DE202004000570U1

DE202004000570U1 - Anordnung zur off site, on line und/oder in situ Messung organischer Substanzen in Flüssigkeiten und/oder Dämpfen

Info

Publication number: DE202004000570U1
Application number: DE200420000570
Authority: DE
Original assignee: Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Current assignee: Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2014-01-10

Abstract

Anordnung zur off site, on line und/oder in situ Messung organischer Substanzen in Flüssigkeiten oder Dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem wasserdichten Gehäuse in einem geführten Gasstrom mindestens ein Photoionisationsdetektor (10) angeordnet ist und dass zur Realisierung verschiedener Betriebszustände mindestens ein Ventil (1, 2, 3, 4) und/oder zum Schutz vor Übersättigung mindestens ein Aktivkohlefilter (9) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur off site, on line und/oder in situ Messung organischer Substanzen in Flüssigkeiten und/oder Dämpfen.
Anwendungsgebiete der Erfindung sind off site, on line und/oder in situ (Direkte Analyse in der Untersuchungsmatrix ohne Probenahme)- Messungen in Flüssigkeiten und Dämpfen zum Nachweis organischer Substanzen, insbesondere Verunreinigungen, beispielsweise umweltrelevanter Verbindungsklassen der Mineralölkohlenwasserstoffe, halogenierter Kohlenwasserstoffe, der Monoaromaten, der Aliphaten sowie sonstiger permeabler organischer Verbindungen. Die Erfindung eignet sich für den kontinuierlichen Messbetrieb in komplett in die Mess-Flüssigkeit eingetauchter Anordnung, beispielsweise zum Eintauchen in ein natürliches Gewässer oder eine Grundwassermessstelle. Die Erfindung ist auch im mehrtägigen Dauerbetrieb unter Wasser einsetzbar. In verschiedenen Betriebszuständen können kontinuierlicher Messbetrieb, Spülbetrieb nach Übersättigung des Mess-Sensors und Schutzbetrieb im Falle ungewollt eingedrungener Feuchtigkeit realisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sowohl off site, als auch on line, als auch in situ einsetzbare Mess-Sonde zu entwickeln, welche eintauchbar, störungsresistent, ohne Fachpersonal im Dauerbetrieb zur Messung leicht- und mittelflüchtiger organischer permeabler Substanzen in flüssigen Proben und Dampfphasen unkompliziert einsetzbar und vor Schaden durch möglicherweise eintretendes Wasser geschützt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in den eingebauten Schutzmechanismen, derart dass bei Überladung des Detektors automatisch die Umstellung auf einen Spülbetrieb realisiert werden kann und/oder dass im Falle unbeabsichtigt eingedrungener Feuchtigkeit die Messeinheit im Schutzbetrieb vor Schäden bewahrt wird. Weitere Vorteile der Erfindung sind ihre Robustheit und das einfache Bedienkonzept, so dass die Erfindung neben dem Laborbetrieb auch uneingeschränkt für die Vor-Ort-Analytik unter Feldbedingungen einsetzbar ist.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur off site, on line und/oder in situ Messung organischer Substanzen in Flüssigkeiten und/oder Dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem wasserdichten Gehäuse in einem geregelten Gasstrom mindestens ein Photoionisationsdetektor (10) (PID) angeordnet ist und dass zur Realisierung verschiedener Betriebszustände mindestens ein Ventil (1, 2, 3, 4) und/oder zum Schutz vor Überladung mindestens ein Aktivkohlefilter (9, 11) angeordnet sind.
Die Erfindung ist Teil einer Mess-Sonde, die eine Kombination von Membranextraktion und Messung über einen Photoionisationsdetektor darstellt. Gemessen werden permeable organische Verbindungen, die ein Ionisierungspotenzial kleiner der im PID eingesetzten Ionisierungsquelle haben; hierzu gehören viele umweltrelevante organische Verbindungsklassen wie Mineralölkohlenwasserstoffe, halogenierte Koh lenwasserstoffe, Monoaromaten, Aliphaten sowie sonstige permeable organische Verbindungen, aber auch einzelne anorganische Verbindungen wie beispielsweise Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Phosphorwasserstoff. Eine mikroporöse und/oder homogen ausgebildete Membran vermittelt den Kontakt zwischen der flüssigen Probenphase und der gasförmigen Analysephase.
Um die Messsonde bei eventuell eindringendem Wasser und/oder bei eventueller Überladung des Detektors zu schützen, werden erfindungsgemäss drei Betriebszustände durch entsprechende Schaltung von Ventilen realisiert: Messbetrieb, Spülbetrieb und/oder Schutzbetrieb.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
1 zeigt eine Prinzipschaltung der Erfindung im Messbetrieb
2 zeigt eine Prinzipschaltung der Erfindung im Spülbetrieb
3 zeigt eine Prinzipschaltung der Erfindung im Schutzbetrieb
Der Trägergas-Strom fließt entlang der Membran 7, wo er mit den durch die Membran permeierten Substanzen beladen wird, die aus der Probe durch die Membran 7 in die Sonde eingedrungen sind. Der- Trägergas-Strom fliesst anschließend durch den Feuchtesensor 6. Im Photoionisationsdetektor 10 ist eine interne Pumpe angeordnet.
Bei der off site-Messung, beispielsweise im Labor, kann vorzugsweise Umgebungsluft als Trägergas verwendet werden. Bei der on line-Messung unter Wasser wird die Anordnung von einem wasserdichten Gehäuse 12 umschlossen, in welchem ein Trägergas-Vorrat zirkuliert, welcher im wasserdichten Ge- häuse 12 drucklos eingeschlossen ist. Über das Trockenrohr mit dem Trockenmittel 8 wird das eingeschlossene Gas jeweils wieder neu eingesaugt. Das wasserdichte Gehäuse 12 lässt die Membran 7 frei, durch welche der Austausch zwischen Messanordnung und zu messender Probe stattfindet. Bei der Membran 7 handelt es sich um eine Flächenmembran. Die Form des wasserdichten Gehäuses 12 kann beliebig gewählt sein; die Membran 7 kann daran an beliebiger Stelle angeordnet sein. Prinzipiell sind auch mehrere Membranen 7 pro Messanordnung möglich.
Nachfolgend sollen die einzelnen Betriebszustände beschrieben werden.
1: Im Messbetrieb wird das Trägergas innerhalb der Mess-Sonde durch entsprechende Pumpen gefördert und transportiert die durch die Membran 7 diffundierten Substanzen zum Nachweis in den Photoionisationsdetektor 10. Der Trägergas-Strom ist durch Pfeile dargestellt und führt nach dem Feuchtesensor 6 weiter durch das geöffnete Ventil 1 zum Photoionisationsdetektor 10, anschließend durch das geöffnete Ventil 4 weiter zu einem Aktivkohlefilter 9. Anschließend wird das gereinigte Gas wieder über ein Trocknungsmittel 8 geleitet und wieder entlang der Membran 7 geführt. Ventil 2 und Ventil 3 bleiben im Messbetrieb geschlossen.
2: Im Spülbetrieb ist das Ventil 1 geschlossen, so dass der Trägergas-Strom nicht direkt durch den Photoionisationsdetektor 10 verläuft, sondern nach dem Feuchtesensor 6 durch die Pumpe 5 durch das nun geöffnete Ventil 3 zur Reinigung zumindest teilweise in einen Aktivkohlefilter 9 gelangt.
3: Im Schutzbetrieb werden durch das Signal des Feuchtesensors 6 alle Ventile 1, 2, 3 und 4 geschlossen, um bei eindringender Feuchtigkeit, beispielsweise durch eine beschädigte Membran 7, eine Schädigung des Photoionisationsdetektors 10 und der Elektronik zu vermeiden. Die Pumpe 5 schaltet in diesem Schutzbetrieb aus, es fliesst kein Trägergas-Strom. Das Ventil 3 kann entfallen, wenn die Pumpe 5 in Aus-Stellung gasdicht schließt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventile 1, 2, 3, 4 Magnetventile sind.
Durch diese Schutzmechanismen in Zusammenhang mit ihrer Kompaktheit, Robustheit und Tauchfähigkeit durch ein wasserdichtes Gehäuse ist die Erfindung uneingeschränkt vor Ort für in situ Messungen einsetzbar.
Tabelle 1 zeigt die Schaltzustände I=An, 0=Aus von Photoionisationsdetektor 10, Pumpe 5 und Ventil 1 bis 4.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1: Ventil 1
2: Ventil 2
3: Ventil 3
4: Ventil 4
5: Pumpe
6: Feuchtesensor
7: Membran
8: Trockenmittel
9: Aktivkohlefilter
10: Photoionisationsdetektor
11: Aktivkohlefilter
12: wasserdichtes Gehäuse
: Trägergas-Strom

Claims

Anordnung zur off site, on line und/oder in situ Messung organischer Substanzen in Flüssigkeiten oder Dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem wasserdichten Gehäuse in einem geführten Gasstrom mindestens ein Photoionisationsdetektor (10) angeordnet ist und dass zur Realisierung verschiedener Betriebszustände mindestens ein Ventil (1, 2, 3, 4) und/oder zum Schutz vor Übersättigung mindestens ein Aktivkohlefilter (9) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Pumpe (5) und dem Ventil (1) mindestens ein Feuchtesensor (6) und/oder ein Steuermodul für mindestens drei verschiedene Betriebszustände angeordnet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindung zwischen zu messender Flüssigkeit oder zu messendem Dampf und Messanordnung eine Membran (7) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (1, 2, 3, 4) Magnetventile sind.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Messbetrieb (1) der Photoionisationsdetektor (10) durchflossen ist, die Pumpe (5) ausgeschaltet ist, das Ventil (1) geöffnet ist, das Ventil (2) geschlossen ist, das Ventil (3) geschlossen ist und das Ventil (4) geöffnet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Spülbetrieb (2) zur Reinigung der Gasphase die Pumpe (5) eingeschaltet ist, das Ventil (1) geschlossen ist, das Ventil (2) geöffnet ist, das Ventil (3) geöffnet ist und das Ventil (4) geöffnet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schutzbetrieb der Photoionisationsdetektor (10) nicht durchflossen ist, die Pumpe (5) ausgeschaltet ist, das Ventil (1) geschlossen ist, das Ventil (2) geschlossen ist, das Ventil (3) geschlossen ist und das Ventil (4) geschlossen ist.