DE2451956A1

DE2451956A1 - Verfahren und geraet zur bestimmung der einzelnen komponenten von gasgemischen, hauptsaechlich des kohlendioxydgehaltes

Info

Publication number: DE2451956A1
Application number: DE19742451956
Authority: DE
Inventors: Vilmos Prof Dr Frenyo
Original assignee: NOVEX FOREIGN TRADE CO Ltd
Current assignee: NOVEX FOREIGN TRADE CO Ltd
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1976-01-15
Also published as: HU168832B; US3961895A; DE2451956B2; DE2451956C3; GB1497824A; JPS5118597A; NL7507623A

Description

Patentanwälte .. Berlin, den 29. Oktober 1974

$. Meissner Mjr/Zi

H'¹!'''⁵*"? 10325-2794 t^-^· H^{arbertstraße} ^U

NOVEX TALALMÄNYFEJLESZTO ES SRTEKESITÖ KtJLKERESKEDEIJMI Rt. 1056 Budapest Y., Marcius 15. ter 1 (Ungarn)

VERi¹ArIREN UND GERRIT ZUR BESTIMMUNG DER EINZELNEN KOMPONENTEN VON GAdGLHISCHEN, HaüPToloHLICH DEü KCEL.FNDIOXtDGExiüLTEü

Gegenstand gegenwärtiger Erfindung ist ein "Verfahren ■und ein Gerät, mit Hilfe welcher die Mengen der einzelnen Komponenten von Gasgemischen sich bestimmen lassen. Insbesondere die Bestimmung des Kohlendioxydgehaltes ist von großer praktischer Bedeutung. Deshalb bezieht sich die erfindungsgemlUäe Lösung in der Hauptsache auf die Bestimmung des Kohlendioxydgehaltes.

Das erfindungsgenüLße Verfahren ist in erster Linie

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auf die Besorgung von Aufgaben gerichtet, welche im Nachweisen der Menge des aus Organen oder aus organischen Stoffen stammenden Kohlendioxydes und in der Bestimmung dieser Menge besteht. Eine derartige Aufgabe wird bei der Bestimmung der Kohlendioxyderzeugung eines Teiles der menschlichen Hautfläche, oder bei der Bestimmung des aus brückten oder aus anderen Pflanzenteilen ausströmenden Eohlendioxydes entstehen. Die Erfindung hat noch zahlreiche andere Verwendungsmöglichkeiten, so z. B. die Bestimmung des Kohlendioxydgehaltes der Luft, das nachweisen der anläßlich gewisser industrieller Verläufe entstehenden Kohlendioxydmenge usw.

In zahlreichen Fällen soll die Kohlendioxydmenge $n der Stelle des Entstehens bestimmt v/erden und zwar derart, daß während der Prüfung bzw. Messung der das Kohlendioxyd ausströmende Gegenstand unbeschädigt bleibt. Als Beispiel sei hier erwähnt, daß die Speicherung von gewissen Fruchtsorten in einem großen Ausmaße vom Reifegrade, bei welchem die Frucht in den Speicher gelangt, abhängig ist. Der vom Gesichtspunkte der Speicherung bestimmte optimale Reifegrad der zu speichernden Frucht steht seinerseits in Zusammenhang mit den aus der Frucht ausströmenden Kohlendioxydmengen. Um daher die Pflückungszeit der Frucht bestimmen zu können, muß die Kohlendioxydausströmung der Frucht geprüft werden. Dies bedeutet, daß die Prüfung im Obstgarten oder Anpflanzung auf der noch nicht gepflückten Frucht vor sich gehen muß. Das hier angeführte Beispiel ist einleuchtend genug um eine Vorstellung von der Reihe von zur Besorgung der einzelnen Aufgaben benötigten Messungen zu gewinnen, weitere müssen diese Messungen unter ungünstigen Verhältnissen, entfernt von elektrischen Netzen, Laboratorien und geglichen anderen technischen Hilfsmitteln vorgenommen werden. Ein Bedarf dieser Art kann bloß dann befriedigt werden, wenn das Meßverfahren in Hinsicht des Verfahrens selbst, wie auch in Hinsicht des zu verwendenden Gerätes, einfach, rasch durchgeführt werden kann und

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wenn dabei keine besonderen technischen Ansprüche der Umgebung gegenüber gestellt werden. Außerdem darf die Durchführung solcher Ausgaben keine besonderen Fachkenntnisse benötigen, das Gerat soll klein und leicht, und während Beförderung und Behandlung nicht Beschädigungen ausgesetzt sein.

Verfahren und Geräte besonders für industrielle Zwekke, mit Hilfe welcher die einzelnen Bestandteile von Gasgemischen nachgewiesen und deren Konzentration auch bestimmt werden können, sind bereits bekannt. Eine solche bekannte Lösung ist z. B. das Orsat-System. Die bekannten Lösungen beanspruchen aber schwer bedienbare Geräte, die Meßungenauigkeit der Geräte läßt aber die Mengenbestimmung von Komponenten geringer Konzentration oder in bloß geringen Mengen ausströmenden Gasen mit der gewünschten Genauigkeit nicht zu.

Ein bekanntes, zur Besorgung ähnlicher Aufgaben dienendes Gerät ist das Warburgsche Kespirometer, welches zur Prüfung der Intensität des Zellenatmens dient, und zwar auf Grund des Säuerst off Verbrauches oder der Kohlendioxydausstromung. Dieses Gerät enthält einen U-fäimigen Druckmesser, an wessen Arme die die zu prüfenden Stoffteile enthaltenden Gefäßchen oder Rezipienten angeschlossen sind. Die Menge des Verbrauchten Sauerstoffes oder des erzeugten Kohlendioxydes kann sodann auf Grund der zwischen den Armen des Druckmessers infolge des SäuerstoffVerbrauches oder der

Kohlendioxydausstörmung der Stoffteilchen entstehenden Änderung des Druckunterschiedes ermittelt werden. Da das Gerät nach dem manometrischen Prinzip arbeitet, muß während des Meßverfahrens eine ständige Temperatur gewährleistet werden, was wieder mit einem Wasserbehälter von 10 bis 25 1. erreicht werden kann. Das Gesamtgewicht des Gerätes beträgt somit 20 bis 50 kg. Die Temperaturregelung ist eine äußerst verwickelte. Das Gerät arbeitet mit Netzstrom, es eignet sich nicht zum Messen an Ort und Stelle, weiters kann es nicht für Aufgaben verwendet werden, welche in der Bestimmung der

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Kohlendioxydausströmung eines Flächenabschnittes der Hautflache oder einer Frucht besteht.

In einer anderen bekannten Lösung wird die Absorption von infraroten Strahlen für Heßzwecke verwendet. Nach diesem Prinzip arbeitet das Gerät Typs URAS. Hier wird das Gas in einem Kreislauf geprüft und der Kohlendioxydgehalt wird derart bestimmt, daß der infolge der Absorption der infraroten Strahlung entstehende Temperaturzuwachs gemessen wird. Das Gerät kann bloß unter Laboratorienverhaltnissen verwendet werden, doch auch in einem Laboratorium eignet es sich nicht für die vorher angeführten Aufgaben wie z. B. die Messung des auf einem bestimmten ieil der Hauptfläche oder aus der Frucht hinausströmenden Kohlendioxydes.

Es sind außerdem noch die Audiometer Bekannt, welche eigentlich zur Bestimmung des Gasvolumens geeignet sind und daher zur Lösung obiger Aufgaben nicht verwendet werden können.

Es seien noch die auf chemischer Titrierung beruhenden Verfahren, unter diesen die ziemlich verbreiteten Verfahren nach Pettenkoffer oder 'winkler erwähnt. In diesen wird das geprüfte Gas oder eine seiner Komponenten lediglich von einer Flüssigkeit absorbiert und sodann die Menge des absorbierten Gases bestimmt. Diese Methoden sind auch nicht zur Besorgung der vorher geschilderten Aufgaben geeignet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und Gerätes können die Nachteile, bzw. Mangel der bekannten Lösungen in Hinsicht der gezielten Aufgaben beseitigt werden.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird mit dem geprüften Gas eine Heaktionsflüssigkeit in Verbindung gebracht, welche im Laufe ihrer auf Einwirkung des Kohlendioxydes vor sich gehenden Umwandlung ihren elektrischen widerstand ändert. Das Messen besteht eigentliche in der Messung des elektrischen Widerstandes, doch können aus der Änderung des Wert ι - eic.j elektrischen Widerstandes Schlüsse auf die

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Menge des Kohlendioxydes gezogen werden. Die Skale des Widerstands-Meßinstrumentes kann sofort auf die Menge des Kohlendioxydes oder auf dessen Konzentrationswert geeicht werden. Vom G-eSichtspunkte des erfindungsgemtlßen Verfahrens selbst ist es vollaus gleichgültig, ob aus dem geprüften Gasgemisch ein Muster genommen und das Muster, dann mit der -aeaktiorisflüssigkeit in Verbindung gesetzt wird oder ohne Musternahme die Reaktionsflüssigkeit zusammen mit den angeschlossenen -Elektroden im Räume des geprüften Gases gesetzt wird.

Sin wesentlicher Teil des Verfahrens ist die Bildung einer Flüssigkeitshaut aus der Reaktionsflüssigkeit zwischen den Elektroden, welche Haut dann mit dem Räume des aus dem geprüften Gas entnommenen Musters oder des geprüften Gases selbst in Verbindung gesetzt wird. Es wird dann die Widerstandsänderung zwischen den Elektroden gemessen, wo dann aus dem Meßergebnis der Kohlendioxydgehalt des geprüften Gasgemisches bestimmt wird·

Die aus der Reaktionsflüssigkeit gebildete Haut kann auf der Fläche zwischen den Elektroden entwickelt werden, oder es kann zwischen den Elektroden eigens ein Organ untergebracht werden, welches eine äußerst geringe ^enge der Reaktionsflüssigkeit tragt. Dieses Organ kann z. B. eine Kapillare sein, oder aber ein Faden, welcher auf seiner Fläche eine zusammenhängende Flissiskeitshaut tragen kann.

Bei der Auswahl der Reaktionsflüssigkeit soll darauf geachtet werden, daß dieselbe eine stabile Verbindung sei, in welcher auf Einwirkung des Kohlendioxydes schnell eine die Änderung des elektrischen 'Widerstandes der Reaktionsflüssigkeit verursachende Umwandlung eintrete. Für diesen Zweck eignet sich besonders die wässerige Lösung von Bariumhydroxyd, «ird diese Reaktionsflüssigkeit verwendet, so wird sich der ursprüngliche elektrische Widerstand auf Einwirkung des sich auf Einfluß des Kohlendioxydes bildenden Bariumkarbonats i λ einem großen Ausmaß anwachsen. Da die

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in der Form einer Flüssigkeitshaut verwendete Reaktionsflüssigkeit geringer Menge ist, wird ein Gasgemisch geringen Volumens oder eine geringe Kohlendioxydkonzentration in kürzester Zeit

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die die änderung des elektrischen Widerstandes hervorrufende chemische Umwandlung anlassen.

'wird Bariumhydroxyd als .Reagens verwendet, so ist es zwecks Verhinderung weiterer, den Abfall des elektrischen Widerstandes verursachender Reaktionen nach erfolgter chemischer Umwandlung zweckmäßig der Eeaktionsi'lüssigkeit schon anfangs eine Lithiumkarbonat enthaltende Lösung beizumischen. Darüber hinausgehend ist es ratsam einen Zusatz der Heaktionsflüssigkeit beizumischen welche das anhaften der Flässigkeitshaut an die Fläche zwischen den Elektroden fördert.

Soll nicht Kohlendioxyd, sondern ein anderes Gas nachgewiesen werden, muß eine andere Eeaktionsflüssigkeit je nach Bedarf verwendet werden. Natürlich ändert sich nichts am wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird zur Bestimmung des Kohlendioxydes eine von den im obigen Beispiel erwähnten abweichende Beaktionsflüssigkeit verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit darin, daß zweckmäßig dem zu prüfenden Gasgemisch eine Probe entnommen wird, und sodann oder noch vorher aus der Reaktionsflüssigkeit zwischen den elektrischen Elektroden eine Haut gebildet wird. An den an der einen Seite durch die Fläche dieser Haut abgegrenzten 'Raum wird der Saum des zu prüfenden Gases angeschlossen und aus dem wert der zwischen den Elektroden erfolgenden 'widerstandsänderung der Kohlendioxydgehalt des Gasgemisches ermittelt.

Das erfindungsgemäße Gerät besitzt lediglich eine die aus der Reaktionsflüssigkeit entstehende Flüssigkeitshaut zurückhaltende Fläche, an diese Fläche angeschlossene Elektroden und je nach Bedarf ein an den die Flüssigkeitshaut enthaltenden Gerätekörper gedichtet anschiießbares, aufschließbares und verschließbares Probehalteorgan.

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In einer zweckmäßigen Ausführung des erfindungsgemä-Jien Gerätes wird statt der die Reaktionsflüssigkeit in Hautform zurückhaltenden Fläche ein aus der Reaktionsflüssigkeit eine bestimmte henge zwischen den Elektroden haltendes Organ, z. B. ein Faden verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das dazugehörende Gerät wird auf Grund der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Figuren einer beispielsweisen Ausführungsform ausführlich beschrieben.

In den Zeichnungen stellen:
Fig. 1. den Gerätekörper in Querschnitt, Fig. 2 den Probehefter in Querschnitt, Fig. 3 die in den Figuren 1 und 2 öargestellten Geräteteile in ihrer zusammengepaßten Lage während des Meßverfahrens dar·

Der Gerätekörper 1 auf Fig. 1 ist ein ausgeholtes Gefkß, in welches ein trichterartiger Teil hineinreicht· Unter der Anpaßebene 8 des oberen Teiles des Gerätekörpers 1 ist beim trichterartigen Teil ein Gesenk 3 ausgebildet. Am Boden des Gesenkes 3 ist eine die "wand des trichterartigen Teiles durchbrechende Bohrung 14· ausgebildet. In der Wand des Gerätekörpers 1 sind die Elektroden 9 und 10 gasdicht eingebaut, und zwar derart, daß die inneren Enden der Elektroden mindestens zur Fläche 18 des Gesenkes 3_} oder auch etwas darüber hinaus reichen. Im Inneren des Gerätekörpers 1 ist die Reaktionsflüssigkeit 15 untergebracht und zwar derart, daß sie die untere Mündung der Bohrung 14 bedeckt, doch den Hohlraum des Gerätekörpers nicht voll ausfüllt. Auf diese ..eise entsteht über der Reaktionsflüssigkeit 15 ein Luftraum 13. In diesen Luftraum mündend ist der Rohransatz befestigt, an dessen Auiienteil der Druckerzeuger 12 angeschlossen ist. Dieser Druckerzeuger 12 ist ein einfacher Gummiball, oder z. B. eine Kunststoffhülse, doch kann auch eine kleine Kolbenkonstruktion verwendet werden.

Der Probebehälter 2 in Fig. 2 kann ein massiver Block

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sein, wobei in einer in demselben ausgebildeten Bohrung ■Verschlußelement 6 gedichtet und verdrehbar eingefügt ist· Im Verschluiselement 6 wird ein rroberaum 4 ausgebildet, in der Wand des Probebehälters 2 aber wird gegenüber dem Proberaum 4 die Hundöffnung 5 ausgebildet. Die an die Mundöffnung 5 angeschlossene Begrenzungsplatte bildet eine Anpaßebene 7· Sowohl der Gerätekörper 1 wie auch der Probebeh.cj.ter 2 können in Abmessungen ausgeführt werden, daß die Länge je einer Kante einige cm betrage. Daraus ist ersichtlich, d&ß der Baumbedarf des Gerätes ein geringer ist und daß das Gerät somit ein leichtes Handgerät ist· Gerätkörper 1 und Musterbehälter 2 können aus Plexiglas gefertigt werden, da dieser Werkstoff leicht geformt werden kann und somit die Anpaßebenen und das Verschlußelement gasdicht gefertigt werden können.

Gebrauoh des Gerätes und das erfindungsgemäße Verfahren gehen frei Beachtung der ϊ'% 3 folgenderweise vor sich.

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Es sei angenommen, daß die Menge des aus Äpfeln ausströmenden Kohlendioxyds bestimmt werden soll. Nachdem der Gerätekörper 1 bis zum benötigen Stand mit der Eeaktionsflüssigkeit gefüllt wurde, eine Stromquelle 16, und ein den elektrischen widerstand messendes Meßinstrument 17 an die Elektroden 9, 10 angeschlossen wurden, wurde das Gerät in Bereitschaft gebracht.

Sodann wird das Verschlußelement 6 des Probebehälters 2 derart eingestellt, daß der offene Teil des Proberaumes 4 auf die Mundöffnung 5 falle, Danach wird der derart vorbereitete Probebehälter mit seiner Anpaßebene 7 an die Oberfläche des Apfels angepaßt und nach Ablauf von ein bis zwei Minuten wird durch Verdrehung des Verschlußelementes 6 der Proberaum 4 in eine vershlossene Lage gebracht.

Darauffolgend wird mit dem Druckerzeuger 12 im Luftraum 13 ein überdruck erzeugt, auf wessen Binwirkung die Reaktionsfliissigkeit 15 über die Bohrung 14 in das Gesenk 3 strömt und dieses überflutet. Nach loslassen des Druckerzeu-

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gers 12 strömt die Reaktionsflüssigkeit vom Gesenk 5 über die Bohrung 14- in den Raum des Gerätekörpers 1 zurück, doch bleibt auf der Fläche 18 eine dünne Flüssigkeitshaut aus der Reaktionsflüssigkeit zurück.

Danach wird der Probebehälter an den Gerätekörper angepaßt und zwar derart, daß die Anpaßebenen 7 und 8 an einander anhaften. Nun kann durch Schließen des Stromkreises des Meßinstruments 17 der Kohlendioxydgehalt der im Gesenk 3 eingeschlossen zurückgebliebenen Luft bestimmt werden. Sodann wird durch Verdrehen des Verschlußelementes 6 der Proberaum in einen offenen Zustand versetzt, wodurch der Inhalt des Gesenkes 3 und des Musterraumes 4· ein einziges Gasgemisch bildet. Das in diesem Gemisch befindliche Kohlendioxyd wird die chemische Umwandlung der die an der Fläche befindliche Flüssigkeitshaut bildenden Reaktionsflüssigkeit hervorrufen, wobei sich der Widerstand zwischen den Elektroden 9 und 10 ändert. Aus dieser Viederstandsänderung kann der Kohlendioxydgehalt des im Proberaum 4 befindlichen Gases auf eine an' sich bekannte "weise bestimmt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne Probenahme derart angewandt werden, daß der Gerätekörper 1 im geprüften Saum untergebracht wird und der widerstand zwischen den elektroden 9 und 10 mit Hilfe der aus der Reaktionsflüssigkeit gebildeten Flüssigkeitshaut gemessen wird. In diesem Falle befindet sich somit das geprüfte Gasgemisch in der Umgebung des Gerätekörpers 1 und kommt mit der Flüssigkeitshaut auf der Fläche 18 unmittelbar in Berührung.

Das erfindungsgemäße Gerät kann derart ausgeführt werden, daß zwischen den Elektroden 9 und 10, z. B. ein Fadenstückchen eingefügt wird. Auf diesen Faden wird dann die Reaktionsflüssigkeit aufgetragen, wovon dann der Faden auf seiner eigenen Oberfläche eine Fl'issigkeitshaut behält, übrigens ist das Meßverfahren dasselbe, wie bereits vorher beschrieben wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das Gerät sind zur

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Bestimmung von den geringsten Mengen von Gas, z. B. von einer ganz geringen Kohlendioxydmenge geeignet· Die Gegenwart von einer Kohlendioxydmenge von bloß 10 ' g kann bereits ermittelt werden. Gleichzeitig ist es ein großer Vorteil des erfindungsgem&ßen Verfahrens, daß es praktisch tercperaturunabhängig ist, sowie auch von den ümgebungsbegebenheiten und technischen Verhältnissen nicht beeinflußt wird. Die Bedienung des Gerätes ist einfach und bedarf keiner besonderen Fachkenntnis. Das Verfahren selbst nimmt bloß einige Minuten in Anspruch»

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. 1.) Verfaliren zur Bestimmung der einzelnen. Koniponenten, hauptsächlich des Kohlendioxydgehaltes von Gasgemischen, "besonders zum Nachweis der Menge des aus Organismen oder organischen btoffen stammenden Kohlendioxydes, im Laufe "wessen der elektrische Widerstand einer mit Kohlendioxyd reagierenden Flüssigkeit vor und nach der Reaktion gemessen wird und dann auf Grund des Ergebnisses der beiden Messungen die ^enge des Kohlendioxydes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet , daß zweckmäßig dem zu prüfenden Gasgemisch eine Probe entnommen wird und sodann nachher oder gar vorher aus der Reaktionsfl^:issigkeit zwischen den beiden Elektroden eine Haut gebildet wird, an den von der Fläche an der einen Seite der Haut begrenzten Kaum der Raum des zu prüfenden

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Gases angeschlossen wird, und aus der Änderung des wertes des Widerstandes zwischen den beiden Elektroden der Kohlendioxydgehalt des Gasgemisches bestimmt wird.
2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine die aus der Reaktionsflüssigkeit stammenden Flüssigkeitshaut zurückhaltende Fläche an diese Fläche angeschlossene Elektroden, und je nach Bedarf ein an den die Flüssigkeitshaut enthaltenden Gerätekörper abgedichtet angeschlossenes, aufschließbares und verschließbares Probehalteorgan vorgesehen sind.
3. Gerat nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß statt der die Reaktionsflüssigkeit in Flüssigkeitshautform zurückhaltenden Fläche, ein aus der Reaktionsflüssigkeit eine bestimmte Menge zwischen den Elektroden haltendes Organ, z. 3. ein Faden vorgesehen jist.

Dipl.-lng. P. E_f Meissner 509883/0602

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