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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung des Quecksilbergehalts einer Probe.
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Quecksilber ist unter den Metallen eines der mobilsten Elemente und verteilt sich somit zunehmend auf der Erdoberfläche und in der Atmosphäre. Die größten Mengen an Quecksilber werden neben vulkanischen Aktivitäten durch den Menschen freigesetzt. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und durch thermische Verfahren wie Erzaufbereitung für die Metall- und Stahlproduktion sowie Verarbeitung von keramischen Rohstoffen usw. wird Quecksilber in Umlauf gebracht. Die gebildeten Quecksilberverbindungen werden durch Bio-Akkumulation in Lebewesen angereichert und gelangen so in Form von hochtoxischem Methylquecksilber, vor allem durch den Verzehr von Fischen und Meeresprodukten, in den Nahrungskreislauf. Somit sind Quecksilberkontrollen in gasförmigen und flüssigen Proben von zunehmender Bedeutung.
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art prinzipiell bekannt. Beispielsweise ist eine Vorrichtung bekannt, mit der der Quecksilbergehalt in flüssigen und festen Proben ohne vorherige chemische Aufbereitung in kurzer Zeit bestimmt werden kann. Hierzu werden die Proben bei hoher Temperatur katalytisch im Sauerstoffstrom verbrannt und das Quecksilber als Gold-Amalgam angereichert. Diese Anreicherung erfolgt in einem sogenannten Amalgamkollektor, auch bekannt als „Amalgamfalle“. Anschließend wird das in dem Amalgamkollektor gesammelte bzw. gebundene Quecksilber durch spontanes Atomisieren, beispielsweise durch Erhitzen, freigesetzt und anschließend spektroskopisch bestimmt.
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Es hat sich nunmehr im Stand der Technik gezeigt, dass für eine exakte quantitative Bestimmung des Quecksilbergehalts die Amalgamkollektoren absolut gleich präpariert sein müssen. Eine solche Präparation ist jedoch sehr aufwendig und in der Praxis kaum zu erreichen. Hinzu kommt, dass unspezifische Absorptionen durch Kondensationsprodukte hochsiedender Spezies und Verbrennungsprodukte zu Störungen und somit Fehlmessungen führen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die quantitative Bestimmung des Quecksilbergehalts einer Probe verbessert, also insbesondere genauer ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung des Quecksilbergehalts einer Probe auf: einen ersten Kollektor und einen zweiten Kollektor (jeweils) zum Binden von Quecksilber einer Probe, wobei der zweite Kollektor stromabwärts mit einer Messeinrichtung zur Messung einer von dem zweiten Kollektor freigesetzten Quecksilbermenge fluidisch verbindbar ist, eine bevorzugt dem ersten Kollektor entsprechende Leerkartusche, und einen Fluidanschluss zum wahlweisen stromabwärtigen fluidischen Verbinden mit dem ersten Kollektor oder der Leerkartusche. Unter „dem ersten Kollektor entsprechend“ ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass die Leerkartusche im Wesentlichen identisch zum ersten Kollektor ausgebildet ist bzw. vergleichbare Strömungseigenschaften bzgl. eines durchzuleitenden Fluids aufweist, jedoch nicht zum Binden von Quecksilber einer Probe ausgelegt ist; also bspw. kein entsprechendes Bindematerial aufweist, sondern eben leer bereitgestellt ist. Der Fluidanschluss dient bevorzugt zum (Ein-)Leiten von Fluiden insbesondere in das System bzw. in die stromabwärts nachgelagerten Komponenten der Vorrichtung und kann hierzu vorzugsweise beliebig an entsprechende Fluid-Zuführsysteme angeschlossen werden/sein. Die Vorrichtung ist ferner derart ausgebildet, um zwischen einem Kalibriermodus, in welchem der Fluidanschluss über eine Leerkartusche mit dem zweiten Kollektor fluidisch verbunden ist, und einem Messmodus, in welchem der Fluidanschluss über den ersten Kollektor mit dem zweiten Kollektor fluidisch verbunden ist, zu wechseln.
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Die Vorrichtung findet insbesondere Anwendung, nachdem die Probe, deren Quecksilbergehalt bestimmt werden soll, bei hoher Temperatur katalytisch in einem Sauerstoffstrom verbrannt und das so entweichende Quecksilber beispielsweise als Amalgam, insbesondere als Goldamalgam, in dem ersten Kollektor gebunden bzw. angereichert oder gesammelt wurde. Der erste Kollektor bindet also das Quecksilber der Probe, deren Quecksilbergehalt bestimmt werden soll.
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Mit der Vorrichtung kann folglich in einfacher Weise vor dem Freisetzen (bspw. Atomisieren, insbesondere Verdampfen) des von dem ersten Kollektor gebundenen Quecksilbers und der anschließenden Bestimmung der somit von dem ersten Kollektor freigegebenen Quecksilbermenge eine Kalibrierung, also insbesondere die Feststellung einer Abweichung der Vorrichtung bzw. des zweiten Kollektors im Hinblick auf die quantitative Bestimmung des Quecksilbergehalts der Probe, durchgeführt werden. Unter Berücksichtigung dieser Abweichung bzw. mit der kalibrierten Vorrichtung kann somit anschließend, also durch einfaches Wechseln in den Messmodus mittels Austausch der Leerkartusche durch den ersten Kollektor, der Quecksilbergehalt des ersten Kollektors und somit der Probe einfach und genau bestimmt werden. Und da der zweite Kollektor insbesondere eine konstante Empfindlichkeit besitzt, kann eine optimale Reproduzierbarkeit der quantitativen Bestimmung des Quecksilbergehalts erreicht werden.
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Die Vorrichtung weist vorzugsweise einen weiteren Fluidanschluss auf, welcher stromaufwärts des zweiten Kollektors vorgesehen ist, um den zweiten Kollektor wahlweise mit der Leerkartusche oder dem ersten Kollektor fluidisch zu verbinden, sodass in dem Kalibriermodus der Fluidanschluss über die Leerkartusche und den weiteren Fluidanschluss mit dem zweiten Kollektor fluidisch verbunden ist und in dem Messmodus der Fluidanschluss über den ersten Kollektor und den weiteren Fluidanschluss mit dem zweiten Kollektor fluidisch verbunden ist. Mit anderen Worten: im Kalibriermodus ist das stromaufwärtige Ende der Leerkartusche mit dem Fluidanschluss und das stromabwärtige Ende der Leerkartusche mit dem weiteren Fluidanschluss (fluidisch) verbunden, und im Messmodus ist das stromaufwärtige Ende des ersten Kollektors mit dem Fluidanschluss und das stromabwärtige Ende des ersten Kollektors mit dem weiteren Fluidanschluss (fluidisch) verbunden. Die Fluidanschlüsse definieren somit einen Bereich, über welchen die Leerkartusche bzw. der erste Kollektor einfach mit dem zweiten Kollektor und dem Fluidanschluss fluidisch verbunden werden kann.
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Bevorzugt ist, wenn die Vorrichtung ferner eine mit dem zweiten Kollektor stromabwärts fluidisch verbundene Messeinrichtung zum Messen einer Quecksilbermenge, welche von dem zweiten Kollektor freigesetzt wurde, aufweist, wobei in dem Kalibriermodus die Leerkartusche den Fluidanschluss mit dem zweiten Kollektor fluidisch verbindet, sodass eine aus dem Fluidanschluss austretende definierte Quecksilbermenge über die Leerkartusche in den zweiten Kollektor geleitet und dort gebunden wird, und die Messeinrichtung eingerichtet ist, die von dem zweiten Kollektor freigesetzte Quecksilbermenge zu messen, um auf Basis der gemessenen freigesetzten Quecksilbermenge und der definierten Quecksilbermenge einen Kalibrierwert zur Kalibrierung des zweiten Kollektors zu bestimmen. Auf diese Weise kann besonders einfach die Vorrichtung kalibriert werden.
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Die definierte Quecksilbermenge kann durch ein Kaltdampfverfahren bereitgestellt sein. Das Kaltdampfverfahren als solches ist im Wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannt und stellt ein Mittel bereit, um einfach die definierte Quecksilbermenge zur Kalibrierung der Vorrichtung bzw. des zweiten Kollektors bereitzustellen.
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Bevorzugt ist, wenn in dem Messmodus der erste Kollektor den Fluidanschluss mit dem zweiten Kollektor fluidisch verbindet, sodass vorzugsweise mittels eines aus dem Fluidanschluss austretenden Transportgases Quecksilber, welches von dem ersten Kollektor freigesetzt wurde, in den zweiten Kollektor geleitet und dort gebunden wird, und die Messeinrichtung eingerichtet ist, die von dem zweiten Kollektor freigesetzte Quecksilbermenge zu messen, um auf Basis der gemessenen freigesetzten Quecksilbermenge und des Kalibrierwerts die von dem ersten Kollektor freigesetzte Quecksilbermenge zu bestimmen. Durch Heranziehen des Kalibrierwerts kann somit die Quecksilbermenge bzw. der Quecksilbergehalt der Probe sehr genau bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise ist der Fluidanschluss und bevorzugt der weitere Fluidanschluss ausgebildet, um mit der Leerkartusche bzw. dem ersten Kollektor werkzeuglos verbunden (und von diesen vorzugsweise werkzeuglos entkoppelt) zu werden. Somit kann ein schnelles Wechseln zwischen Leerkartusche und erstem Kollektor und somit zwischen dem Kalibriermodus und dem Messmodus erzielt werden. Besonders bevorzugt ist der Fluidanschluss und bevorzugt der weitere Fluidanschluss als Schnellkupplung ausgebildet.
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Die Messeinrichtung kann ein Spektrometer sein. Durch das Spektrometer kann die freigesetzte Quecksilbermenge stromabwärts des zweiten Kollektors sehr genau bestimmt werden, was folglich auch einer genauen Bestimmung des Quecksilbergehalts der Probe bzw. der Quecksilbermenge des ersten Kollektors zugutekommt.
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Die Vorrichtung kann eine Behälteraufnahme zur Aufnahme der Leerkartusche oder des ersten Kollektors aufweisen, wenn die Leerkartusche oder der erste Kollektor nicht mit dem Fluidanschluss fluidisch verbunden ist. Das heißt, in dem Kalibriermodus und in dem Messmodus kann somit der erste Kollektor bzw. die Leerkartusche einfach und sicher aufbewahrt werden, was die Bedienbarkeit der Vorrichtung verbessert.
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Die Leerkartusche kann aus Quarz oder einem sonstigen Material, welches Quecksilber nicht bindet, hergestellt sein. Quecksilber wird somit nicht in der Leerkartusche gebunden, sodass die definierte Quecksilbermenge im Kalibriermodus im Wesentlichen unverändert zu dem zweiten Kollektor gelangt. Somit kann sichergestellt werden, dass die Leerkartusche die Kalibrierung der Vorrichtung nicht beeinflusst.
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Der zweite Kollektor kann in der Vorrichtung fest verbaut sein. Mit anderen Worten kann der zweite Kollektor in der Vorrichtung als eine bezüglich des Kalibrier- und Messmodus konstante Einheit verbleiben. Somit kann der zweite Kollektor an einer Stelle der Vorrichtung vorgesehen sein, welche schwer oder nicht zugänglich ist. Folglich kann die Vorrichtung durch Ausnutzung von schwerzugänglichem Raum kompakter gestaltet werden.
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Der erste Kollektor und/oder der zweite Kollektor kann/können Quecksilber mit einem Edelmetall (als Amalgam) binden. Besonders vorteilhaft zur Bindung des Quecksilbers (als Amalgam) ist Gold und/oder Aluminium. Ferner bevorzugt ist, wenn der erste Kollektor und/oder der zweite Kollektor mit dem Edelmetall beschichtet ist/sind. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Kollektor und/oder der zweite Kollektor Quecksilber mit Graphit binden. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Graphit dabei in Form von Kügelchen vorgesehen ist. Der jeweilige Kollektor kann somit je nach Problemstellung mit einer entsprechenden Füllmenge der Kügelchen befüllt werden.
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Die Vorrichtung kann eine erste Heizvorrichtung zum Freisetzen (Atomisieren) des in dem ersten Kollektor gebundenen Quecksilbers mittels Erhitzen aufweisen. Somit kann das in dem ersten Kollektor gebundene Quecksilber besonders einfach und schnell freigesetzt bzw. atomisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Heizvorrichtung zum Beheizen der Leerkartusche vorgesehen sein. Somit kann auch die Leerkartusche durch Ausheizen von ungewollt in der Leerkartusche vorgesehenem Quecksilber bereinigt werden, was folglich die Kalibrierung verbessert.
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Die Vorrichtung kann eine zweite Heizvorrichtung zum Freisetzen (Atomisieren) des in den zweiten Kollektor gebundenen Quecksilbers mittels Erhitzen aufweisen. Somit kann das in dem zweiten Kollektor gebundene Quecksilber besonders einfach und schnell freigesetzt bzw. atomisiert werden. Außerdem kann somit mittels der Heizung der Kollektor gereinigt bzw. ausgeheizt werden, um insbesondere Messfehler zu minimieren bzw. zu verhindern.
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Der Wechsel zwischen dem Kalibriermodus und dem Messmodus kann automatisch oder manuell erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung des Quecksilbergehalts einer Probe mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: fluidisches Verbinden des Fluidanschlusses mit dem zweiten Kollektor über die Leerkartusche, (anschließendes) Kalibrieren der Vorrichtung, Entkoppeln der Leerkartusche und anschließendes fluidisches Verbinden des Fluidanschlusses mit dem zweiten Kollektor über den ersten Kollektor, und Bestimmen des Quecksilbergehalts des ersten Kollektors mit der kalibrierten Vorrichtung.
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Das Kalibrieren der Vorrichtung kann die folgenden Schritte aufweisen: Austreten einer definierten Quecksilbermenge aus dem Fluidanschluss, sodass die definierte Quecksilbermenge über die Leerkartusche in den zweiten Kollektor geleitet und dort gebunden wird, Freisetzen des in dem zweiten Kollektor gebundenen Quecksilbers, Messen der von dem zweiten Kollektor freigesetzten Quecksilbermenge, und Berechnen eines Kalibrierwerts auf Basis der definierten Quecksilbermenge und der gemessenen Quecksilbermenge.
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Das Bestimmen des Quecksilbergehalts des ersten Kollektors kann die folgenden Schritte aufweisen: Freisetzen des in dem ersten Kollektor gebundenen Quecksilbers, sodass das so freigesetzte Quecksilber vorzugsweise mittels eines aus dem Fluidanschluss austretenden Transportgases in den zweiten Kollektor geleitet und dort gebunden wird, Freisetzen des in dem zweiten Kollektor gebundenen Quecksilbers, Messen der von dem zweiten Kollektor freigesetzten Quecksilbermenge, und Bestimmen der von dem ersten Kollektor freigesetzten Quecksilbermenge auf Basis der gemessenen freigesetzten Quecksilbermenge und des Kalibrierwerts.
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Die zuvor beschriebenen Vorteile und Ausführungen bezüglich der Vorrichtung gelten für das Verfahren analog.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren, in denen vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, beispielhaft beschrieben. In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 2 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum Sammeln von Quecksilber einer Probe bevor der Quecksilbergehalt der Probe in der erfindungsgemäßen Vorrichtung quantitativ bestimmt wird.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur quantitativen Bestimmung des Quecksilbergehalts einer Probe dargestellt. Bei der Probe kann es sich um unterschiedliche Proben, insbesondere gasförmige oder flüssige Proben handeln. Die Probe kann beispielsweise ein brennbares Gas, Luft, Stickstoff, Abgas, Pyrolysegas, Abwasser oder organisches Lösungsmittel sein. Die Vorrichtung 1 kommt insbesondere in Laboratorien als fest installierte oder mobile Vorrichtung zum Einsatz.
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Die Vorrichtung 1 weist einen ersten Kollektor 2 (Probenkartusche) zum Binden von Quecksilber einer Probe auf. Bevor also der Quecksilbergehalt der Probe in der Vorrichtung 1 quantitativ bestimmt wird, wird das Quecksilber der Probe in dem ersten Kollektor 2 gesammelt. In 2 ist beispielhaft eine Vorrichtung 20 gezeigt, mittels welcher das Quecksilber einer Probe in dem erstem Kollektor 2 gesammelt wird. Der erste Kollektor 2 kann zuvor in einem Muffelofen (beispielsweise bei ca. 700°C) oder in der nachfolgend noch genauer beschriebenen Vorrichtung 1 ausgeheizt worden sein, um einen minimalen Blindwert des ersten Kollektors 2 zu erhalten. In der vorzugsweise hermetisch verschlossenen Vorrichtung 20 wird bewirkt, dass die insbesondere gasförmige Probe, welche zuvor beispielsweise bei hoher Temperatur in einem Sauerstoffstrom verbrannt wurde, den ersten Kollektor 2 durchläuft, sodass das in der Probe enthaltene Quecksilber in dem ersten Kollektor 2 (bspw. als Amalgam) gebunden wird. Beispielsweise kann die Vorrichtung 20 eine Pumpe 21 aufweisen, welche die gasförmige Probe derart ansaugt, dass die Probe den ersten Kollektor 2 zur Bindung des Quecksilbers der Probe in dem ersten Kollektor 2 durchläuft. Das heißt, das stromabwärtsseitige Ende des Kollektors 2 kann mit der Pumpe 21 fluidisch verbunden sein, wobei das stromaufwärtsseitige Ende des Kollektors 2 mit einem die Probe ausgebenden Anschluss fluidisch verbunden ist. Die Vorrichtung 20 kann einen stromabwärts der Pumpe 21 vorgesehenen Gasmengenzähler 22 zum Messen der den ersten Kollektor 2 durchlaufenden Probenmenge aufweisen, beispielsweise gegen einen gemessenen Atmosphärendruck (0 bis 2000 mbar) zur Berechnung auf Normal-Druck.
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Die Vorrichtung 20 kann einen optionalen, stromaufwärts des ersten Kollektors 2 vorgesehenen Partikelfilter 23 aufweisen, um zu verhindern, dass ungewollte Partikel wie beispielsweise Staubpartikel in den ersten Kollektor 2 gelangen und somit die Bindung des Quecksilbers beeinträchtigen.
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Die Temperatur beim Sammeln des Quecksilbers in dem ersten Kollektor 2 kann in einem Bereich von Raumtemperatur (19°C bis 21 °C, vorzugsweise 20 °C) bis 320 °C, vorzugsweise in einem Bereich von 100 °C bis 130 °C, liegen. Möglichst sollte die Temperatur beim Sammeln nicht weniger als 50°C betragen, da ansonsten, insbesondere für den Fall, dass der Kollektor 2 Quecksilber mit Aluminium bindet, die Möglichkeit besteht, dass die Absorptionsoberfläche des Kollektors 2 durch Wasserdampfkondensation (je nach Dampfdruck) belegt wird und somit zu Minderbefunden führt. In einem besonders bevorzugten Beispiel beträgt die Temperatur maximal 250°C, um eine Kondensation von hochsiedenden Störpartnern zu verhindern.
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Vorzugsweise bindet der erste Kollektor 2 Quecksilber mit einem quecksilberbindenden Material 2' wie beispielsweise Edelmetall, insbesondere Gold und/oder Aluminium, sodass Quecksilber beispielsweise in Form von Amalgam, insbesondere Goldamalgam, in dem ersten Kollektor 2 gebunden wird. Ein solcher Kollektor ist auch als „Amalgamkollektor“ bekannt. Der erste Kollektor 2 und/oder ein Absorptionsmaterial (Amalgambildner), mit welchem der erste Kollektor 2 befüllt ist, kann insbesondere mit dem Edelmetall beschichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Kollektor 2 Quecksilber auch mit Graphit binden, wobei das Graphit vorzugsweise in Form von Kügelchen in dem ersten Kollektor 2 vorgesehen ist. In dem ersten Kollektor 2 ausgebildete Strukturen, beispielsweise eine Ausbuchtung und/oder ein Vorsprung, können das quecksilberbindende Material 2' in dem ersten Kollektor 2 mechanisch halten. Der erste Kollektor 2 hat vorzugsweise eine längliche und/oder rohrförmige Form. Der erste Kollektor 2 kann hülsenförmig, also beispielsweise als eine Kartusche ausgebildet sein.
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Nun zurück zu 1. 1 lässt ferner erkennen, dass der erste Kollektor 2 vorzugsweise in einem ersten Teil 1a der Vorrichtung 1 vorgesehen ist. Der Vorrichtungsteil 1a (erster Ofen) ist vorzugsweise ein für einen Nutzer zugänglicher Raum der Vorrichtung 1, also insbesondere eine gut zugängliche Stelle der Vorrichtung 1. Somit kann der erste Kollektor 2 gehandhabt werden, um beispielsweise mit der Vorrichtung 1 funktional verbunden bzw. entkoppelt zu werden.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner einen zweiten Kollektor 3 auf, welcher vorzugsweise entsprechend dem ersten Kollektor 2 ausgestaltet ist. Das bezüglich des ersten Kollektors 2 Gesagte gilt also für den zweiten Kollektor 3 analog, falls im Weiteren nicht anders beschrieben.
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Bevorzugt ist der zweite Kollektor 3 in der Vorrichtung 1 fest verbaut. Der feste Verbau des zweiten Kollektor 3 in der Vorrichtung 1 kann mit allen denkbaren Befestigungsmitteln, insbesondere mit stoff-, kraft- und/oder formschlüssigen Befestigungsmittel, erfolgen. Der zweite Kollektor 2 ist vorzugsweise in einen zweiten Teil 1b, welcher von dem ersten Teil 1a räumlich getrennt ist, vorgesehen. Der Vorrichtungsteil 1b (zweiter Ofen) kann ein verhältnismäßig schwerzugänglicher Teil der Vorrichtung 1 sein, um beispielsweise den Bauraum der Vorrichtung 1 effektiv auszunutzen. Der Vorrichtungsteil 1b grenzt vorzugsweise direkt an den Vorrichtungsteil 1a an.
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Die Vorrichtung 1 kann ferner eine mit dem zweiten Kollektor 3 fluidisch verbundene Messeinrichtung (Analyseeinrichtung) aufweisen. Die Messeinrichtung kann über einen stromabwärts des zweiten Kollektors 3 vorgesehenen Anschluss 4 mit dem zweiten Kollektor 3 fluidisch verbunden sein. Mit der Messeinrichtung kann die Quecksilbermenge, welche von dem zweiten Kollektor 3 bspw. durch Atomisieren freigesetzt wurde, gemessen bzw. quantitativ erfasst werden. Die Messeinrichtung ist vorzugsweise ein Spektrometer (spektroskopische Vorrichtung), das vorzugsweise eine Quecksilberlichtquelle und einen dazugehörigen Detektor mit einem Monochromator umfasst. Zwischen der Quecksilberlichtquelle und dem dazugehörigen Detektor kann eine Messküvette angeordnet sein, die fluidisch mit dem zweiten Kollektor 3, beispielsweise über den Anschluss 4, verbunden ist.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Fluidanschluss 5 auf, über welchen insbesondere ein Transportfluid (Transportgas) und/oder eine durch ein Kaltdampfverfahren bereitgestellte definierte Quecksilbermenge ausgestoßen werden bzw. entweichen kann. Stromabwärts des Fluidanschlusses 5 kann wahlweise der erste Kollektor 2 oder eine Leerkartusche 2a mit dem Fluidanschluss 5 fluidisch verbunden werden. Der Fluidanschluss 5 ist vorzugsweise stromabwärts einer Fluidleitung 6, beispielsweise ausgestaltet in Form eines (PTFE-)Schlauchs, vorgesehen. Zur Steuerung des Durchsatzes des jeweiligen Fluids durch die Fluidleitung 6 kann die Fluidleitung 6 mit entsprechenden Ventilen 7, beispielsweise ein oder zwei 3-Wege-Ventil(e), fluidisch verbunden sein. Der Fluidanschluss 5 ist vorzugsweise im ersten Vorrichtungsteil 1a vorgesehen.
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Die Vorrichtung 1 ist eingerichtet, zwischen einem Kalibriermodus und einem Messmodus zu wechseln. In dem Kalibriermodus ist der Fluidanschluss 5 über die Leerkartusche 2a mit dem zweiten Kollektor 3, beispielsweise über einen stromaufwärts des zweiten Kollektors 3 vorgesehenen weiteren Fluidanschluss 8, fluidisch verbunden. Der weitere Fluidanschluss 8 ist vorzugsweise im ersten Vorrichtungsteil 1a vorgesehen. Die Leerkartusche 2a ist mit dem Fluidanschluss 5 und vorzugsweise mit dem weiteren Fluidanschluss 8 lösbar verbunden. Für ein schnelles Koppeln (zur vorgenannten fluidischen Verbindung) und Entkoppeln der Leerkartusche 2a mit bzw. von dem Fluidanschluss 5 und dem zweiten Kollektor 3 kann der Fluidanschluss 5 und vorzugsweise der weiteren Fluidanschluss 8 ausgebildet sein, mit der Leerkartusche 2a bzw. dem ersten Kollektor 2 werkzeuglos verbunden (und von diesen vorzugsweise werkzeuglos entkoppelt) zu werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Fluidanschluss 5 und vorzugsweise der weitere Fluidanschluss 8 jeweils als Schnellkupplung ausgebildet ist, also beispielsweise mit einer Bajonett-, Clips- oder Rastverbindung, und/oder mit einem vorzugsweise über die Leerkartusche 2a und/oder den ersten Kollektor 2 überstülpbaren, insbesondere aus Fluorethylenpropylen (FEP) hergestellten Schlauch ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist, wenn der Fluidanschluss 5 und/oder der weitere Fluidanschluss 8 jeweils als Aufsteckkupplung insbesondere mit Sicherheits-Integritätslevel (SIL) 6/4 und/oder 15 mm Durchmesser ausgebildet ist.
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Die Vorrichtung 1 kann eine Fluidleitung 9, beispielsweise ein vorzugsweise aus Aluminium hergestelltes (Form-)Rohr, aufweisen, welche den zweiten Kollektor 3 mit dem weiteren Fluidanschluss 8 fluidisch verbindet, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform das stromabwärtsseitige Ende der Leitung 9 mit dem Kollektor 3, beispielsweise über ein dem Fluidanschluss 5 und/oder dem Fluidanschluss 8 entsprechendes Kupplungselement, und das stromaufwärtsseitige Ende der Leitung 9 mit dem weiteren Fluidanschluss 8 fluidisch verbunden ist. Die Leitung 9 bildet somit vorzugsweise die (einzige) fluidisch Verbindung zwischen dem ersten Vorrichtungsteil 1a und dem zweiten Vorrichtungsteil 1b.
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Die Leerkartusche 2a bewirkt somit insbesondere, dass der Fluidanschluss 5 mit dem zweiten Kollektor 3 bzw. dem weiteren Fluidanschluss 8 fluidisch verbunden ist und die Kalibrierung der Vorrichtung 1, also insbesondere die Kalibrierung des zweiten Kollektors 3, frei von Einflüssen ist, die die Kalibrierung beeinflussen könnte. Die Leerkartusche 2a kann entsprechend dem ersten Kollektor 2 ausgebildet sein, vorzugsweise (nur) mit dem Unterschied, dass die Leerkartusche 2a Quecksilber nicht (als Amalgam) binden kann, also ein Quecksilber nicht bindendes Material aufweist bzw. aus diesem besteht. Die Leerkartusche 2a ist bevorzugt im Wesentlichen identisch zum ersten Kollektor ausgebildet (Form, Dimensionen, etc.) bzw. weist vergleichbare Strömungseigenschaften bzgl. eines durchzuleitenden Fluids auf, ist jedoch nicht zum Binden von Quecksilber einer Probe ausgelegt. Besonders bevorzugt ist, wenn die Leerkartusche 2a aus Quarz hergestellt ist.
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Vorzugsweise tritt in dem Kalibriermodus eine definierte Quecksilbermenge aus dem Fluidanschluss 5 aus, sodass die definierte Quecksilbermenge über die Leerkartusche 2a in den zweiten Kollektor 3 geleitet und dort gebunden wird. Beispielsweise weist die Vorrichtung 1 eine nicht näher dargestellte Recheneinheit auf, über welche die definierte Quecksilbermenge, beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle, eingestellt werden kann. Die Recheneinheit kann wiederum die Ventile 7 zur Einstellung der definierten Quecksilbermenge steuern. Die definierte Quecksilbermenge kann durch ein Kaltdampfverfahren oder durch ein sonstiges geeignetes nasschemisches Verfahren bereitgestellt sein.
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In dem Kalibriermodus wird also die definierte Quecksilbermenge in dem zweiten Kollektor 3 beispielsweise als Amalgam gebunden, wobei anschließend das so gebundene Quecksilber wieder freigesetzt wird. Die somit freigesetzte Quecksilbermenge gelangt anschließend in die Messeinrichtung, um dort quantitativ erfasst zu werden. Ist die von dem zweiten Kollektor 3 freigesetzte Quecksilbermenge quantitativ erfasst worden, so berechnet die Messeinrichtung einen Kalibrierwert auf Basis der gemessenen freigesetzten Quecksilbermenge und der definierten Quecksilbermenge. Beispielsweise wird der Kalibrierwert berechnet, indem von der gemessenen freigesetzten Quecksilbermenge die definierte Quecksilbermenge abgezogen wird, oder umgekehrt. Der Kalibrierwert kann anschließend zur Kalibrierung der Vorrichtung 1 bzw. des zweiten Kollektors 3 herangezogen werden. Zur Bestimmung des Kalibrierwerts kann vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung mit der zuvor genannten Recheneinheit, welche die definierte Quecksilbermenge einstellt, funktional verbunden ist. Der Kalibrierwert kann auch von der Recheneinheit ermittelt werden und/oder auf der Recheneinheit abgespeichert werden.
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Die Vorrichtung 1 ist eingerichtet, zwischen dem Kalibriermodus und dem Messmodus zu wechseln. Insbesondere ist für einen Wechsel von dem Kalibriermodus in den Messmodus lediglich erforderlich, dass die die fluidische Verbindung zwischen Fluidanschluss 5 und zweitem Kollektor 3 bzw. weiterem Fluidanschluss 8 bereitstellende Leerkartusche 2a durch den ersten Kollektor 2 ausgetauscht wird, sodass der erste Kollektor 2 dann im Messmodus den Fluidanschluss 5 mit dem zweiten Kollektor 3 und vorzugsweise mit dem weiteren Fluidanschluss 8 fluidisch verbindet; entsprechendes gilt, wenn von dem Messmodus in den Kalibriermodus gewechselt wird. In dem Messmodus wird sodann das in dem ersten Kollektor 2 gebundene Quecksilber freigesetzt, sodass das freigesetzte Quecksilber in den zweiten Kollektor 3, beispielsweise mittels eines aus dem Fluidanschluss 5 austretenden Transportgases, geleitet bzw. gespült wird und in dem zweiten Kollektor 3 wiederum gebunden wird. Anschließend wird das so von dem zweiten Kollektor 3 gebundene Quecksilber freigesetzt, sodass der zweite Kollektor 3 wiederum Quecksilber freisetzt. Das von dem zweiten Kollektor 3 freigesetzte Quecksilber wird, beispielsweise mittels des aus dem Fluidanschluss 5 austretenden Transportgases, in die Messeinrichtung geleitet bzw. gespült, wo es daraufhin gemessen bzw. quantitativ erfasst wird. Die Messeinrichtung ist dabei zusätzlich eingerichtet, auf Basis der gemessenen freigesetzten Quecksilbermenge und der zuvor durchgeführten Kalibrierung bzw. des Kalibrierwertes die von dem ersten Kollektor 2 freigesetzte Quecksilbermenge, also die Quecksilbermenge der zu untersuchenden Probe, zu bestimmen.
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Der Kalibrierwert kann in einer Volumeneinheit (m3, cm3, 1, ...) und/oder in einer Gewichtseinheit (kg, g, mg, ...) angegeben sein. Wird also die von dem zweiten Kollektor 3 im Messmodus freigesetzte Quecksilbermenge in einer Volumen- und/oder Gewichtseinheit angeben, so kann die von dem ersten Kollektor 2 freigesetzte Quecksilbermenge, also die Quecksilbermenge der zu untersuchenden Probe, berechnet werden, indem der Kalibrierwert von der von den zweiten Kollektor 3 freigesetzten Quecksilbermenge abgezogen wird. Die Berechnung der von dem ersten Kollektor 2 freigesetzten Quecksilbermenge kann auf der zuvor erwähnten Recheneinheit und/oder in einem Rechenmodul der Messeinrichtung erfolgen.
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Der Wechsel zwischen dem Kalibriermodus und dem Messmodus kann automatisch erfolgen. Beispielsweise sind der erste Kollektor 2 und die Leerkartusche 2a auf einer gemeinsamen, durch eine Steuervorrichtung (beispielsweise durch die zuvor genannte Recheneinheit) steuerbaren Wechselstruktur vorgesehen, welche verfahrbar ist, um den Fluidanschluss 5 wahlweise mit dem zweiten Kollektor 3 über die Leerkartusche 2a (Kalibriermodus) oder über den ersten Kollektor 2 (Messmodus) fluidisch zu verbinden. Die Steuervorrichtung kann abhängig von einem Parameter, beispielsweise das Ende der Quecksilberfreisetzung bzw. des Atomisierens des im ersten und/oder zweiten Kollektor gebundenen Quecksilbers, die Wechselstruktur entsprechend automatisch verfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit auch mit einer Benutzerschnittstelle verbunden sein, sodass ein Nutzer der Vorrichtung 1 über die Benutzerschnittstelle zwischen dem Kalibriermodus und dem Messmodus wechseln kann.
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Der Wechsel zwischen dem Kalibriermodus und dem Messmodus kann auch manuell erfolgen, beispielsweise indem der erste Kollektor 2 und die Leerkartusche 2a für einen Nutzer der Vorrichtung 1 für eine Handhabung derselben direkt zugänglich sind. Um von dem Kalibriermodus in den Messmodus zu wechseln, kann demnach vorgesehen sein, dass ein Nutzer der Vorrichtung 1 einfach die Leerkartusche 2a von dem Fluidanschluss 5 und dem weiterem Kollektor 3 bzw. dem weiteren Fluidanschluss 8 entkoppelt und stattdessen den ersten Kollektor 2 mit dem Fluidanschluss 5 und dem zweiten Kollektor 3 bzw. dem weiteren Fluidanschluss 8 koppelt. Für einen Wechsel von dem Messmodus in den Kalibriermodus gilt das zuvor Gesagte analog.
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Ferner kann die Vorrichtung 1 eine nicht näher dargestellte Behälteraufnahme zur Aufnahme der Leerkartusche 2a oder des ersten Kollektors 2 aufweisen, sodass der jeweils nicht mit dem Fluidanschluss 5 und dem zweiten Kollektor 3 fluidisch verbundene Behälter, also die Leerkartusche 2a oder der erste Kollektor 2, sicher aufbewahrt werden kann. Die Behälteraufnahme kann wenigstens teilweise korrespondierend zu der Leerkartusche 2a ausgebildet sein, um somit die Leerkartusche 2a über Form- und/oder Kraftschluss aufzunehmen bzw. zu halten. Beispielsweise weist die Behälteraufnahme Befestigungsmittel in Form einer Clips-Verbindung auf, sodass die Leerkartusche 2a durch Aufclipsen bzw. Aufstecken der Leerkartusche 2a in der Behälteraufnahme aufgenommen werden kann.
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Die Vorrichtung 1 kann ferner eine erste Heizvorrichtung 10 zum Freisetzen, also insbesondere Atomisieren des in dem ersten Kollektor 2 gebundenen Quecksilbers, also insbesondere des Amalgams, mittels Erhitzen aufweisen. Beispielsweise ist die erste Heizvorrichtung 10 eingerichtet, in einem Temperaturbereich von 450 °C bis 1000 °C den ersten Kollektor 2 zu erhitzen bzw. auszuheizen (zu regenerieren). Somit kann der erste Kollektor 2 im Wesentlichen von Quecksilber befreit werden, um einen minimalen Blindwert des ersten Kollektors 2 zu erzielen, sodass der erste Kollektor 2 für weitere Analysen verwendet werden kann. In einem besonders bevorzugten Beispiel ist die erste Heizvorrichtung 10 eingerichtet, in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis maximal 250 °C den ersten Kollektor 2 zu erhitzen, um eine Kondensation von hochsiedenden Störpartnern zu verhindern.
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Die Vorrichtung 1 kann ferner eine zweite Heizvorrichtung 11 zum Freisetzen, also insbesondere Atomisieren des in dem zweiten Kollektor 3 gebundenen Quecksilbers mittels Erhitzen aufweisen. Die zweite Heizvorrichtung 11 kann entsprechend der ersten Heizvorrichtung 10 ausgebildet sein, sodass das bezüglich der ersten Heizvorrichtung 10 Gesagte für die zweite Heizvorrichtung 11 analog gilt.
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Wie in 1 gut erkennbar, können die Kollektoren 2, 3 längs zueinander angeordnet sein. Das heißt, die Achse der Strömungsrichtung des ersten Kollektors 2 fluchtet vorzugsweise mit der Achse der Strömungsrichtung des zweiten Kollektors 3. Entsprechendes gilt, wenn die Leerkartusche 2a mit dem zweiten Kollektor 3 fluidisch verbunden ist.
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Bevorzugt ist, wenn die Leitung 9 den zweiten Amalgamkollektor 3 bildet bzw. der Amalgamkollektor 3 integral mit der Leitung 9 ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem ein Abschnitt der Innenwand der Leitung 9 ein wie zuvor beschriebenes quecksilberbindendes Material 3' aufweist, also beispielsweise mit Edelmetall beschichtet ist und/oder Strukturen, insbesondere eine Ausbuchtung, aufweist, die das quecksilberbindende Material in der Leitung 9 hält. Die Leitung 9 kann sich (nur) gerade erstrecken. Vorzugsweise weist die Leitung 9 entlang ihrer gesamten Länge denselben Durchmesser auf. Das stromabwärtsseitige Ende der Leitung 9 kann direkt mit dem Anschluss 4 verbunden sein, und/oder das stromaufwärtsseitige Ende der Leitung 9 kann direkt mit dem weiteren Fluidanschluss 8 verbunden sein. Das heißt, der weitere Fluidanschluss 8 kann nur über die Leitung 9 mit dem Anschluss 4 (fluidisch) verbunden sein. Vorzugsweise bewirkt der weitere Fluidanschluss 8, dass der erste Kollektor 2 bezüglich des zweiten Kollektors 3 bzw. zur Leitung 9 längs und vorzugsweise fluchtend ausgerichtet ist.
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Die Erfindung ist dabei nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar. Insbesondere kann die Vorrichtung 1 auch mit der Vorrichtung 20 integriert vorgesehen sein.
