DE2026801B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften eines sich in einem gas- oder dampfförmigen Zustand befindlichen Stoffes - Google Patents

Description

fahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens an Hand von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen in Aufbau und Wirkungsweise näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht auf eine solche Anordnung, F i g. 2 stellt eine Seitenansicht der Anordnung der F i g. 1 dar, und

F i g. 3 zeigt die Darstellung der F i g. 1 entlang der Linie 3-3 im Schnitt,

hitzt sein, und die Gasströme bilden selbst sinen integralen Teil der Zelle, so daß in dem Beobachtungspfad keine Kondensation auftreten kann.

Im Betrieb bzw. bei der Anwendung ist die gesamte Vorrichtung von Abstandhaltern aus Asbestpappe getragen und befindet sich in einem wassergekühlten Lagergehäuse, das vorzugsweise aus Messing besteht, und welches die vorhandene Auskleidung des Meßprobenabteils in einem kommerziellen Spek-In den Figuren ist die in der Hauptsache aus vier io trometer ersetzt. Es ist so angebracht, daß die Zelle Einzelteilen bestenende Vorrichtung dargestellt. Die korrekt auf den Meßprobenstrahl ausgerichtet ist Vorrichtung besteht aus einer Hochtemperatur- bzw. mit diesem fluchtet.

zelle4 aus einem Generators, aus einer Röhre 6 zur Nickelpapierplatten mit rechteckigen Öffnungen,

Vorerhitzung eines Trägergases und aus einer die der Infrarotstrahlgeometrie angepaßt sind, sind in Rohre 7, die ein Schutzgas befördert. Sämtliche die- 15 der Nähe jeder Seitenfläche der Zelle vorgesehen, um ser Einzelteile sind mit Heizdrähten umwickelt und die Möglichkeit eines Eindringens von Probegasvveisen eine geeignete Isolierschicht auf, die in den dämpfen in das Instrument zu verringern. Hguren aus Gründen der Klarheit weggelassen wor- Bei einem Versuch wur^V Zinkchlorid in einem

den sind. Kieselerdeschiffchen 17 eingebracht und solange er-

Die/:elle4 weist im wesentlichen e'ne zylindrische 20 hitzt, bis es trocken war. Der Generators wurde Form auf und ist an ihren beiden Enden durch Plat- dann erhitzt, um bei der erwünschten Temperatur die ten 8 abgeschlossen, die mit Öffnungen 9 versehen Meßprobe zu verdampfen, wobei diese Temperatur

^Sm λ κ u· ^{in m} °^{bcren Teil mit kurvenförmi}- gleichermaßen in der Röhre 6, in der Röhre 14 und gen Abschnitten 10 versehen sind, worauf weiter un- in der Zelle 4 aufrechterhalten wurde. Die Zelle 4 ten noch genauer eingegangen wird. Nahe den Ab- 25 war in einem kommerziellen Infrarotspektrometer

untergebracht.

Noch vor Inbetriebnahme des Spektrometers wurden die Gasdurchflußwerte für das Trägergas und die

- . Gasströme zu beiden Seiten eingestellt, um ein opti-

miger Schlitz 12 befindet. Die Schlitze 12 sind mit 30 males Spektrum mit minimalem Rauschen zu erziet Ölleitungen 13 der Rohre 7 verbunden. Wird also Ien. Die normale Zerlegung fand dann bei einer

Temperatur von 700° C statt. Das resultierende Spektrum war eine Überlagerung von Absorption und Emission. Um ein reines Emissionsspektrum zu erhalten, wurde eine Metallblende zwischen die Spektrometerlichtquelle und die Zelle eingeführt. Das reine Absorptionsspektrum wurde dann mittels Subtraktion errechnet. In der Praxis wurde die Zerlegung jedes der ausgelesenen Spektren dreimal durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt. __

Beim Beispiel des Zinkchlcrid wurde tatsächlich das starke Absorptionsband, welches sich bei 510 cm-' als Zentrum befindet und worauf in der

tv υ · ι * Literatur hingewiesen wird, unter Verwendung des

Diese Heizspulen werden von in Tauchröhren bzw. 45 Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung aufentsprechenden Behältern 16 eingeführte Thermoele- gefunden
mente und geeignet«: Thermostaten geregelt.

Bei Inbetriebnahme wird ein Schiffchen 17, welches eine Probe eines beliebigen, zu untersuchenden

Materials enthält, in den Generators eingeführt. Ein 50 In diesem Falle wurde der Generator 5 leer gelassen, Tragergas, beispielsweise Stickstoff, wird in die und das Kohlendioxid wurde als Gas in die Röhre 6 Rohre 6 eingeführt, und dort vorerhitzt.

Andernfalls kann, falls ein Gas untersucht werden soll, dieses Gas auch gleich selbst in die Röhre 6 eingeführt werden. Das Gas trägt bzw. befördert das verdampfte Material bzw. in den gasförmigen Zustand übergeführte Materialteile aus dem Schiffchen 17 entlang der Röhre 14 in die Zelle 4, von wo aus es in das Schutzgas der Ströme aus den Schlitzen 12 gelangt. Wie weiter oben ausgeführt, kann das Gas für die Ströme ebenfalls vorerhitzt weiden. Ein passendes Schutzgas ist beispielsweise Stickstoff.

Die Gasströme dienen einem doppelten Zweck: Einmal verhindern sie, daß heiße und möglicherweise _„. „„ _...

korrodierende Gase in das Spektrometer eindringen, 65 Zinknhlorid) eingesteiitTünd g

und zweitens entfernen sie die heißen Probegas- gung bei dieser festen Frequenz für fünf Minuten. Zu damp^ aus dem Lichtpfad, bevor das Probegas ab- keiner Zeit überschritten die zufälligen Bewegungen kühlt. Die Einlaßröhre für die Gasströme kann er- des aufzeichnenden Stiftes einen Wert vnn 7wei Pm-

schlußplatten 8 sind weitere zwei Platten 11 angebracht, und zwar in der Art, daß sich zwischen den Platten 8 und den Platten 11 und unterhalb jeder der Öffnungen 9 ein gebläseähnlicher, offener, mundför-

beispielsweise unter Druck Gas in die Röhre 7 eingeleitet, dann entströmt jedem der Schlitze 12 parallel zu bzw. an dem Fenster bzw. der öffnung 9 vorbei ein gebläseähnlicher Strom.

Oberhalb der Zelle 4 ist eine geeignete, in den Zeichnungen nicht dargestellte Ansauganordnung vorgesehen. Das aus den Schlitzen 12 austretende Gas wird von den bogenförmigen bzw. gekrümmten Teilen 10 der Abschlußplatten 8 geführt.

Eine Röhre 14 führt von dem Generator? zu der Zelle 4. Dem Generator 5 wird aus der Röhre 6 vorerhitztfis Trägergas zugeführt. Wie weiter oben ichon ausgeführt, sind diese Teile von Heizspulen bedeckt.

Bei einem anderen Versuch wurden die Absorptions- und Emissionsspektren von Kohlendioxid bestimmt bei Temperaturen zwischen 25 und 800° C.

eingeführt. Die erhaltenen Spektren zeigten eine Feinstruktur, und zwar sogar bei so hohen Temperaturen wie 800° C.

Um die Verwendungsfähigkeit der Zelle zur Messung von flüchtigen reaktiven Flüssigkeiten zu zeigen, wurde das Spektrum von Titantetrachloriddampf bei Temperaturen zwischen der Umgebungstemperatur und 700° C gemessen.

In einer Untersuchung, um die von möglichen Veränderungen der Probenkonzentration innerhalb der Zelle herrührenden Rauschschwelle bzw. Rauschebene zu bestimmen, wurde das Meßinstrument auf 521 cm~' (die stärkste Absorptionsfrequenz von

zent der vollen Skalenablenkung. Die Geräuschebene ist somit akzeptierbar gering.

Die Zelle weist keine ihr selbst innewohnende Wellenlängenbeschränkung auf. Die Zelle kann also mit gleichem Erfolg auch in der Ultraviolettspektrometrie verwendet werden. Ihre Fähigkeit zur Verwendung in hohen Temperaturen ist lediglich begrenzt durch die konstruktiv verwendeten Materialien und die Isolierung. Masse oder korrodierende Proben können ebenfalls verwendet werden. Die Zelle kann in kommerziellen Standardspektrometern verwendet werden, die Zellenlänge ist so zu wählen, daß die Zelle für das gewählte Instrument geeignet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

einem Fenster für den Eintritt bzw, Austritt einer Patentansprüche: elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, und bei der das Fenster als offene, unverschlossene öff-

1. Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaf- nungen ausgebildet sind, durch weiche ein Gas flieten eines sich in einem gas- oder dampfförmigen 5 ßen kann.

Zustand befindlichen Stoffes, bei dem der Stoff Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus der Zeitkontinuierlich in einen mindestens eine öffnung schrift »Spectrochimica Acta, 23 B, 1968«, S. 2i5 bis aufweisenden Hohlraum eingeführt und die durch 217. Diese Druckschrift zeigt in Fig. 1 auf S. 216 eine die öffnung emittierte elektromagnetische Strah- Argonkammer mit einer Graphitküvette, die ohne lung untersucht wird, dadurch gekenn- io Fenster betrieben wird, um eine Kondensation des zeichnet, daß ein inertes Gas in Form eines Probendampfs im Strahlengang zu vermeiden. Durch Vorhanges über die öffnung geführt wird. die Kammer wird ein schwacher Argonstrom geleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Allgemein kann davon ausgegangen werden, daß kennzeichnet, daß das inerte Gas erhitzt wird. es zwei Arten von auf dem Gebiet der Spektrometrie

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 15 verwendete Hochtemperaturzellen gibt, wobei die errens nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein ge · ste Art einer solchen Zelle einheitlich über ihre geschlossener Heizkörper mit mindestens einem samte Lange erhitzt und die den Durchsatz einer Fenster für den Eintritt bzw. Austritt einer elek- elektromagnetischen Strahlung durch die Zelle ermögtromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, und iichenden Fenster aus einem festen Material hergebei der das Fenster als offene, unverschlossene 20 stellt sind, welches für die in Frage kommende Strah-Öffnung ausgebildet ist, durch welche ein Gas lung transparent ist. Die Temperatur, auf welche eine fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß Blas- solche Zelle erhitzt werden kann, ist bestimmt von vorrichtungen (12) zur Erzeugung eines benach- der Temperatur, die die Fenster aushalten können bart und parallel zu der Ebene der zugehörigen bzw. von der Temperatur, bis zu welcher die Fenster öffnung (9) strömenden Vorhanges aus inertem 25 eine ausreichende Transparenz aufweisen. Es ergibt Gas vorgesehen sind, so daß die Zelle (4) abge- sich hier ein oberer Grenzwert von etwa 350° C.
dichtet ist. Eine weitere in ihrer Art bekannte Hochtempera-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- turzelle ist langgestreckt ausgeführt mit Fenstern an kennzeichnet, daß die Ze)Ie (4) ~iit zwei sich ge- jedem Ende, wobei jedoch nur dem Zentrum der genüberliegenden Fenstern versehen ist und daß 30 Zelle Hitze zugeführt und die Fensterenden auf einer die Blasvorrichtungen (12) an jec.em Fenster zur geeigneten geringeren Temperatur gehalten werden, Erzeugung eines Gasvorhanges vorgesehen sind. die von den festen Fenstermaterialien bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- Als Nachteil ergibt sich hierbei, daß über die Länge kennzeichnet, daß die Zelle (4) zwei entgegenge- der Zelle gesehen ein Temperaturgradient existiert, setzte, flache und mit der Öffnung (9) versehene 35 und daß die in Verbindung mit einer solchen Zelle Endteile (8) aufweist, daß unterhalb der Öffnung verwendeten optischen Systeme wesentlich kompli-

(9) die Blasvorrichtung (12) in Form eines Schiit- zierter aufgebaut sein müssen als bei der ersten Art zes vorgesehen ist, und daß Zuleitanordnungen einer Hochtemperaturzelle.

(13,7, 11) zum Einleiten eines Gases in jeden Ausgehend von den bekannten Verfahren und

Schlitz unter Druck vorgesehen sind. 40 Vorrichtungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- dung, ein besonders einfaches und nicht durch Temkennzeichnet, daß jedes Endteil (8) der Zelle (4) peraturgrenzen eingeschränktes Verfahren zur Beoberhalb der Öffnung (9) einen abgebogenen Teil Stimmung von gas- oder dampfförmigen Stoffen zu

(10) aufweist, um einen konvergierenden Gasfluß schäften, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung oberhalb des Zellenzentrums zu erreichen. 45 des Verfahrens.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren. Sie besteht

erfindungsgemäß darin, daß ein inertes Gas in Form

eines Vorhanges über die Öffnung geführt wird.

50 Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Blasvorrichtungen zur Erzeugung eines benachbart Bestimmung von Eigenschaften eines sich in einem und parallel zu der Ebene der zugehörigen Öffnung gas- oder dampfförmigen Zustand befindlichen Stof- strömenden Vorhanges aus inertem Gas vorgesehen fes, bei dem der Stoff kontinuierlich in einen minde- 55 sind, so daß die Zelle abgedichtet ist.
stens eine öffnung aufweisenden Hohlraum einge- Vorteilhaft ist bei der Erfindung insbesondere, daß führt und die durch die öffnung emittierte elektro- Untersuchungen auch bei sehr hohen Temperaturen magnetische Strahlung untersucht wird. mit entsprechender Präzision durchgeführt werden Ein solches Verfahren ist bekannt aus der USA.- können, da die öffnungen der Zelle von einem iner-Patentschrift 2 878 388. In diesem Fall sind jedoch 60 ten Luftstrom abgedichtet werden, so daß das Meßdie öffnungen des Hohlraums über geeignete Dich- gas im wesentlichen innerhalb der Zelle verbleibt, die tungen abgedichtet, und ein dünner Film eines stark verwendete Meßstrahlung, beispielsweise eine Infrareflektierenden Materials, beispielsweise Aluminium, rotstrahlung, jedoch ungehindert durch die Zelle hinist über die Öffnungen gelegt. Der Meßstrahl läuft durch und zur Aufnahmeapparatur gelangen kann,
durch den Film hindurch. 65 Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge-Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vor- genstand der Unteransprüche und in diesen niedergerichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei legt,
der ein geschlossener Hohlkörper mit mindestens Im folgenden werden das erfindungsgemäße Ver-