DE2609604C2 - Einrichtung zum Detektieren flüchtiger organischer Stoffe - Google Patents

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren flüchtiger organischer Stoffe in einem gasförmigen Gemisch mittels eines Heizkörpers, der in kaltem Zustand die flüchtigen organischen Stoffe adsorbiert und bei Erhitzung diese Stoffe zu einer Elektroneneinfangvorrichtung abführt, die das Vorhandensein eines oder mehrerer der flüchtigen organischen Stoffe durch eine Änderung eines Auspangssignals detektiert, wobei zuerst eine Probe des gasförmigen Gemisches am Heizkörper entlang geführt wird, dann die Strömung der Probe blockiert wird und durch eine Strömung eines Inertgases ersetzt wird, wonach die Erhitzung des Heizkörpers erfolgt und die letztere Strömung der Elektroneneinfangvorrichtung zugeführt wird, wobei die Vorrichtung außerdem abschließbare Einlasse und Auslässe für die Gasströme enthält

Eine derartige Vorrichtung ist unter Typenbezeichnung Llal von Pye Dynamics Ltd. bekannt Bei dieser Vorrichtung wird eine Probe über eine Kammer aufgenommen, in der ein Heizkörper angeordnet ist an dem in der Probe vorhandene flüchtige organische Stoffe adsorbiert werden. Die Strömung der Probe wird dann blockiert und durch eine Strömung eines Inertgases, wie Argon, ersetzt Nachdem eine etwaige restliche Probe von dem Argonstrom aus der Vorrichtung herausgetrieben ist wird ein elektrischer Strom durch den Heizkörper geschickt, um seine Temperatur zu erhöhen und damit einen etwa vorhandenen flüchtigen organischen Stoff, der vom Argonstrom mitgeführt wird, zu einem Elektroneneinfangdetektor abzutreiben, der in bezug auf den Heizkörper stromabwärts angeordnet ist Das Vorhandensein der flüchtigen organischen Stoffe wird

durch eine Änderung in einem Ausgangssignal des Elektroneneinfangdetektors angezeigt

Bei der bekannten Vorrichtung ist ein von einem Motor angetriebener Schalter zur Regelung der Probe- und Gasströme vorhanden, wobei die Regelung durch physikalische Änderung der Konfiguration der Gasstromdurchgänge erzielt wird, was die Anwendung verschiebbarer Teile mit sich bringt, wodurch sich infolge Gaslecks stets Probleme ergeben. Die bekannte Vorrichtung erfordert auch die Anbringung eines Antriebsmotors und eines Servosystems zur Überwachung des Regelschalters.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Detektieren flüchtiger organischer Stoffe in gasförmigen Gemischen zu schaffen, die einfacher konstruiert ist und bei der keine Gaslecks auftreten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ein erster Einlaß, über den eine Menge des Gemisches in die Vorrichtung eingelassen wird, ein Einlaßventil enthält, das geöffnet wird, wenn der Druck in der Vorrichtung den Umgebungsdruck unterschreitet, und geschlossen wird, wenn der Druck in der Vorrichtung den Umgebungsdruck überschreitet, und die Vorrichtung außerdem folgende Teile enthält: Einen zweiten Einlaß, über den ständig ein primärer Inertgasstrom über den Heizkörper geführt wird, einen dritten Einlaß,

über den ein sekundärer Strom des Inertgases eingelassen wird, der in kaltem Zustand des Heizkörpers über die Elektroneneinfangvorrichtung geführt wird, einen ersten Auslaß zum Abführen des zu analysierenden Gases und des Inertgases in die Atmosphäre mit einem ersten Auslaßventil, wobei Mittel zum öffnen dieses Ventils, wenn der Druck in der Vorrichtung den Umgebungsdruck überschreitet, vorgesehen sind, und einen zweiten Auslaß, über den der sekundäre und der primäre Inertgasstrom abgeführt werden, wobei der primäre Inertgasstrorn die vom Heizkörper bei Erhitzung freigegebenen flüchtigen Bestandteile enthält und die Elektroneneinfangvorrichtung passiert hat, mit einem zweiten Auslaßventil, wobei Mittel zum öffnen dieses Ventils bei Erhitzung des Heizkörpers vorgesehen sind.

Vorzugsweise wird das Einlaßventil des ersten Einlasses dadurch geöffnet, daß der Druck in der Vorrichtung bis unterhalb des Umgebungsdruckes mittels einer in dem ersten Auslaß angeordneten Pumpe herabgesetzt wird. Dieses Ventil ist vorteilhafterweise ein Klappenventil.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform ist das Auslaßventil des ersten Auslasses ein federbelastetes Kugelventil

Das Auslaßventil des zweiten Auslasses ist normalerweise geschlossen und die Mittel zum öffnen des Auslaßventils bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch betriebenen Magnetventil, das erregt wird, wenn der Heizkörper erhitzt wird und die Ventile des ersten Einlasses und des ersten Auslasses geschlossen werden.

Der Heizkörper in Form eines elektrischen Elements kann lösbar in einem Kanal zwischen dem ersten und den zweiten Einlaß und der Elektroneneinfangvorrichtung angeordnet sein.

Geeignete Heizkörper nach der Erfindung sind elektrisch leitende Drähte mit einer hohen Oberflächenreaktionsfähigkeit, wie Platin, Palladium, Chrom und Nikkei und deren Legierungen. Die Oberfläche der Heizkörper kann derart behandelt werden, daß ihre Reaktionsfähigkeit vergrößert wird, damit die flüchtigen organischen Stoffe adsorbiert und diese Stoffe freigegeben werden, wenn ein elektrischer Strom zum Erhitzen des Heizkörpers hindurchgeschickt witd.

Unter dem Ausdruck »flüchtige organische Stoffe« ist hier jeder organische Stoff zu verstehen, der normalerweise bei Umgebungstemperaturen und -drücken flüchtig ist, in kaltem Zustand am Heizkörper adsorbiert wird und bei Erhitzung des Heizkörpers mit einer inerten Atmosphäre, wie Helium, Neon, Argon, Krypton oder Xenon, oder anderen Inertgasen, wie Stickstoff, abgeführt werden kann. Vorzugsweise bestehen der primäre und der sekundäre Inertgasstrom aus Argon. Die flüchtigen organischen Stoffe können Gase in der zu analysierenden Probe sein, die auf dem Heizkörper be: Umgebungstemperaturen kondensieren können, oder sie können verdampfte oder nicht verdampfte organische Feststoffe oder Flüssigkeiten sein, die z. B. von einer Menge organischen Stoffes entweder allein oder mit Lösungsmitteln für den Stoff abgegeben werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Detektionsvorrichtung,

F i g. 2 perspektivisch ein Heizkörpergebilde zur Anwendung in der Vorrichtung nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine Draufsicht auf das Einlaßventil der Vorrichtung nach F i g. 1.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 enthält einen Block 1

aus inertem Material vorzugsweise* Polytetrafluoräthylen (PTFE), im allgemeinen mit einer rechteckigen Form. An einem Ende des Blockes 1 liegt eine Einlaßventilhöhlung 2 kreisförmigen Querschnittes, die an einer Fläche des Blockes mündet Eine Sonde 3, die aus einem biegsamen Kunststoffrohr bestehen kann, ist an der genannten Fläche des Blockes derart befestigt, daß ihre Bohrung 4, die einen kleineren Durchmesser als die Höhlung 2 aufweist, mit der letzteren koaxial ist Ein

ίο Ventil 5 enthält eine dünne Platte und befindet sich in der Höhlung 2. Vorzugsweise (siehe F i g. 3) ist das Ventil 5 quadratisch gestaltet und sind seine Seiten langer als der Durchmesser der Bohrung 4, aber seine diagonale Länge ist etwas kleiner als der Durchmesser der Höh- lung 2. Wenn der Druck in der Höhlung den Umgebungsdruck überschreitet, ruht das Ventil 2 auf dem Ende der Sonde 3 und verschließt die Bohrung 4. Wenn der Druck in der Höhlung den Umgebungsdruck unterschreitet, hebt sich das Ventil, so daß Gas durch die Bohrung 4 eintreten kann und durch die Räume 6 (F i g. 3) zwischen den Rändern des Ventils 5 und der Höhlungswand 2 geführt wird. Die Aufwärtsbewegung des Ventils kann von einem Rohr 7 begrenzt werden, das sich von dem oberen Ende der Höhlung 2 her er streckt

Ein Kanal 8 erstreckt sich von der Höhlung 2 zu dem gegenüberliegenden Ende des Blockes 1. Ein Heizkörper 9 ist in dem Kanal angeordnet Vorzugsweise wird ein Heizkörpergebilde benutzt, das aus einem zylindri sehen PTFE-Stift 10 (F i g. 2) besteht, wobei sich eine Aussparung 11 halbkreisförmigen Querschnittes diametral über einer ebenen Fläche erstreckt und wobei der Heizkörper 9 in der Aussparung von seinen Zu- und Abführungsdrähten abgestützt wird, die durch den Stift 10 geführt sind. Der Stift paßt in eine entsprechende Höhlung, die in der unteren Seite des Blockes 1 gebildet ist und den Kanal 8 derart schneidet, daß die Oberfläche der Aussparung 11 die Wand des Kanals ergänzt, wenn sich der Stift an der für ihn vorgesehenen Stelle befin det. Der Stift ist mit Schrauben 12 befestigt, die in Ge windelochern im Block geführt sind. Durch diese Anordnung kann der Heizkörper 9 leicht ausgetauscht werden. An einem Punkt jenseits des Heizkörpers 9 führt ein Durchgang 13 von dem Kanal 8 zu der Unterseite einer Kammer 14, die sich bis zu der oberen Fläche des Blokkes 1 erstreckt, während an einem Punkt neben dem geschlossenen Ende des Kanals 8 ein weiterer Durchgang 15 zu der Unterseite einer weiteren Kammer 16 führt

Die Unterseite der Kammer 16 ist derart gestaltet, daß sie als Sitz für eine Kugel 17 aus PTFE dienen kann, die von einer Feder 18 zu dem Sitz hin gedrückt wird, wobei die Feder ihrerseits von einem Kragen 19 festge-

JS halten wird, der an der Wand der Kammer 16 befestigt ist Ein Rohr 20 ist durch eine Abdichtung 21 am oberen Ende der Kammer 16 geführt und erstreckt sich zu einer schematisch dargestellten Saugpumpe 22 und von dort zu einem Auslaß.

Wenn der Druck im Kanal 8 in genügendem Maße den Druck in der Kammer 16 überschreitet, wird die Kugel 17 von ihrem Sitz weggedrückt Wenn aber der Druckunterschied klein ist, wird die Kugel durch die Wirkung der Feder 18 auf dem Sitz gehalten, wodurch das Ende des Durchganges 15 verschlossen wird. Die Kugel und die zugehörige Feder 18 dienen also als Rückschlagventil, wodurch Gas von dem Kanal zu der Kammer und von dort zu dem Auslaß fließen kann,

wodurch aber vermieden wird, daß eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung stattfindet.

In der Kammer 14 ist ein Elektroneneinfangdetektor 23 untergebracht, der von einer Abdichtung 24 getragen wird, die die Kammer am oberen Ende verschließt Ein Durchgang 25 seitlich unter der Abdichtung 24 verbindet die Kammer 14 mit einem Arm 26 eines im allgemeinen U-förmigen Durchgangs 27, der innerhalb des Blokkes 1 gebildet ist Das obere Ende des Armes 26 ist über ein Rohr 28 und ein Ventil 29 mit der Atmosphäre verbunden. Das Ventil 29 kann ein Kegelventil sein, das normalerweise von einer Feder 30 geschlossen gehalten wird, aber durch Erregung eines Solenoids 31 geöffnet werden kann, dessen Anker mit dem Ventil verbunden ist.

Der Arm 32 des U-förmigen Durchgangs 27 ist über eine Gasstromdrosselung 33 mit einem Gefäß 34 verbunden, in das Argon unter einem Druck von vorzugsweise 10 N/cm² oberhalb atmosphärischen Druckes eingeführt wird. Die Drosselung 33, die aus einem Kapillarrohr mit geeigneter Bohrung und Länge bestehen kann, kann einen Argonstrom (der als sekundärer Strom bezeichnet wird) mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 0,5 cm³/s zu dem Durchgang 27 führen.

Ein primärer Argonstrom wird aus dem Gefäß 34 über eine zweite Drosselung 35, einen Durchgang 36 und das Rohr 7 zu der Einlaßventilkammer 2 geführt Die Drosselung 35 kann einen primären Argonstrom mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 4,0 crnVs liefern.

In der Zeichnung nicht dargestellte geeignete Mittel dienen zur beliebigen Erregung des Magneten 31 und der Pumpe 22 und zur Erhitzung des Heizkörpers 9.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Anfänglich ist der Heizkörper 9 kalt und sind die Pumpe 22 und das Magnetventil 31 entregt, so daß das Ventil 29 geschlossen ist Der Druck in der Ventilhöhlung 2 liegt oberhalb atmosphärischen Druckes infolge des primären Argonstroms, so daß das Ventil 5 geschlossen wird und den Einlaß 4 verschließt Der Druck im Kanal 8 liegt auch oberhalb atmosphärischen Druckes, so daß die Kugel 17 von ihrem Sitz abgehoben wird und das Argon über das Rohr 20 und Leckwege durch die stillstehende Pumpe 22 in die Umgebung entweicht Es sei bemerkt, daß unter diesen Bedingungen der sekundäre Argonstrom über den Durchgang 27, den Durchgang 25, die Kammer 14 und den Durchgang 13 fließt und mit dem primären Strom im Kanal 8 vereinigt wird.

Die Pumpe 22 wird dann eingeschaltet und setzt den Druck in der Kammer 16 herab, öffnet das Ventil 17 und setzt dadurch den Druck im Kanal 8 und in der Ventilhöhlung 2 bis unterhalb atmosphärischen Druckes herab. Das Ventil 5 hebt sich somit und eine Gasprobe wird durch die Sonde 3 über den Kanal 8 eingesaugt und über die Pumpe 22 abgeführt Die Probe wird über den Heizkörper 9 geführt, an dem etwaige flüchtige organische Stoffe adsorbiert werden.

Der primäre Argonstrom setzt sich fort und mischt sich mit der Probe, aber infolge der verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit des Argonstroms wird die eo Probe nur unwesentlich verdünnt Der sekundäre Argonstrom durch den Durchgang 13 verhindert, daß die Probe und insbesondere ein etwaiger flüchtiger nicht am Heizkörper 9 adsorbierter Stoff in die Kammer 14 eintritt und den Elektroneneinfangdetektor 23 erreicht

Wenn eine genügende Probemenge durch die Vorrichtung geführt ist, wird die Pumpe 22 ausgeschaltet Die Kugel 17 wird von der Feder 18 auf ihren Sitz gedrückt und der Druck im Kanal 8 und in der Ventilhöhlung 2 beginnt infolge der fortgesetzten Argonströme anzusteigen. Das Ventil 5 ist daher geschlossen und verschließt wieder den Einlaß 4. Das Argon weicht, wie oben, über das Rohr 20 und die Pumpe 22 aus.

Nach einer Zeit, die genügend ist, damit der Argonstrom etwa verbleibende Spuren von Probenluft aus dem Kanal 8 heraustreiben kann, wird der Magnet 31 erregt, wodurch das Ventil 29 geöffnet wird. Da nun über den Durchgang 13, die Höhlung 14, den Durchgang 25 und das Rohr 28 ein direkter Weg zu der Atmosphäre besteht, fällt der Druck im Kanal 8 auf atmosphärischen Druck ab und wird das Kugelventil 17 durch die Wirkung der Feder 18 geschlossen.

Der Heizkörper 9 wird nun erhitzt und etwa in der Gasprobe vorhandene flüchtige organische Stoffe, die an ihm adsorbiert waren, werden herausgetrieben und vom primären Argonstrom durch den Durchgang 13 in die Kammer 14 geführt und erreichen dann den Elektroneneinfangdetektor 23.

Nachdem eine erste Probe auf die beschriebene Weise geprüft worden ist, wird der Heizkörper gekühlt und wird das Ventil 29 geschlossen. Die Vorrichtung ist dann zur Aufnahme einer zweiten Probe bereit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Detektieren flüchtiger organischer Stoffe in einem gasförmigen Gemisch mittels eines Heizkörpers (9), der in kaltem Zustand die flüchtigen organischen Stoffe adsorbiert und bei Erhitzung diese Stoffe zu einer Elektroneneinfangvorrichtung (23) abführt, die das Vorhandensein eines oder mehrerer der flüchtigen organischen Stoffe durch eine Änderung eines Ausgangssignals detektiert, wobei zuerst eine Probe des gasförmigen Gemisches am Heizkörper entlang geführt wird, dann die Strömung der Probe blockiert wird und durch eine Strömung eines Inertgases ersetzt wird, wonach die Erhitzung des Heizkörpers erfolgt und die letztere Strömung der Elektroneneinfangvorrichtung zugeführt wird, wobei die Vorrichiung außerdem abschließbare Einlasse und Auslässe für die Gasströme enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Einlaß (3,4), über den eine Menge des Gemisches in die Vorrichtung eingelassen wird, ein Einlaßventil (5) enthält, das geöffnet wird, wenn der Druck in der Vorrichtung den Umgebungsdruck unterschreitet, und geschlossen wird, wenn der Druck in der Vorrichtung den Umgebungsdruck überschreitet, und die Vorrichtung außerdem folgende Teile enthält: Einen zweiten Einlaß (7), über den ständig ein primärer Inertgasstrom über den Heizkörper (9) geführt wird, einen dritten Einlaß (25), über den ein sekundärer Strom des Inertgases eingelassen wird, der in kaltem Zustand des Heizkörpers über die Elektroneneinfangvorrichtung geführt wird, einen ersten Auslaß (20) zum Abführen des zu analysierenden Gases und des Inertgases in die Atmosphäre mit einem ersten Auslaßventil (17), wobei Mittel zum Öffnen dieses Ventils (17), wenn der Druck in der Vorrichtung den Umgebungsdruck überschreitet, vorgesehen sind, und einen zweiten Auslaß (28), über den der sekundäre und der primäre Inertgasstrom abgeführt werden, wobei der primäre Inertgasstrom die vom Heizkörper (9) bei Erhitzung freigegebenen flüchtigen Bestandteile enthält und die Elektroneneinfangvorrichtung passiert hat, mit einem zweiten Auslaßventil (29), wobei Mittel zum öffnen dieses Ventils (29) bei Erhitzung des Heizkörpers (9) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (5) des ersten Einlasses (3,4) dadurch geöffnet wird, daß der Druck in der Vorrichtung bis unterhalb des Umgebungsdruckes mittels einer in dem ersten Auslaß (20) angeordneten Pumpe (22) herabgesetzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil des ersten Auslasses (20) ein federbelastetes Kugelventil (17, 18) ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum öffnen des Auslaßventils des zweiten Auslasses ein elektrisch betriebenes Magnetventil (29, 30, 31) ist, das erregt wird, wenn der Heizkörper (9) erhitzt wird und die Ventile des ersten Einlasses (3, 4) und des ersten Auslasses (20) geschlossen werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre und der sekundäre Inertgasstrom aus Argon bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet daß der Heizkörper (9) ein elektrisches Element ist das lösbar in einem Kanal (8) zwischen dem ersten (4) und dem zweiten (7) Einlaß und der Elektroneneinfangvorrichtung (23) angeordnet ist