DE2807217B2

DE2807217B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Bodenluft

Info

Publication number: DE2807217B2
Application number: DE19782807217
Authority: DE
Inventors: Manfred Ddr 7024 Leipzig Radtke
Original assignee: VEB GEOPHYSIK LEIPZIG DDR 7010 LEIPZIG
Current assignee: VEB GEOPHYSIK LEIPZIG DDR 7010 LEIPZIG
Priority date: 1977-03-29
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1980-07-24
Also published as: DE2807217A1; DE2807217C3; DD140324A3; SU974198A1

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung stellt ein Verfahren für die Entnahme von Proben von Medien aus dem Boden und aus Flüssigkeiten dar, bei deren Einsatz alle möglichen bei der Probenahme auftretenden Störeffekte eleminiert so bzw. unterdrückt werden. Der Einsatz ist sowohl Übertage als auch Untertage möglich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Verfahren, bei denen Sonden mit ¹^ zumeist sehr großem Durchmesser eingesetzt werden. Durch den großen Durchmesser treten verstärkte Turbolenzen auf, so daß nicht bekannt ist, ob ein Vermischen des Probengases mit dem Totvolumengas stattgefunden hat oder nicht. Bei einem anderen ⁴" bekannten Gerät (DE-AS 16 23 443 vom 8.6.67 Verfahren und Einrichtung zur Gasvermessung — Erfinder Richard Frommholz) wird das Totvolumen vor der Messung mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise entgastem Wasser, gefüllt. Das setzt voraus, daß ^4Γ> dementsprechende Flüssigkeiten im Feldbetrieb bereitgestellt werden und bedingt durch das Füllen ein Zeitverlust in Kauf genommen wird. Ein weiterer Nachteil, der sich unmittelbar auf das Meßergebnis negativ auswirkt besteht darin, daß bei der Verwendung ^w von Flüssigkeiten die Innenwandung des Gerätes benetzt bleibt, wodurch eine verstärkte Sorbtion an den Wandungen auftritt. Die Verwendung von Flüssigkeiten, speziell Wasser, verhindert den Einsatz des Gerätes bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. ^Γ)Γ)

Es ist außerdem ein we^:teres Gerät bekannt (US-PS 33 43 421 Erf. Norrel L Miller), das mit einer beliebigen Vakuumpumpe gekoppelt wird. Dieses Gerät besteht aus zwei Vakuumkammern, die mit dem übrigen Gerät eine konstruktive Einheit bilden. Bei der Austreibung ^w) des Probengases zur Analyse in ein anderes Gerät wird ein zweites Gas verwendet. Dabei ist nicht gewährleistet, daß das Probengas restlos aus der betreffenden Vakuumkammer ausgetrieben wird. Damit besteht die Gefahr, daß zurückgebliebene Gasreste das Meßergeb- ^M nis des nachfolgenden Probenahmepunktes verfälschen.

Besonders nachteilig ist dabei, daß das Gerät erst nach Durchführung der Analyse wieder für eine erneute Probenahme einsatzbereit ist

Ziel der Erfindung

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt erstens in dem zeitsparenden Verfahren. In Veröffentlichungen die dem bereits bekannten Stand der Technik entsprechen werden Meßleistuiigen von etwa 20 Messungen pro Tag angegeben. Mit dem Verfahren nach der erfindungsgemäßen Lösung sind in Abhängigkeit von den Meßpunktentfernungen bis 40 Messungen pro Stunde möglich.

Durch das weitestgehende Ausschalten von Störeffekten wie z. B. das nicht vollständige Füllen der Probenahmegefäße oder das Verschleppen anomaler Konzentration auf den Folgemeßpunkt wird eine wesentliche Erhöhung der Probenqualität erreicht

Durch das Vorliegen von zwei identisch gleichen Proben wird bei auftretenden Analysefehlern im Labor der Verlust von Probenmaterial vermieden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, das garantiert daß die entscheidenden Mängel, das nicht vollständige Füllen der Probenahmegefäße und das Verschleppen anomaler Konzentrationen auf den Folgemeßpunkt vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Probengefäße vor der Füllung mit Bodenluft mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff, gespült und gefüllt werden und die Evakuierung der Probengefäße durch eine im Gerät befindliche Vakuumpumpe erfolgt, nachdem die zur Verwendung gelangenden Probengefäße an das Gerät angeschlossen wurden. Das durch den Evakuiervorgang frei werdende inerte Gas wird in einem, ebenfalls im Gerät befindlichen, Gasbehälter zwischengelagert. Danach wird mit der im Gerät befindlichen Druck-Saugpumpe das im Gerätesystem vorhandene Totvolumen beseitigt und dieser Arbeitsschritt durch das Verhältnis von Pumpenvolumen zu Totvolumen in den nächsten Schritt, dem Ansaugen der Bodenluft, d. h., der Probenahme übergeleitet.

Kann, durch die geologische Situation bedingt, eine vollständige Füllung der Probengefäße nicht erreicht werden, so ist, um trotzdem eine vollständige Füllung zu erzielen, eine definierte Zugabe inerten Gases aus dem Gasbehälter möglich. Nach der Probenentnahme werden mit der bereits genannten Druck-Saugpumpe 50 ml Stickstoff aus dem Gasbehälter entnommen und das Totvolumen der Vorrichtung gespült und aufgefüllt.

Ausführungsbeispiel

Die zum erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Vorrichtung besteht aus zwei selbständigen Baugruppen. Es sind dies: eine Bodensonde und eine Pumpeneinheit. Beide Baugruppen sind durch flexible Leitungen 7 und 8 miteinander verbunden.

Die nadelartige Bodensonde, deren größter Durchmesser 12 mm beträgt, beherbergt in sich zwei voneinander unabhängige Systeme. Es sind: ein Druck und ein Saugsystem.

Ein sich an einen Sondenkopf 1 anschließender Sondenschatt 2 und eine sich hieran durch eine Rohrmuffe 3 anschließende Druckluftmanschetic 4 bilden das Drucksystem der Bodensonde. Durch den Mittelpunkt dieses Systems verläuft axial vom Sonden-

kopf bis in eine Saugkammer einer Sondenspitze 5 eine Kanüle 6. Die als Grobfilter ausgebildete Saugkammer enthält 16 radial angeordnete 1 mm Bohrungen. Eine Feinfilterung übernimmt ein in die fjaugkammer einschraubbares Schlitzfilter mit einer Schlitzweite —0,05 mm.

In der Baugruppe Pumpeneinheit ist wiederum ein voneinander unabhängiges Druck- und i'in Saugsyr'em vornanden. Zu diesen beiden kommt ein drittes, ein Speichersystem, welches zur Aufnahme und Abgabe eines inerten Gases dient.

Das Drucksystem setzt sich aus einem Anschlußstutzen 9, einem Ventil 10, einem Druckmanometer 11, einer Druck-Saugpumpe 12 und den dazugehörenden Verbindungsleitungen 25 bis 27 und 37 zusammen.

Zum Saugsystem gehören: ein AnschluBstutzen 13, ein Gashahn 14, eine Druck-Saugpumpe 15, ein Anschlußstück für Probenbehälter 16, zwei Probenbehälter 17, ein Ventil 18, ein Unterdruckm-nometer 19 und eine Vakuumpumpe 20 mit Rückholfeder 21 sowie ein Fußbügel und den Verbindungsleitungen 28 bis 33.

Das Speichersystem wird von einem Gashahn 23. einem Gasbehälter mit einer Füllgradanzeige 24 und den Verbindungsleitungen 34 bis 36 gebildet.

Um ein neutrales Verhalten der Bodensonde und der Pumpeneinheit gegenüber den Bodengasen und einem Spülmittel, vorzugsweise 10%ige Salpetersä jre, zu gewährleisten, sind alle Bauteile, die mit diesen Substanzen in Berührung kommen, vorzugsweise aus säurebeständigen Stahlen, hergestellt. Alle Dichtungen, d. h. Kolbenmanschetten und Anschlußdichtungen, sind vorzugsweise aus Teflon, die flexiblen Verbindungsleitungen vorzugsweise aus Silikongummi gefertigt. Durch den Einsatz der oben genannten Materialien wird ein fettfreies Arbeiten der Pumpeneinheit ermöglicht.

Die eingesetzten Gashähne 14 und 23 gestatten jeweils 4 Schaltstellungen, welche in Fig.2 dargestellt sind. Das Anschlußteil 16 ist als Gasteiler ausgebildet und es gestattet durch Steckverbindungen ein schnelles Auswechseln der Gassammeigefäße 17, welche Vorzugsweise aus Glas hergestellt sind.

Die mit inertem Gas gefüllte Bodensonde wird in eine vorgefertigte Flachbohrung mit einem Durchmesser von 14 mm bis 16 mm bis auf die Bohrlochsohle eingeführt. Mit Hilfe der Druck-Saugpumpe 12 wird bei der Stellung Cdes Gashahnes 23 die Druckmanschette 4 der Bodensonde auf 0,8 at bis 1,0 at mit atmosphärischer Luft aufgeblasen. Bei der Stellung D des gleichen Gashahns besteht die Möglichkeit, den Packer mit inertem Gas zu füllen.

Nachdem die mit inertem Gas gefüllten gleich großen Probenbehälter durch die Steckverbindungen des Gasteilers 16 mit der Vorrichtung verbunden sind, werden diese bei den Hahnstellungen 14/4 und 23Λ evakuiert. Dieses geschieht durch mehrmaliges Betätigen der Vakuumpumpe 20 mit Hilfe des Fußbügels 22. Bei dem Evakuiervorgang gelangt das neutrale Gas in den Gasbehälter 24. Ist dieser vollständig gefüllt, der Evakuiervorgang aber noch nicht beendet, wird der Gashahn 23 in Stellung Bgebracht, und das Gas gelangt über diesen Weg in die Atmosphäre. Den Grad des vorhandenen Vakuums zeigt das Manometer 19 an.

Der nächstfolgende Arbeitsschritt entfernt mit Hilfe der Druck-Saugpumpe das im System vorhandene Totvolumen. Da das Pumpenvolumen auf 50 ml ausgelegt ist, das Totvolumen aber nicht mehr als 10 ml beträgt, wird beim letztgenannten Arbeitsgang bereits Bodenluft mitgezogen, so daß am Gashahn 14 Bodenluft anliegt Hiermit ist die Bereitschaft ζιτ Entnahme von Bodenluft zum Analysenzweck erreicht

Nach Betätigen des Gashahnes t4 in Stellung B strömt die Bodenluft gleichmäßig in beide Probenbehälter 17, wodurch gewährleistet wi.d, daß zwei identische Proben vorhanden sind, demzufolge auch die Möglichkeit einer Doppelbestimmung vorhanden ist Der Füllvorgang der Probengefäße wird .-ntt Hilfe des lVlanometers 19 kontrolliert Sind die Gassammeigefäße

ι ο vollständig gefüllt, wird der Gashahn in seine Ausgangsstellung A zurückgeführt Nachdem die Sammelbehälter verschlossen und vom Gerät entfernt sind, ist die Probenahme beendet
In der Feldpraxis zeigt sich, daß nicht immer eine

π genügend große Menge Bodengas zum vollständigen Füllen der Probenbehälter vorhanden ist Tritt dieser genannte Fall auf, wird der Hahn 14 in Stellung C gedreht und den Proben ein inertes Gas zugegeben. Die zugeführte Gasmenge zeigt ein Maßband des Gasbehälters 24 an.

Nachdem die Probenahme beendet ist. wird durch einen Druckknopf am Ventil 10 die Druckluft des Packers abgelassen und die Sonde aus der Bohrung gezogen.

Die Pumpe 15 wird durch Hereindrücken des Kolbens entleert. Danach der Gashahn 14 auf die Stellung D gebracht und mit derselben Pumpe inertes Gas aus der Gaskammer 24 entnommen. Nachdem der Hahn in die Stellung A zurückgeführt ist, wird das entnommene Gas

so wiederum durch Hereindrücken des Kolbens über die Sonde an die Atmosphäre abgegeben. Durch diesen Arbeitsgang erfolgte das Spülen und Füllen des Systems mit nichtreagierendem Gas.

Bei Verdacht auf gröbere Verunreinigungen des

J> Entnahmesystems durch kw-haitige Substanzen kann dieses auch mit einem flüssigem Spülmittel, vorzugsweise 10⁰/oige HNO3, gereinigt werden. Hierfür sind folgende Bedienungsschritte durchzuführen. Anschließen von Gassammelbehältern und evakuieren dieser

·»<> wie bereits oben genannt. Eintauchen der Sondenspitze in ein Säurebad und Gashahn 14 in Stellung S bringen. Sind etwa 50 ml—60 ml Säure angesaugt. Hahn in Stellung A und Sonde in ein Wasserbad tauchen. Hahn wiederum in Stellung B drehen und Ansaugen einer

·*■> etwa gleich großen Wassermenge. Herausnahme der Sonde aus dem Wasserbad und Nachsaugen von atmosphärischer Luft. Danach wird der bereits oben genannte Vorgang »Spülen und Füllen« des Systems mit inertem Gas durchgeführt.

w Durch die beschriebenen Arbeitsgänge Spülen mit Gas und Flüssigkeit wird ein Verschleppen anomaler Konzentrationen der Bodenluft auf den Fclgemeßpunkt ausgeschlossen.

Die Anwendung des Gerätes ist aus der vorangegan-

Yi genen Funktionsbeschreibung anhand der Fig. 1,2 und 3 zu entnehmen.

Die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösungen wurde in Form eines möglichst schlanken aufrecht stehenden Gerätes vorgenommen. Die Höhe des

Wi Gerätes wurde so bemessen, daß ein Arbeiten in gebückter Haltung entfällt.

Das Gewicht des Gerätes wurde im Interesse einer leichten Transportierbarkeit auf knapp 12 kg beschränkt. Die durch flexible Leitungen mit dem Gerät

^M verbundene Sonde ist auch gegen andere Sonden austauschbar. Damit kann auch eine Verbindung zu Rammsonden hergestellt werden.
Der Einsatz des Gerätes ist damit unter allen

Oberflächenbedingungen möglich. Ebenfalls ist der Einsatz auch Untertage auch bei schräg nach oben sowie horizontal verlaufenden Bohrungen möglich.

Das Einsatzgebiet erstreckt sich auf geophysikalische, geochemische Erkundung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entnahme von Bodenluft mit einer Sonde und Probenahmegefäßen, die vor der Probenahme evakuiert werden und einem Trägergas als Spülmittel, dadurch gekennzeichnet, daß bereits vor der Entnahme die Füllung der Probenahmegefäße mit einem inerten Gas erfolgt, daß dieses inerte Gas beim Evakuierungsvorgang zwischengelagert, im gegebenen Fall zum definierten Auffüllen der Probenahmegefäße und außerdem zum Spülen und Füllen der Teile des Gerätes und der Sonde, die von den Entnahmemedien berührt werden, verwendet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Gerät fest installierter Gasbehälter (24) zur Zwichenspeicherung eines inerten Gases dient

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