DE2009961C - Vorrichtung zur entmischungsfreien Verdampfung von Flüssigkeiten fur Analy senproben - Google Patents

Description

Kontakt zu bringen, und eine Einrichtung zum rung 7 über einen zentralen Verdampfungsteil 3 mi;

Schließen und Öffnen des Ventiles (12) in Über- einer Bohrung 6 mit abnehmender Querschnittsflädu

einstimmung mit der Stellung des Rohres (1) um- in eine Kapillare 2 mit einer Bohrung £· übergeht,

faßt. 30 Aus den Fig. 1 bis 4, insbesondere 2 bis 4 ist

ersichtlich, daß der Auslaßteil 4 mit einer Analysen-

einrichtung 10 und einer Vakuumquelle 11 verbunden ist. Die Vakuumquelle wird durch das Ventil 12 nach Bedarf abgeschaltet.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ent- 35 Der Betrieb der Verdampfungseinlaßvorrichtung

mischungsfreien Verdampfung von Flüssigkeiten zum verläuft wie folgt: Die flüssige Probe wird in den

Zwecke der Gewinnung repräsentativer Analysen- rohrförmigen Teil mitteils der Vakuumpumpe durch

proben und insbesondere eine Vorrichtung für Pro- die verjüngte Bohrung 5 in den konischen Verdamp-

ben, um die automatische massenspektrometrische fungsteil 3 eingezogen. Die Probe steigt durch den

Analyse von Wasser zur Bestimmung seines Deute- 40 Abschnitt mit steigender Querschnittsfläche 6 bis zu

riumgehaltes zu erleichtern. einem Pegel 8, an welchem die Probe mit einer

Bislang wurde die massenspektrometrische Analyse dem Flüssigkeitseintritt gleichen Geschwindigkeit ver-

von Proben durchgeführt, indem eine Probe in einen dampft wird. Danach bleibt der Flüssigkeitspegel

abgeschlossenen Behälter eingeführt, die gesamte Pro- konstant.

be durch Erhitzen verdampft, der Dampf in ein 45 An der Oberfläche, an welcher die Verdampfung Spektrometer eingeführt wurde und anschließend der stattfindet, tritt im Falie von Deuterium enthaltendem Behälter und das Spektrometer vor der Einführung Wasser ein flacher Isotopengradient infolge des Uneiner weiteren Probe gespült wurden. terschiedes der Dampfdrücke von Wasser und Deu-Eine wesentliche Schwierigkeit bei der automati- terium auf. Der erste Anteil der verdampften Probe sehen massenspektrometrischen Analyse war das Pro- 50 wird an Deuterium verarmt sein und infolgedessen blem, eine typische Probe in das Spektrometer einzu- wird die Oberflächenschicht der Flüssigkeit an Deuteführen. Zur Analyse mußte sich die Probe in dampf- rium angereichert werden. Kurze Zeit danach hat förmigem Zustand befinden. Da eine Isotopentren- sich ein Isotopengleichgewicht eingestellt, bei weinung an einer Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche oder chem die Deuteriumkonzentration des die leicht anin einem Wasserverdampfer auftritt, war es erforder- 55 gereicherte Oberfläche verlassenden Dampfes der lieh, unter Anwendung normaler Arbeitsweisen, eine Deuteriumkonzentration der in das Pirobenrohr einProbe von Wasser vor der Einführung in ein Spektro- tretenden Flüssigkeit gleich ist. Die Gleichgewichtsmeter vollständig zu verdampfen. Die Automatisie- zeit für die verwendete Vorrichtung betrug weniger rung einer solchen Arbeitsweise würde jedoch eine als 2 Sekunden. Der während dieser Zeitspanne erkomplizierte Ausrüstung erfordern. 60 zeugte Dampf wurde verworfen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur entmi- Die für die automatische Analyse verwendete Vorschungsfreien Verdampfung von Flüssigkeiten zum richtung ist schematisch in den Fig. 2 bis 4 auf geZwecke der Gewinnung repräsentativer Analysen- zeigt. Das Rohr 1 ist mit einer Vakuumquelle 11 und proben besteht aus einem Rohr, das an einem Ende einem Massenspektrometer, einem Chromatografen sich verjüngend in eine Kapillare übergeht, die in die 65 oder einer anderen Analyseneinrichtung 10 verbun-, zu analysierende Flüssigkeit eintaucht, und das am den. Die Vakuumquelle 11 wird nach Bedarf von anderen Ende mit einer Vakuumquelle und mit einem dem Massenspektrometer 10 und dem Rohr 1 mittels Analysengerät verbunden ist. eines Ventiles 12 abgeschaltet. Das Massenspektro-

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meter 10 kann direkt mit dem Rohr verbunden sein. Geeignete Dimensionen für das Rohr wurden Die Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung, um das durch Versuche erhalten. Der bevorzugte DurchRohr 1 in Übereinstimmung mit der Bewegung einer messer der Kapillare 5 beträgt 20 bis 30 Mikron. Reihe von Probenbehältern, z. B. 15 und 16, die auf- Unterhalb dieses Bereiches wird die Kapillare zueinanderfolgend in ihre Stellung unter die Vorrich- 5 nehmend anfällig für Verstopfungen.
tung 1 transportiert werden, aufwärts und abwärts zu Die Bohrung 5 kann größer als der oben genannte bewegen. Ebenfalls ist eine Einrichtung vorgesehen, bevorzugte Bereich gemacht werden, falls die Kapilum das Ventil 12 in Übereinstimmung mit den Be- larlänge entsprechend gesteigert wird. Jedoch erhöht wegungen der Probenbehälter und des Rohres 1 und die Zunahme der Länge die Gleichgewichtszelt ebendem in der Analysenvorrichtung geforderten Proben- io so wie die für das Hochziehen der Probe durch die druck zu schließen und zu öffnen. zusätzliche Rohrlänge erforderliche Zeit

Der Betrieb der Vorrichtung wird im folgenden Der Durchmesser des Meniskus am Pegel 8 in dem

an Hand der Fig. 2 bis 4 beschrieben. Verdampfungsteil 6 wird vorzugsweise auf 1mm

Der Beginn eines Zyklus ist in Fig. 2 wiedergege- oder weniger eingestellt Oberhalb 1 mm wird die

ben. Das Rohr 1 wurde in den Probenbehälter 15 15 obere Verdampfungsschicht der Probe auseinander-

bei geöffnetem Ventil 12 abgesenkt. Das Spektra- gerissen, wodurch falsche Ergebnisse verursacht wer-

meter 10 wird mittels der Vakuumpumpe 11 ausge- den.

pumpt, während das Isotopengleichgewicht in dem Ein geeigneter Druckbereich am Auslaß der oben

Verdampfungsteil 3 eingestellt wird. Der in dieser beschriebenen Vorrichtung ist von 0,01 Torr bi>

Stufe erzeugte Dampf wird verworfen. so 7 Torr.

In Fig. 3 ist das Gleichgewicht eingestellt worden, Die bei einer Deuterium- zu W-isserstoffkonzen-

das Ventil 12 ist geschlossen und die Probe wird in tration von 150 X 10"⁶ erzielbare Genauigkeit be

das Spektrometer eindosiert. Die Analyse wird dann, trägt ± 0,1 ppm, dies ist ebenso gut oder besser als

wie erforderlich, durchgeführt. die bei manueller Bedienung der gleichen Analyse

In Fig. 4 ist die Analyse abgeschlossen, das 35 erreichte Genauigkeit.

Rohr 1 ist aus der Probe hochgehoben und das Obwohl die Probenbehälter 15 und 16 aus jedem Ventil 12 ist geöffnet. Das Spektrometer und das Material hergestellt werden können, wird ein BeRohr 1 werden ausgepumpt und vakuumgetrocknet. halter aus einem Material vorgezogen, bei welchem Eine neue Probe im Probenbehälter 16 wird in ihre Wasser einen konvexen Meniskus bildet. Ein Beispiel Stellung gebracht und ersetzt die Probe im Proben- 30 für ein solches Material ist Polytetrafluorethylen behälter 15, und der Zyklus wird wiederholt oder — Jedes Fremdteilchen, welches in den Behälter eintriu, falls erforderlich — kann der Zyklus unter Verwen- neigt dazu, nach der Außenseite zu wandern, und die dung der gleichen Probe wiederholt werden. Alter- Möglichkeit einer Verstopfung des Einlasses 5 des nativ können die Behälter stationär bleiben und das rohrförmigen Teiles beim Ziehen der Probe wird Rohr von einem Behälter zu einem anderen bewegt 35 vermindert,
werden. Eine ähnliche Arbeitsweise wie beschrieben, kann

Im folgenden wird die Herstellungsweise für das die Analyse von Gasproben in einem Rohr od. dgl. Rohr beschrieben. Eine Glaskapillare mit einer Boh- erleichtern. In diesem Falle verdampft das Rohr die rung von 1 mm wurde unter Erhitzen mit einer Flam- Probe nicht, behält aber im übrigen die gleiche Funkme zusammenfallen gelassen. Die Bohrung wurde so 40 tion der Einspeisung in das Spektrometer bei.
verkleinert, bis sie fast unsichtbar war, ungefähr auf Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung 0,1 mm, während der Außenteil der Kapillare auf nicht nur auf die Analyse von Wasser. Sie kann gleichem Durchmesser gehalten wurde. Die Kapillare angewandt werden, um verdampfte Proben einer wurde dann auf einen bis mehrere Meter Länge aus- Vielzahl von Flüssigkeiten zu liefern. Solche anderen gezogen, um die Bohrung weiter zu reduzieren und 45 Flüssigkeiten erfordern es, daß geeignete Betriebsari der Stelie mit der gewünschten Bohrung abge- bedingungen aufgestellt werden, d. h. Abmessungen brochen. des rohrförmigen Teiles und Ausmaß des Vakuums.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Bei der Herstellung von schwerem Wasser ist es Patentansprüche: vorteilhaft, eine große Anzahl von Wasserquellen zu analysieren, um den Deuteriumgehalt festzustellen.

1. Vorrichtung zur entmischungsfreien Ver- Die erfindungsgemäße Einlaßvorrichtung erleichtert dampfung von Flüssigkeiten zum Zwecke der Ge- 5 eine automatisierte' Verfahrensweise zur raschen winnung repräsentativer Analysenproben, z. B. für Analyse einer großen Probenanzahl.

die Massenspektroskopie, gekennzeichnet Zur Verdampfung von Wasser besitzt die Kapillare

durch ein Rohr(l), das an einem Ende sich einen Durchmesser der Bohrung von weniger als

verjüngend in eine Kapillare (2) übergeht, die in 60 Mikron und vorzugsweise von 20 bis 30 Mikron,

die zu analysierende Flüssigkeit eintaucht, und das io Darüber hinaus umfaßt die Vorrichtung eine Ein-

am anderen Ende mit einer Vakuumquelle (11) richtung, um Probenbehälter nacheinander in ihre

und mit einem Analysengerät (10) verbunden ist. Stellung relativ zu dem rohrförmigen Teil zu bringen,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Einrichtungen, um das johrförmige Teil mit den Prokennzeichnet, daß die Bohrung (S) der Kapillare benbehältern in Kontakt zu bringen und den Kontakt (2) einen Durchmesser von weniger als 60 Mikron 15 wieder zu unterbrechen, und Einrichtungen, um das besitzt. Ventil entsprechend der Stellung des rohrförmigen

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- Teiles zu schließen und zu öffnen, kennzeichnet, daß die Bohrung (5) einen Durch- Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines messer von 20 bis 30 Mikron besitzt. Beispiels mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 in der Zeichnung ist

kennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum auf- Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht der Vorrich-

einanderfolgenden Transport von Probenbehäl- tung zur entmischungsfreien Verdampfung;

tern (15, 16) in Stellungen relativ zu dem Rohr Fig. 2 bk- 4 schematische Ansichten der Vorrich-

(1), eine Einrichtung zur Bewegung des Rohres tung in drei Betriebszuständen.

(IX um dieses mit der in einem der Proben- 25 Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt ein

behälter (15, 16) enthaltenen Probe in und außer Rohr 1, das von einem Auslaßteil 4 mit einer BoIv