DE2450550C3

DE2450550C3 - Ad- und Desorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE2450550C3
Application number: DE19742450550
Authority: DE
Inventors: TiIo 6451 Rodenbach Runkel
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Filing date: 1974-10-24
Publication date: 1977-08-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Ad- und Desorptionsvorrichtung für Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid aus einer Edelgas enthaltenden Gasströmung in einem Gerät zur Durchführung von Elementaranalysen mit einer Verbrennungsappriratur und einer Wärmeleitfähigkeitsmeßzelle, insbesondere für die Bestimmung von C, H und N in vorzugsweise organischen Probesiib'tanzen im Milligramm-Bereich. Solche Geräte sind bekannt. Hierzu wird beispielsweise auf den Aufsatz von Dr. Irene Monarin »Microchimica Ada«, Heft 6, 1972, »Analysenautomat mit simultaner Mikrobestimmung von C, H und N« verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Gerät hinsichtlich der Ad- und Desorptionsvorrichtung zu verbessern, insbesondere, daß diese ohne bewegliche

Teile auskommt. . ,

Aus der US-PS 31 68 378 isi bereits ein Gerät zur Durchführung von Elementaranalysen mit einer Verbrennungsapparatur und einer Ad- und Desorptionsvorrichtung insbesondere für die Bestimmung von C, H und N bekannt. Dort ist es wegen der Anwendung der Gaichromatographie jedoch notwendig, das Wasser aus dem Verbrennungsrohr in Acetylen umzuwandeln.
Der in dem Aufsatz von Dr. Irene Monar

ίο beschriebene Analysenautomat ist in seinem Prinzip ab Seite 788 beschrieben (vergl. Schema des Analysengeräts Abb. 2) und in seinem Aufbau ab Seite 790 (vergl. Abb. 4, Leitfähigkeitsmeßteil). Dort sind zwei Kühlgefäße la und Ha vorhanden, die mit einem Gemisch von

Isopropanol und Trockeneis (-70⁰C) so gefüllt werden, daß die beiden Spiralen (1, H) ganz mit Kühlflüssigkeit bedeckt sind. Die Heizleistung für die Silicagel-Säule (1) kann so reguliert werden, daß beim Kühlen -60⁰C und beim Heizen 51 ± 1°C erreicht werden. Nach der N₂-Bestimmung senkt sich das Kühlgefäß für die Silicagel-Säule und gleichzeitig wird die Säule von innen aufgeheizt. Nach ~4min beträgt die Temperatur 51° ± TC, der Druckausgleich im Meßsystem ist wieder konstant und damit die Null-Linie erreicht. Die durch die hervorgerufene Druckänderung während des Heizvorganges registrierten Impulse werden gelöscht. In der 6. Minute wird das CO₂ desorbiert und durch die Meßzelle ins Freie geleitet. Die Spannungsänderung wird durch Impulszahlen angezeigt, die Programmwalze

verharrt so lange, bis kein CO₂ mehr durch die Zelle fließt und die Null-Linie erneut erreicht wird (~3_4 min). Die Zahlen werden gelöscht, der Zahlenwert vom Computer ausgedruckt und unter Berücksichtigung von Einwaage, Umrechnungs- und Korrekturfak-

tor der Prozentgehalt C ausgedruckt.

Das Kühlgefäß für die Kupferspirale hebt sich und kühlt das Silicagel erneut auf -60⁰C ab. Gleichzeitig senkt sich das 2. Kühlgefäß, dabei wird die Silberspirale aufgeheizt (300°C). Durch Umschalten der Magnetventile 2 und 3 wird der »Separat«-Heliumstrom durch die Silberspirale geleitet und das aufgeheizte Wasser direkt in die Meßzelle und ins Freie geführt. Dabei werden die Spannungsänderungen als Impulszahien angezeigt und nach Erreichen der Null-Linie (~3min) die Zahlen gelöscht, ausgedruckt und, vom Computer berechnet, als % H gleichfalls ausgedruckt. Das 2. Kühlgefäß hebt sich und kühlt die AgSpirale erneut auf -70°C. Nach Ablauf der Programmwalze ist die Messung der Reaktionskomponenten beendet. Durch Umschalten des Magnetventils 1 wird der »Separat«-Heliumstrom automatisch unterbunden und damit die Verbrennung der nächsten Analyse gestartet. Die Gesamtanalyse dauert zwischen 17 und 21 min, je nach den Gehalten der zu bestimmenden Elemente. Nach jeder Analyse muß in das Kühlgefäß für die Silicagelsäule Kühlflüssigkeit nachgefüllt werden. Während die 1. Analysensubstanz verbrennt, deren Einwaage einmal von Hand in den Rechner gegeben werden muß, wird die nächste Substanz auf der elektronischen Waage eingewogen, das Gewicht vom Computer übernommen und gespeichert.

Bei der bekannten Apparatur sind zwei Kühlgefäße notwendig, die bei einem während der Analyse notwendigem Aufheizvorgang entweder gehoben oder

&5 gesenkt werden müssen. Hierfür ist ein besonderer Antriebsmechanismus notwendig.

Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung bei einem Gerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsge-

f.

maß durch die Vereinigung folgender Merkmale:

ein feststehendes Gefäß, enthaltend ein Kältemittelbad,

wenigstens eine in das KältemiUelbad eintauchende Rohrschlange aus gut elektrisch- und wärmeleilendem Material,

eine elektrische Beheizung der Rohrschlange, die auf einem Teil ihrer Länge die Adsorptions- bzw. Desorptionsstoffc, wie Silicagel, in gasdurchlässiger Füllung enthält, eine die Rohrschlange übergreifende Tauchglocke, die mit dem das Kältemittelbad enthaltenden Gefäß fest verbunden ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

in den Zeichnungen sind rein schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Ad- und Desorptionsvorrichtung im Ruhezustand,

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Ad- und Desorptionsvorrichtung im Betrieb,

F i g. 3 eine abgewandelte Form der Erfindung,
Fig.4 eine größer dargestellte Rohrschlange mit Zuleitungen,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4,
F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in F i g. 4.
Wie F i g. 1 zeigt, besteht die erfindungsgemäße Aduni Desorptionsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel aus einem Dewargefäß 1, welches ein Kältemittelbad 2, z. B. Isopropanol und Kohlendioxid, enthält. Eine Glocke 3 oder auch ein umgestülpter Topf, der in das Kältemittelbad 2 eintaucht, ist über ein Stativ 4 fest mit einem Sockel 5, der das Dewargefäß 1 trägt, verbunden. Der Sockel 5 und das Dewargefäß 1 bilden eine bauliche Einheit. An der Glocke 3 mündet in der Decke 6 eine Leitung 7 für die Belüftung der Glocke 3, von einem Magnetventil 8 derart gesteuert, daß das Niveau des Kältemittelbads 2 in dem Dewargefäß aufrechterhalten bleibt. Ferner sind an der Decke 6 der Glocke 3 dichte Durchführungen 9 und 10 für die Rohrschlange 11 aus kupfer oder Silber vorhanden.

Einzelheiten des Aufbaus der Rohrschlange 11 sind insbesondere den Fig. 4 bis 6 zu entnehmen. Die Rohrschlange ist in diesem Ausführungsbeispiel bis auf ihre Anschlußenden 12 und 13 mit Silicagel 25 als Ad- bzw. Desorptionsstoff für Kohlendioxid so gefüllt, daß noch ein ausreichender Gasstrom, z. B. von Edelgas, hindurchgeleitet werden kann.

Die Anschlußenden 12 und 13 weisen dagegen eine andere Füllung 14 aus Silberwolle auf und begrenzen damit den Ad- bzw. Desorptionsraum in der Rohrschlange 11. Die Rohrschlange 11 ist über ihre gesamte Länge (vergl. F i g. 5), den einzelnen Windungen folgend, zentral von einem drahtförmigen, elektrischen Heizleiter 15 durchdrungen. Die elektrischen Anschlüsse des Heizleiters 15 sind mit 16, 17 bezeichnet. Durch die Leitung 18 wird /.. B. Kohlendioxid und ein Trägergas. ■/.. B. Helium, der Rohrschlange 11 zugeführt und durch die Leitung 19 abgeführt. fco

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist innerhalb der in das Kältcmittelbad 2 im Dewargefäß 1 entsprechend den F i g. 1 und 2 (deshalb hier nicht dargestellt) eintauchenden Glocke 3 noch eine /weite kleinere Rohrschlange 20 aus Silber, bis /ti einer größeren Tiefe als die Rohrschlange 11 in das Kältcmittelbad 2 eintauchend, angeordnet. Die Rohrsehlange 20 ist ebenfalls an der Decke 6 der Glocke 3 bei 21,22 dicht durch diese hindurchgeführt.

Durch die Leitung 22 wird Wasser, z. B. in Dampiform, und Trägergas der Rohrschlange 20 zugeführt und über die Leitung 21 abgeführt.

In der Decke 6 der Glocke 3 ist außerdem noch eine dichte Durchführung für eine Kältemittelzufuhrleitung 23 vorhanden, die zur Niveauregelung des Kältemittels dient und von einem weiteren Magnetventil 24 gesteuert wird.

Die Arbeitsweise des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ad- und Desorptionsvorrichtung ist wie folgt:

Die zu bestimmenden Komponenten (C, H und N) der Probe (z.B. zwischen 1 und 10mg einer organischen Substanz) werden, nachdem sie im nicht dargestellten Verbrennungsrohr oxidiert und in Nj, CO₂ und H2O umgesetzt sind, zusammen mit Helium durch die auf etwa - 7O⁰C gekühlte Rohrschlange 20 geleitet und das Wasser ausgefroren.

Anschließend gelangt das CO? und Ni in die Rohrschlange 11, welche durch das Kältemittel auf etwa — 60°C gekühlt ist. Das CO2 wird bei dieser Temperatur im Silicagel in der Rohrschlange 11 adsorbiert und der Stickstoflstrom verzögert.

Das Ende 10 der Rohrschlange 11 ist mit der nicht dargestellten Wärmeleitfähigkcitsmeßzelle verbunden. Der Stickstoff wird danach mit Hilfe des in die Rohrschlange 11 bei 9 eingeleite;en Heliums ausgetrieben und in der Wärmeleitfähigkeitsineßzclle sein Gehalt bestimmt.

Anschließend wird mit Hilfe des Hei/.ieiters 15 das Silicagel in der Rohrschlange 20 auf etwa 50⁰C erwärmt und das CO2 desorbiert und bestimmt. Dabei steigt, wie F i g. 2 zeigt, das Kältemittel (bei der Ausführung gemäß F i g. 3 bis zur Rohrschlange 11 bzw. bis zum unteren Ende der Leitung 23) im Gefäß 1 /wischen der Gefäßinnenwand und der Außenwand der Glocke 3 nach oben.

Danach wird mit Hilfe eines direkten Stromdurchganges durch die Rohrschlange 20 diese auf etwa 300' C erwärmt und das Wasser aus der Rohrschlange 20 ausgetrieben und direkt in die Meßzclle geleitet und bestimmt. Dabei steigt bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 das Kältemittel im Gefäß 1 nach oben. Mit der Erfindung wurde eine raumsparende, verschleißarme und leicht zu automatisierende Vorrichtung geschaffen, welche die bekannten Analysengcräte erheblich verbessert.

Im Gegensatz zu dem in dem erwähnten Aufsatz von Dr. Irene M on ar beschriebenen Analysenautomaten kommt die Erfindung mit einem feststehenden, das Kältebad enthaltenden Gefäß aus. Dadurch, daß mit dem Gefäß 1 eine Tauch-Glocke 3 so verbunden ist, daß diese nach Art eines umgestülpten Topfes in das Kältemittelbad 2 eintaucht, ist es möglich, den in der Glocke 3 oberhalb des Badspiegels entstehenden geschlossenen Raum über eine Leitung 7 an der Decke 6 nach öffnen eines Magnetventils zu belüften und das Kältemittel aus dem Innenraum der Glocke 3 (Badspiegel gem. F i g. 1) so weit zu verdrangen, daß die. von ihr umgebene Rohrschlange nicht mehr von Kältemittel umspült wird (Badspiegel gemäß F i g. 2).

Erst dann erfolgt die elektrische Beheizung der /. B. Silicagel enthaltenden Rohrschlange. Kältemittelverluste in Gefäß 1 lassen sich über α ie Leitung 23 mit Hilfe des Magnetventils 24 zu jedem gewünschten Zeitpunkt ausgleichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ad- und Desorptionsvorrichtung für Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid aus einer Edelgab enthaltenden Gas-Strömung in einem Gerät zur Durchführung von Elementaranalysen mit einer Verbrennungsapparatur und einer Wärmeleitfähigkeitsmeßzelle, insbesondere für die Bestimmung von C, H und N in vorzugsweise organischen Probesubstanzen im Milligrammbereich, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: ein feststehendes Gefäß (1), enthallend ein Kältemittelbad (2),

wenigstens eine in das Kälternittelbad eintauchende Rohrschlange (11) aus gut elektrisch- und wärmeleitendem Material,
eine elektrische Beheizung (15) der Rohrschlange (11), die auf einem Teil ihrer Länge die Adsorptions- bzw. Desorptionsstoffe, wie SiIicagel in gasdurchlässiger Füllung, enthält,
eine die Rohrschlange (11) übergreifende Tauchglocke (3), die mit dem das Kältemittelbad enthaltenden Gefäß fest verbunden ist.

2. Ad- und Desorptionsvorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Gefäß (1) ein Dewargefäß ist und als Kältemittelbad (2) Isopropanol und Kohlendioxid enthält.

3. Ad- und Desorptionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Kältemittelbad (2) eintauchende Rohrschlange (11) aus Silber oder Kupfer besteht.

4. Ad- und Desorptionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der in das Kältemittelbad (2) eintauchenden Rohrschlange (U) ein drahtförmiger elektrischer Heizleiter (15) zentral, diese in ihrer gesamten Länge durchdringend, angeordnet ist.

5. Ad- und Desorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Kältemittelbads (2) über Magnetventile (8) steuerbar ist.

6. Ad- und Desorptionsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kältemittelbad (2) voneinander verschiedene Rohrschlangen (11₁20) bis zu einer unterschiedlichen Tiefe eintauchend angeordnet sind.