaskörper und definierte Strömungsbedingungen des zu untersuchenden Gases erreicht.

DE 43 03 860 A1 beschreibt verschiedene Beschichtungsverfahren, mit denen das Nachweisreagenz auf den Träger aufgebracht werden kann. Hierzu gehören das Dip-, Spincoating-, Ink-Jet-Verfahren oder der Sol-Gel-Prozeß.

Bei den bisher angewandten Probenahme-Techniken beginnt die Abscheidung direkt mit Beginn der Nachweisreagenz enthaltenden Schicht.

Herstellungsbedingt kann es besonders am Rand der Nachweisreagenz enthaltenden Schicht zu Unregelmäßigkeiten kommen, was zu Fehlern bei der Auswertung führt.

Zudem erschweren die in den Röhrchen eingestellten zumeist laminaren Strömungs­ verhältnisse die Abscheidung des zu untersuchenden Gases, da nur die Diffusions­ komponente, welche senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft, zu Reaktionen mit der Nachweissubstanz enthaltenden Schicht führen kann.

Für die Quantifizierung der abgeschiedenen Gasmenge ist die Kenntnis der Reflexions-Orts-Kurve 1 notwendig. Unter Berücksichtigung des durchgeleiteten Volumens ist dann die Berechnung einer Konzentration des Gases möglich.

Die Quantifizierung der abgeschiedenen Gasmenge z. B. mittels Integration, siehe Fläche 2, der Reflexions-Orts-Kurve erfolgt durch eine grafische Konstruktion 3 - die z. B. auf mathematischen Wege, oder per Software erreicht werden kann.

Als problematisch stellt sich hierbei allerdings die Genauigkeit des Meßverfahrens, und somit die Reproduzierbarkeit des Meßergebnisses heraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Begasungsverfahren für Dünnschicht- Reaktionsröhrchen derart zu konstruieren, daß eine Quantifizierung der zu be­ stimmenden Gaskomponente genauer - und weniger störanfällig gegen Unregel­ mäßigkeiten in der Schichtbeschaffenheit - erfolgen kann. Außerdem soll die Ab­ scheidung der zu untersuchenden Gaskomponente effizienter gestaltet werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 dadurch, daß bei dem Verfahren für die Probenahme von Gasen mittels Dünnschicht-Reaktionsröhrchen-Technik, in welcher Dünnschicht-Reaktionsröhr­ chen, hergestellt aus Kunststoff, Glas oder Keramik, eine Nachweissubstanz enthaltende Schicht entweder auf der Innenwand des Röhrchens, oder auf einen in das Röhrchen eingebrachten Träger, oder einen mit der Nachweissubstanz imprägnierten Träger enthalten ist, dadurch gekennzeichnet ist, daß das zu untersuchende Gas 8 durch eine Kapillare 9, die aus Glas, Metall, Kunststoff oder Keramik besteht, in das Röhrchen derart eingeführt, wird, daß der Auslaß der Kapillare 12 hinter dem Beginn der die Nachweisreagenz enthaltenden Schicht 14 liegt, und daß gleichzeitig ein Trägergas vom Einlaß 10 des Dünnschicht- Reaktionsröhrchen und in der gleichen Strömungsrichtung wie das zu untersuchende Gas 8 eingeleitet werden kann.

Kennzeichnender Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung (Fig. 2) nach Anspruch 1 liegt darin, daß eine Zone 11 im Einlaß 10 des Röhrchens entsteht, die mit Nachweisreagenz imprägniertes Trägermaterial enthält und nicht mit dem zu untersuchenden Gas in Kontakt kommt.

Somit kann ein zweiter, durch das Meßverfahren selbst festgelegter Bezugsbereich 17 bei der Auswertung, z. B. mittels Integration 18 der Reflexions-Orts-Kurve 19 herangezogen werden.

Im Bereich der Zone 13 wird das zu untersuchende Gas 8 absorbiert und mit der Nachweisreagenz tragen Schicht umgesetzt. In der folgenden Zone 15 findet keine Abscheidung des zu untersuchende Gases statt, da dies bereits in Zone 13 absorbiert wurde.

Das die mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausgeführte, modifizierte Begasungsverfahren zur Probenahme von Gasen führt zu einer Steigerung der Präzision, und einer deutlichen verringerten Fehleranfälligkeit des Verfahrens.

Außerdem führt die Verwendung der Kapillare zu einer Wirbelbildung im Bereich des Kapillarenauslasses 12, und führt somit zu einer effizienteren Abscheidung des zu untersuchenden Gases 8. Aus diesem Grunde bringt die Konstruktion auch im Bereich der Denuder-Technik Vorteile. Bei dieser Technik wird nach der Probenahme die Reagenz enthaltende Schicht für den eigentlichen Meßvorgang aus dem Röhrchen entfernt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 9 angegeben.

Das Einbringen der Kapillare in das Probenröhrchen erfolgt am geeignetsten mit der in dem Anspruch 2 aufgezeigten Halterung (Fig. 3). Diese ermöglichst das definierte Einführen der Kapillare 21 in das Röhrchen unter Ausschluß einer mechanischen Schädigung der Meßanordnung.

Zudem stellt die Halterung sicher, daß ein bei Bedarf verwendeter Trägergasstrom 24 in gleicher Strömungsrichtung wie das zu untersuchende Gas 22, und von der Röhrcheneinlassseite ausgehend erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den hinten angeführten Figuren dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a eine Reflexions-Orts-Kurve eines bekannten Dünnschicht-Reaktionsröhrchens mit farbbildender Nachweisreaktion;

Fig. 1b das verfärbte Dünnschicht-Reaktionsröhrchen;

Fig. 2a die erfindungsgemäße Anordnung für ein modifiziertes für die Probenahmeverfahren;

Fig. 2b zugehörige Reflexions-Orts-Kurve;

Fig. 2c das bei dem modifizierten Verfahren verfärbte Dünnschicht- Reaktionsröhrchen;

Fig. 3 eine besonders günstige Prüfgashalterung zum Einführen der Kapillare in axialer Schnittansicht und Querschnittansicht;

Fig. 4a, 4b einen zur Prüfgashalterung nach Fig. 3 gehörender Abstandhalter in Längsquerschnitt- und Querschnittansichten;

Fig. 5a, 5b, 5c ein zugehöriges Adapterstück in Längsquerschnitt- und Querschnittansichten.

Bei dem in Fig. 2a gezeigten Dünnschicht-Reaktionsröhrchen ist die Nachweis­ substanz enthaltende Schicht auf der Innenwandung des Röhrchens aufgebracht. Die Kapillare 9 wird in das Dünnschicht-Reaktionsröhrchen soweit eingeführt, daß der Kapillarauslaß 12 hinter dem Beginn der die Nachweisreagenz enthaltenden Schicht (Fig. 2a, 13) liegt.

Falls notwendig kann ein Trägergasstrom von der Einlaßseite des Dünnschicht- Reaktionsröhrchens 10, und in gleicher Strömungsrichtung wie das aus der Kapillare 9 strömende Gas 8, eingespeist werden.

Fig. 3 zeigt die Dünnschicht-Reaktionsröhrchenhalterung 23 mit einer Bohrung 26 entsprechend dem Außendurchmesser des verwendetem Dünnschicht-Reaktions­ röhrchens. Das Dünnschicht-Reaktionsröhrchen wird mit dem Einlaß 10 voraus in die Bohrung 26 der Halterung 23 eingebracht und bis zum Anschlag 25 eingesteckt. Dadurch kann die Kapillare 21 ohne Beschädigung des Dünnschicht-Reaktions­ röhrchen-Systems eingeführt werden.

Die Kapillare 21 wird in die Bohrung 26 der Halterung 23 gasdicht, und durch vor- und zurückbewegen längenverstellbar eingesetzt. Ggf. können Dichtungen an beiden Seiten der Kapillare 21 verwendet werden.

Fig. 4 zeigt einen Abstandhalter 27 der in der bis zum Anschlag 25 in die Halterung 23 eingeführt wird. Der Außendurchmesser des Abstandhalters entspricht dem des verwendeten Dünnschicht-Reaktionsröhrchens und somit der Halterungsbohrung 26. Der Innendurchmesser liegt im Bereich des Dünnschicht-Reaktionsröhrchen-Innen­ durchmessers.

Dieser Abstandhalter wird in die Halterungsbohrung 26 bis zum Anschlag 25 gesteckt, und die Länge, mit der die Kapillare 21 in das Reaktionsröhrchen ragt, verringert.

Mittels des Abstandhalters kann exakt und auf einfache Weise eine Längen­ änderung der Kapillare im Dünnschicht-Reaktionsröhrchen erzielt werden, und somit die Adaption auf verschiedene Beschichtungsarten sowie Schicht- und Röhrchendimensionierung sichergestellt werden.

Unter der Verwendung einer flexiblen Kapillare 21 kann durch das in Fig. 5 gezeigte Adapterstück 28 auch eine Richtungsänderung der Kapillare 21 hervorgerufen werden. Dadurch kann die Kapillare auch in Dünnschicht-Reaktionsröhrchen wie sie in der DE 197 38 808 A1 beschrieben werden, eingeführt werden.

Claims (10)

1. Verfahren für die Probennahme von Gasen mittels Dünnschicht-Reaktionsröhrchen, in welcher Dünnschicht-Reaktionsröhrchen eine Nachweissubstanz enthaltende Schicht entweder auf der Innenwand des Röhrchens, oder auf einen in das Röhrchen eingebrachten Träger, oder einen mit der Nachweissubstanz imprägnierten Träger enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Gas (8) durch eine Kapillare (21) in das Röhrchen derart eingeführt wird, daß der Auslaß der Kapillare (12) hinter dem Beginn der die Nachweisreagenz enthaltenden Schicht (20) liegt, und daß optional gleichzeitig ein Trägergas vom Einlaß (10) des Dünnschicht-Reaktionsröhrchen und in der gleichen Strömungsrichtung wie das zu untersuchende Gas (8) eingeleitet wird (Fig. 2a), und daß für die Auswertung ein zusätzlicher Kurvenbereich einer Reflexions-Orts-Kurve (17) durch das Verfahren selbst erzeugt wird.

2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Halterung (23) aus Kunststoff, Metall oder Keramik, die eine Bohrung (26) mit dem Außendurchmesser des Dünnschicht-Reaktionsröhrchens aufweist, und in der die Kapillare (21) angeordnet ist.

3. Halterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (23) eine Zuleitung des Trägergases in gleicher Strömungsrichtung und von der Einlaßseite (10) des Dünnschicht-Reaktionsröhrchens her beginnend ermöglicht.

4. Halterung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (23) das eingeführte Röhrchen so einschließt, daß kein Gas an dem Röhrchen außen vorbei strömen kann.

5. Halterung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Länge, mit der die Kapillare (21) in das Dünnschicht-Reaktionsröhrchen ragt, variiert werden kann, indem die Kapillare so in der Halterung (23) eingefaßt ist, daß diese vor und zurück geschoben werden kann.

6. Halterung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung der Kapillare (21) gasdicht erfolgt.

7. Halterung nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Länge, mit dem die Kapillare (21) in das Dünnschicht-Reaktionsröhrchen ragt, variiert werden kann, indem ein Abstandhalter (27) mit der entsprechenden Länge und dem gleichen Außendurchmesser wie das Dünnschicht-Reaktionsröhrchen in die Halterung einbringbar ist.

8. Halterung nach einen der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Positionierung einer elastischen Kapillare (21) in der Bohrung (26) mittels eines Adapterstücks (28) erfolgen kann.

9. Kapillare einem der Ansprüche 2, und 5 bis 8, aus Glas, Metall, Kunststoff oder Keramik besteht.

10. Zuleitung des Trägergases nach Anspruch 3, über Druck- oder Unterdruckleitungen, oder ein Pumpensystem.