DE202006020954U1 - Apparatus for automatically determining the content of chlorine in samples - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Elementaranalyse zum automatischen Bestimmen des Gehaltes an Chlor in festen, flüssigen oder gasförmigen Proben, mit einer Verbrennungseinrichtung, die einen Verbrennungsraum aufweist, der auf eine Temperatur über eine Heizeinrichtung von bis 1200°C einstellbar ist, mit einer Sauerstoffversorgung oder einer Versorgung mit synthetischer Luft für den Verbrennungsraum als Verbrennungs- und Trägergas, mit einer dem Verbrennungsraum nachgeordneten Trocknungseinrichtung, mit einer der Trocknungseinrichtung folgenden Bestimmungseinrichtung für Cl und mit einer sich daran anschließenden Auswerteeinheit, wobei die Bestimmungseinrichtung (10, 11, 12; 19) für Cl einen Sensor für HCl umfasst, der in einer Durchflussküvette (10; 19) angeordnet ist, und wobei der Verbrennungsraum mit WO3-Granulat gefüllt ist.An elemental analysis apparatus for automatically determining the content of chlorine in solid, liquid or gaseous samples, comprising a combustion device having a combustion chamber adjustable to a temperature above a heater of up to 1200 ° C, with an oxygen supply or a synthetic supply Air for the combustion chamber as combustion and carrier gas, with a downstream of the combustion chamber drying device, with a drying device following determination device for Cl and with an adjoining evaluation, wherein the determination means (10, 11, 12, 19) for Cl a sensor for HCl, which is arranged in a flow cell (10, 19), and wherein the combustion chamber is filled with WO 3 granules.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elementaranalyse zum automatischen Bestimmen des Gehalts an Chlor in festen, flüssigen oder gasförmigen Proben, mit einer Verbrennungseinrichtung, die einen Verbrennungsraum aufweist, der auf eine Temperatur über eine Heizeinrichtung von bis 1200°C einstellbar ist, mit einer Sauerstoffversorgung oder einer Versorgung mit synthetischer Luft für den Verbrennungsraum als Verbrennungs- und Trägergas, mit einer dem Verbrennungsraum nachgeordneten Trocknungseinrichtung, mit einer der Trocknungseinrichtung folgenden Bestimmungseinrichtung für HCl und mit einer sich daran anschließenden Auswerteeinheit.The present invention relates to an apparatus for elemental analysis for automatically determining the content of chlorine in solid, liquid or gaseous samples, with a combustion device having a combustion chamber, which is adjustable to a temperature via a heater of up to 1200 ° C, with an oxygen supply or a supply of synthetic air for the combustion chamber as a combustion and carrier gas, with a downstream of the combustion chamber drying device, with a drying device following determination device for HCl and with an adjoining evaluation.
Die Elementaranalyse wird weit verbreitet insbesondere für die Bestimmung von Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Wasserstoff und/oder Sauerstoff, die in festen oder flüssigen Proben enthalten sind, eingesetzt. Hierzu werden die Proben in einer Verbrennungsvorrichtung unter Zufuhr von Sauerstoff verbrannt und die Verbrennungsprodukte, in einem Trägergas mitgeführt, in verschiedenen Stufen hinsichtlich der vorstehenden Elemente analysiert. Solche Analysen können mit bekannten Vorrichtungen automatisiert durchgeführt werden.The elemental analysis is widely used in particular for the determination of carbon, nitrogen, sulfur, hydrogen and / or oxygen contained in solid or liquid samples. For this purpose, the samples are burned in a combustion device with the supply of oxygen and the combustion products, carried in a carrier gas, analyzed in various stages with respect to the above elements. Such analyzes can be automated with known devices.
Unter anderem ist es aber auch erwünscht, den Gehalt an Chlor in festen, flüssigen oder gasförmigen Proben zu ermitteln, insbesondere im Hinblick darauf, dass Chlor ein häufiger anzutreffendes ”Heteroelement” in organischen Verbindungen ist sowie Umweltproben besonders durch Chlorbelastung gekennzeichnet sind.Among other things, it is also desirable to determine the content of chlorine in solid, liquid or gaseous samples, especially in view of the fact that chlorine is a common "heteroelement" in organic compounds and environmental samples are particularly characterized by chlorine pollution.
Mit bekannten Vorrichtungen wurde bisher der Gehalt an Chlor in Proben über ein sogenanntes Mikro-Coulometer erfasst. Hierzu wird die zu analysierende Probe zunächst, in ein Schiffchen eingesetzt, in einen Ofen eingebracht (dieser Vorgang erfolgt üblicherweise manuell), wo die Probe unter Sauerstoffzufuhr verbrannt wird. Das Verbrennungsgas wird dann einer Trocknung mit flüssiger Schwefelsäure unterworfen und dann einem Mikrocoulometer zugeführt; die Messwerte des Mikro-Coulometers werden dann in einer Auswerteeinheit ausgewertet.With known devices, the content of chlorine in samples has so far been recorded via a so-called micro-coulometer. For this purpose, the sample to be analyzed is first placed in a boat, placed in an oven (this process is usually done manually), where the sample is burned while supplying oxygen. The combustion gas is then subjected to drying with liquid sulfuric acid and then fed to a microcoulometer; the measured values of the micro-coulometer are then evaluated in an evaluation unit.
Dieses bekannte Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen haben den Nachteil, dass eine Geruchsbelästigung durch Essigsäure auftritt, die den Hauptbestandteil der Elektrolytlösung im Coulometer darstellt. Außerdem ist eine regelmäßige Wartung der Elektroden und der Elektrolytflüssigkeit erforderlich, was folglich lange Vorbereitungsphasen erfordert, die die einzelnen Messzyklen wesentlich verlängern. Auch ein automatisiertes Messen des Chlorgehalts an großen Probenreihen ist demzufolge nicht möglich. Coulometer weisen auch einen eingeschränkten Messbereich bezüglich großer Cl-Konzentrationen auf.This known method and the corresponding devices have the disadvantage that an odor nuisance by acetic acid occurs, which is the main component of the electrolytic solution in Coulometer. In addition, a regular maintenance of the electrodes and the electrolyte liquid is required, which consequently requires long preparation phases, which considerably lengthen the individual measuring cycles. An automated measurement of the chlorine content on large sample series is therefore not possible. Coulometers also have a limited range of measurement for high Cl concentrations.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum automatischen Bestimmen des Gehalts an Chlor (Cl) in Proben zu schaffen, die nicht die vorstehend angeführten Nachteile zeigen. Insbesondere soll die Vorrichtung im Wesentlichen wartungsfrei sein und ein automatisiertes Messen des Chlorgehalts an großen Probenreihen über einen großen Konzentrationsbereich ermöglichen.The present invention has for its object to provide a device for automatically determining the content of chlorine (Cl) in samples that do not show the disadvantages mentioned above. In particular, the device should be substantially maintenance-free and allow automated measurement of the chlorine content on large series of samples over a wide concentration range.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Elementaranalyse zum automatischen Bestimmen des Gehaltes an Chlor in festen, flüssigen oder gasförmigen Proben, mit einer Verbrennungseinrichtung, die einen Verbrennungsraum aufweist, der auf eine Temperatur über eine Heizeinrichtung von bis 1200°C einstellbar ist, mit einer Sauerstoffversorgung oder einer Versorgung mit synthetischer Luft für den Verbrennungsraum als Verbrennungs- und Trägergas, mit einer dem Verbrennungsraum nachgeordneten Trocknungseinrichtung, mit einer der Trocknungseinrichtung folgenden Bestimmungseinrichtung für Cl und mit einer sich daran anschließenden Auswerteeinheit, wobei die Bestimmungseinrichtung für Cl einen Sensor für HCl umfasst, der in einer Durchflussküvette angeordnet ist, und wobei der Verbrennungsraum mit WO3-Granulat gefüllt ist.This object is achieved by an elemental analysis device for automatically determining the content of chlorine in solid, liquid or gaseous samples, with a combustion device having a combustion chamber which is adjustable to a temperature over a heater of up to 1200 ° C, with a Oxygen supply or a supply of synthetic air for the combustion chamber as a combustion and carrier gas, with a combustion chamber downstream drying device, with a drying device following determination device for Cl and with an adjoining evaluation, wherein the determination device for Cl comprises a sensor for HCl, which is arranged in a flow cell, and wherein the combustion chamber is filled with WO 3 granules.
Verfahrensgemäß wird zum automatischen Bestimmen des Gehaltes an Chlor in festen, flüssigen oder gasförmigen Proben in einer Verbrennungseinrichtung eine Probe unter Temperaturen von bis zu 1200°C unter Zufuhr von Sauerstoff oder synthetischer Luft als Verbrennungs- und Trägergas verbrannt, der Gasstrom wird in einer Trocknungseinrichtung getrocknet und das getrocknete Messgas wird einer Bestimmungseinrichtung für Chlor zugeführt und das Bestimmungsergebnis wird ausgewertet, wobei das getrocknete Messgas einer Küvette, die mindestens einen HCl-Sensor aufweist, zugeführt wird, das von der Küvette abgegebene Spannungssignal erfasst wird und mit einer Kalibrierkurve verglichen wird, wobei das Spannungssignal einem Chlor-Wert zugeordnet wird und dieser Wert angezeigt wird. Bei der eingesetzten Verbrennungseinrichtung ist der Verbrennungsraum mit WO3-Granulat gefüllt.According to the method, to automatically determine the content of chlorine in solid, liquid or gaseous samples in a combustion device, a sample is burned under temperatures of up to 1200 ° C while supplying oxygen or synthetic air as the combustion and carrier gas, the gas stream is dried in a drying device and the dried measurement gas is supplied to a determination device for chlorine and the determination result is evaluated, wherein the dried measurement gas is supplied to a cuvette having at least one HCl sensor, the voltage signal output from the cuvette is detected and compared with a calibration curve the voltage signal is assigned to a chlorine value and this value is displayed. In the combustion device used, the combustion chamber is filled with WO 3 granulate.
Diese Lösungen stellen einfache Maßnahmen dar, um den Gehalt an Chlor in festen, flüssigen oder gasförmigen Proben zu ermitteln. Die Vorrichtung ist im Wesentlichen wartungsfrei, so dass sie ohne große Vorbereitung unmittelbar eingesetzt werden kann. Aufgrund dieser nicht erforderlichen Wartung ist es insbesondere auch möglich, die Chlorbestimmung automatisiert an einer Vielzahl von Proben hintereinander vorzunehmen.These solutions are simple measures to determine the content of chlorine in solid, liquid or gaseous samples. The device is essentially maintenance free, so it can be used immediately without much preparation. Due to this unnecessary maintenance, it is also possible in particular to carry out the chlorine determination automatically on a large number of samples in succession.
Um eine vollständige Umsetzung des in der Probe enthaltenen Cl zu HCl zu gewährleisten, wird in einer Ausführungsform der Verbrennungseinrichtung eine Nachverbrennungseinrichtung nachgeordnet. Ein Defizit an Wasserstoff für die HCl Bildung wird durch geeignete Probenzuschläge ausgeglichen. In order to ensure complete conversion of the Cl to HCl contained in the sample, an afterburner is arranged downstream of the incinerator in one embodiment. A deficit of hydrogen for HCl formation is compensated by appropriate sample additions.
In Verbindung mit einer Durchflussküvette, wie sie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des Gehalts an Chlor eingesetzt wird, kann eine Trocknungseinrichtung eingesetzt werden, die als Trocknungsmittel H2SO4 (Schwefelsäure) auf einem körnigen/granulatförmigen Träger aufweist. ”Trockene” Schwefelsäure ist relativ unproblematisch zu handhaben. Diese trockene Schwefelsäure ist beispielsweise von Merck (Darmstadt) erhältlich.In connection with a flow cell, as used in the apparatus according to the invention for determining the content of chlorine, a drying device can be used, which has as drying agent H 2 SO 4 (sulfuric acid) on a granular / granular support. "Dry" sulfuric acid is relatively easy to handle. This dry sulfuric acid is available, for example, from Merck (Darmstadt).
Wenn bei der Verbrennung größere Wassermengen auftreten, wird bevorzugt als Trocknungseinrichtung eine Membrangastrocknung eingesetzt, der ein Abschnitt nachgeordnet ist, der das Trockenmittel aufweist. Eine solche Trocknungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie völlig wartungsfrei arbeitet.If larger amounts of water occur during combustion, it is preferred to use membrane drying as the drying device, followed by a section having the desiccant. Such a drying device is characterized by the fact that it works completely maintenance-free.
Um einen großen Messbereich für die Messung des Gehalts an Cl bereitzustellen, sollte die Durchflussküvette des HCl-Sensors auf verschiedene Messbereiche durch unterschiedlich empfindliche Sensoren abgestimmt werden. Vorzugsweise werden solche Sensoren eingesetzt, die einen Messbereich von 20 ng (20 × 10–9 g) bis 2 mg (2 × 10–3 g) abdecken.In order to provide a large measuring range for measuring the content of Cl, the flow cell of the HCl sensor should be tuned to different measuring ranges by sensors of different sensitivity. Preferably, such sensors are used covering a measurement range of 20 ng (20 x 10 -9 g) to 2 mg (2 x 10 -3 g).
Besonders bevorzugt wird als Sensor zur Messung von HCl ein IR-Detektor eingesetzt, der insbesondere einen Messbereich von 15 μg (15 × 10–6 g) bis 2 mg (2 × 10–3 g) abdeckt.An IR detector is particularly preferably used as a sensor for measuring HCl, which covers in particular a measuring range of 15 μg (15 × 10 -6 g) to 2 mg (2 × 10 -3 g).
Wenn die Verbrennungsgase einer Nachverbrennung unterzogen werden, bevor das getrocknete Messgas der Küvette zugeführt wird, ist gewährleistet, dass das in der Probe enthaltene Cl vollständig zu HCl umgesetzt wird.If the combustion gases undergo afterburning before the dried sample gas is fed to the cuvette, it is ensured that the Cl contained in the sample is completely converted to HCl.
Um den HCl-Sensor der Küvette zyklisch zu generieren, sollte dieser von Zeit zu Zeit mit Umgebungsluft gespült werden.To cyclically generate the cuvette's HCl sensor, it should be flushed with ambient air from time to time.
Mit einer Analysevorrichtung für Chlor (Cl), wie sie vorstehend angegeben ist, kann eine größere Anzahl von Bestimmungszyklen automatisiert durchgeführt werden, wobei nur zwischen einzelnen Bestimmungszyklen Verbrauchsmaterialien, wie beispielsweise trockene Schwefelsäure, überprüft oder gegebenenfalls gewechselt werden muss.With a chlorine (Cl) analyzer as indicated above, a larger number of determination cycles can be automated, with only consumables such as dry sulfuric acid being required to be checked or changed between cycles of determination.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.Further details of the invention will become apparent from the following description of two embodiments with reference to the drawing.
In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows
Die Vorrichtung umfasst einen Verbrennungsofen
Für die Analyse von festen Proben wird der Probeninjektionskopf
Unterhalb des Probeninjektionskopfs
Der vorstehend beschriebene Aufbau ist eine übliche Anordnung einer Verbrennungsanordnung für die Elementaranalyse, wie sie weit verbreitet, auch mit den entsprechenden Modifikationen, eingesetzt wird.The structure described above is a conventional arrangement of a combustion device for the elemental analysis, as it is widely used, even with the corresponding modifications.
Für die Bestimmung des Gehalts an Chlor in festen oder flüssigen Proben werden die in dem Verbrennungsrohr
Das getrocknete Gas wird dann einem in einer Durchflussküvette
HCl-Sensoren, wie sie in der Durchflussküvette
Der Messbereich der Durchflussküvette kann in Stufen eingestellt werden, beispielsweise von 0–20 ppm HCl, 0–0,3% HCl und 0–5% HCl.The measurement range of the flow cell can be adjusted in stages, for example from 0-20 ppm HCl, 0-0.3% HCl and 0-5% HCl.
Für eine zyklische Reinigung der Vorrichtung wird in Phasen, in denen der Verbrennungsofen
In
Im Gegensatz zu der Ausführungsform, die in
In der Ausführungsform der
Sowohl der Verbrennungsofen
Die aus dem Verbrennungsrohr
Im Gegensatz zu der Anordnung der
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