DE2851058A1

DE2851058A1 - Vorrichtung zur automatischen messung der atomabsorption gasfoermiger messproben

Info

Publication number: DE2851058A1
Application number: DE19782851058
Authority: DE
Inventors: Winfried Goenner; Bernhard Huber
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1978-11-25
Filing date: 1978-11-25
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2851058B2; DE2851058C3; US4273742A; AU528041B2; GB2036359B; GB2036359A; AU5310579A

Description

Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT H-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung Bodenseewerk Perkin-Elmer & Co. GmbH, D-7770 Überlingen/Bodensee

Vorrichtung zur automatischen Messung der Atomabsorption gasförmiger Meßproben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Messung der Atomabsorption gasförmiger Meßproben, die jeweils nacheinander aus einer Reihe von Probenflüssigkeiten erzeugt werden, bei welcher ein Reaktionsgefäß über eine Trägergaszuleitung mit einer Trägergasquelle und über eine Trägergasableitung mit einer beheizbaren Meßküvette verbunden ist, welche im optischen Strahlengang eines Atomabsorptionsspektrometers sitzt, bei welcher in das Reaktionsgefäß durch eine Reagenzzufuhreinrichtung über eine Reagenzzuleitung ein Reagenz und durch einen Probengeber über eine Probenzuleitung eine Probenflüssigkeit einleitbar ist, bei welcher weiterhin das Reaktionsgefäß an seinem Boden einen Auslauf mit einem Ventil aufweist, über welchen der Inhalt des Reaktionsgefäßes nach Durchführung der Messung in ein Abfallgefäß ablaßbar ist, und bei welcher durch eine Programmsteuervorrichtung die Reagenzzuführeinrichtung, der Probengeber und das im Ablauf angeordnete Ventil nach einem vorgegebenen Programm steuerbar ist, welches für jede Probe einen Meßzyklus umfaßt.

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Eine solche Vorrichtung ist in der DE-OS 27 29 744 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs definierten Art das Entleeren des Reaktionsgefäßes nach Durchführung der Messung zu vereinfachen und sicherzustellen, daß die Fortschaltung des Programms auf den nächsten Meßzyklus für die nächstfolgende Probe dann und nur dann erfolgt, wenn das Probengefäß vollständig entleert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(a) das Ventil im Auslauf ein in Ablaufrichtung öffnendes aber in Schließrichtung vorbelastetes Überdruckventil ist,

(b) in der Trägergasableitung ein gesteuertes Absperrventil sitzt,

(c) mit der Trägergaszuleitung ein Druckfühler verbunden ist, welcher auf das Überschreiten eines vorgegebenen Druckschwellwertes anspricht,

(d) durch die Programmsteuervorrichtung das Absperrventil in der Trägergasableitung nach Durchführung der Messung zusteuerbar ist und

(e) die Programmsteuervorrichtung auf den nächsten Meßzyklus fortschaltbar ist, wenn der Druckfühler nach dem Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit in seinem Ruhezustand ist, der einem Druck unterhalb des Druckschwellwertes entspricht.

Nach Beendigung der Messung wird das Absperrventil in der Trägergasableitung geschlossen. In dem Reaktionsgefäß baut sich dadurch ein Druck auf, durch welchen das Überdruckventil aufgedrückt und die Flüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß in ein

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Abfallgefäß hinausgedrückt wird. Die Flüssigkeit findet dabei infolge ihrer Viskosität im Ablauf einen Strömungswiderstand, der so hoch ist, daß ein weiterer Druckanstieg im Reaktionsgefäß während des Ablaufens der Flüssigkeit stattfindet. Dadurch spricht der Druckfühler an. Sobald das Reaktionsgefäß vollständig entleert ist, strömt über den Ablauf keine Flüssigkeit mehr sondern Trägergas. Infolge des geringeren Strömungswiderstandes, den der Ablauf für das Trägergas bietet, bricht der Druck im Reaktionsgefäß zusammen. Der Druckfühler geht wieder in seinen Ruhezustand zurück. Nur wenn das nach einer vorgegebenen Wartezeit der Fall ist, erfolgt eine Weiterschaltung des Programms auf den nächsten Meßzyklus. Bei einem Fehler, z.B. durch einen verstopften Ablauf, kann ein Fehlersignal gegeben werden, wenn der beschriebene Schaltablauf des Druckfühlers innerhalb dieser vorgegebenen Zeit nicht stattgefunden hat.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Details einer Vorrichtung nach Figur 1.

Fig. 3 zeigt der Deutlichkeit halber nochmals die für die Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung nach Figur 1,

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Fig. 4 ist ein Flußdiagramm eines Programmteils,

der sich auf die Kontrolle des Ablaufens der Probenflüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß bezieht.

In der Darstellung der Vorrichtung zur automatischen Erzeugung und Messung gasförmiger Proben aus einer Reihe von Probenflüssigkeiten ist das Reaktionsgefäß mit 10 bezeichnet. Das Reaktionsgefäß 10 besitzt einen trichterförmigen Auslauf 12, von dem eine Entleerungsleitung 14 zu einem Abfallgefäß 16 abgeht. In das Reaktionsgefäß 10 münden eine Probenleitung 18, eine Reagenzzuleitung 20 und Trägergaszuleitungen 22 und 24. Bei der dargestellten Ausführungsform mündet die Probenzuleitung 18 im oberen Teil des Reaktionsgefäßes, während die Trägergaszuleitungen 22 und 24 im unteren Ende des Reaktionsgefäßes 10 münden. Vom oberen Ende des Reaktionsgefäßes geht eine Verbindungsleitung 26 aus, die in einer beheizbaren Meßküvette 28 mündet. Die Meßküvette 28 ist im Strahlengang eines Atomabsorptionsspektrometers angeordnet.

Zur Entnahme von Reagenzflüssigkeit 'aus einem Vorratsbehälter 30 ist eine pneumatische Fördereinrichtung vorgesehen. Die Reagenzzuleitung 20 ist mit einer Verbindungsleitung 32 verbunden, die durch den Verschluß des geschlossenen Vorratsbehälter 30 hindurch bis auf dessen Boden reicht. Eine Trägergasquelle 34 ist über einen Druckschalter 3 6 an die Eingänge zweier parallelliegender Druckregler 38 und 40 angeschlossen. Der Ausgang des ersten Druckreglers 38 ist über eine Anschlußleitung 42 an den Vorratsbehälter 30 angeschlossen, wobei die Anschlußleitung 42 sich gerade durch den Verschluß des Vorratsbehälters 30 hindurcherstreckt. Durch den ersten Druckregler 3 8 wird der Trägergasdruck in der Anschlußleitung 42 auf einen Wert von beispielsweise 0,15 bar eingestellt. Die Anschlußleitung 42 wird von einem als Magnetventil ausgebildeten Absperrventil 44 beherrscht.

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Am Ausgang des zweiten Druckreglers 40 liegt eine Trägergasleitung 46. Von der Trägergasleitung 46 zweigen die beiden Trägergaszuleitungen 22 und 24 ab, die in den trichterförmigen Auslauf 12 des Reaktionsgefäßes 10 münden. Die Trägergaszuleitung 22 ist mit einer einstellbaren Strömungsdrossel 48 versehen. Auch die Trägergaszuleitung 24 enthält eine einstellbare Strömungsdrossel 50. Sie wird weiterhin von einem als Magnetventil ausgebildeten Absperrventil 52 beherrscht. Die Trägergasleitung 4 6 ist zwischen den Trägergaszuleitungen 22 und 24 über eine einstellbare Strömungsdrossel 54 und einen Strömungsmesser 56 mit der Trägergaszuleitung 24 stromab von der Strömungsdrossel 50 verbunden. Die Trägergasleitung 46 wird durch den zweiten Druckregler 40 auf einen Druck von ca. 1,4 bar eingestellt.

Durch eine Programmsteuervorrichtung 58 werden die beiden Magnetventile 44 und 52 im Gegentakt gesteuert, so daß nur bei geschlossenem Ventil 52 das Ventil 4 4 geöffnet wird. Das bewirkt, daß nur dann Trägergasdruck auf den Vorratsbehälter gegeben wird, wenn nur über die relativ stark gedrosselte Trägergaszuleitung 22 Trägergas in das Reaktionsgefäß 10 eingeleitet wird. Dann kann der Trägergasdruck innerhalb des Reaktionsgefäßes 10 nicht der Förderung von Reagenzflüssigkeit durch die Verbindungsleitung 32 entgegenstehen.

Eine zweite Reagenzflüssigkeit kann in entsprechender Weise aus einem zweiten Vorratsbehälter gefördert werden, was in den Figuren nicht dargestellt ist.

Wenn somit das Magnetventil 44 geöffnet wird und das Magnetventil 52 geschlossen ist, dann wird über den Druckregler 38 mit einem relativ geringen Trägergasdruck Reagenz aus dem Vorratsbehälter 30 über die Reagenzzuleitung 20 in das Reaktionsgefäß 10 geleitet. Die Probe wird mittels einer Probenpumpe 60 (Fig. 2) auf die Probenzuleitung 18 gegeben. Die

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Probenpumpe ist durch einen Pneumatikzylinder 62 mit einem Stellkolben 64 betätigbar. Der Pneumatikzylinder 62 wird über ein Absperrventil 66, das als Magnetventil ausgebildet ist, von dem Trägergasdruck in der Trägergasleitung 46 gesteuert.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, saugt die Probenpumpe 60 über ein Ventil 68 und ein Dosierrohr 70 bei dessen in Fig. 2 gestrichelt dargestellter Stellung Probenflüssigkeit aus einem Probengefäß 72 an und fördert diese über ein Ventil 74 über die Probenzuleitung 18 in das Reaktionsgefäß 10. Es ist weiterhin eine Spülflüssigkeitspumpe 76 vorgesehen, welche über ein Ventil 78 eine Spülflüssigkeit aus einem Spülflüssigkeitsbehälter 80 ansaugt und diese über ein Ventil 82 und eine Leitung 84 auf ein Überlaufgefäß 86 gibt. Das Dosierrohr 70 ist, wie in Fig. 2 angedeutet in Probengefäße 72 oder wahlweise in das mit Spülflüssigkeit gefüllte Überlaufgefäß 86 eintauchbar. Probengefäße können dabei auf einem Drehtisch angeordnet sein. Die konstruktive Ausbildung der Anordnung kann der DE-OS 2 507 2 entsprechen. Der Überlauf 88 des Überlaufgefäßes 86 ist über eine Leitung 90 mit einem Abfallgefäß 92 verbunden.

Die Spülflüssigkeitspumpe 76 ist durch einen Pneumatikzylinder 94 mit einem Stellkolben 96 betätigbar, welcher über ein als Magnetventil ausgebildetes 2/3-Wegeventil 98 mit der Trägergasleitung 46 verbindbar ist.

Wie durch die gestrichelten Leitungen 100,102,104 und 106 angedeutet ist, werden die Magnetiventile 44,98,66 und 52 von der Programmsteuervorrichtung 58 gesteuert.

Die Steuerung erfolgt in der Weise, daß zunächst das Ventil 52 abgesperrt ist und das Ventil 44 öffnet. Hierdurch wird in einem konstanten Strom Reagenz in das Reaktionsgefäß 10 geleitet. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Ventils 66 ist die untere Kammer des Pneumatikzylinders 62 mit der Atmosphäre verbunden, wodurch die Probenpumpe einen Ansaughub

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ausführt und Probenflüssigkeit aus einem Probengefäß 72 ansaugt, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Nach einer Zeitspanne wird das Magnetventil 66 umgeschaltet, so daß Trägergas aus der Trägergasleitung 46 in die untere Kammer des Pneumatikzylinders 62 geleitet wird. Der Steuerkolben 64 betätigt daher die Probenpumpe 60 im Ausschubsinne, so daß die angesaugte Probenflüssigkeit über die Probenzuleitung 80 in das Reaktionsgefäß gelangt und sich mit dem Reagenz oder den Reagenzien vermischt. Danach schließt das Ventil 44 und das Ventil 52 öffnet, wodurch Trägergas über die Trägergaszuleitung 24 in einem relativ wenig gedrosselten Strom in das Reaktionsgefäß 10 gelangt und die gebildeten flüssigen Hydride o.dgl. über die . Leitung 2 6 zu der Meßküvette 28 transportiert.

Gleichzeitig wird das Dosierrohr 70 aus dem Probengefäß 72 in das Überlaufgefäß 86 bewegt, wie in Fig. 2 in voll ausgezogenen Linien dargestellt ist. Das Überlaufgefäß 86 wird durch eine Spülflüssigkeitspumpe 76 mit einer solchen Spülflüssigkeitsmenge versorgt, daß ein Austausch der Spülflüssigkeit in dem Überlaufgefäß stattfindet und die Gefahr einer Verschleppung unterbunden ist.

Die Probenpumpe 60 führt, gesteuert durch das Magnetventil 66 und den Steuerkolben 64 einen zweiten Ansaug- und Ausschubhub aus und saugt Spülflüssigkeit an, die dann ebenfalls über die Probenzuleitung 18 in das Gefäß 10 geleitet wird, um dieses und die Verbxndungsleitungen von der Probe zu reinigen.

Das Auslassen der Probe aus dem Reaktionsgefäß 10 geschieht auf folgende Weise:

In der Trägergasableitung 26 ist ein 2/3-Wegeventil 108 vorgesehen. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung gibt das 2/3-Wegeventil 108 den Durchgang zu der Meßküvette frei. In der anderen Schaltstellung sperrt das 2/3-Wegeventil den Durchgang vom Reaktionsgefäß 10 zur Meßküvette 28 ab, wobei gleichzeitig über eine Leitung 110 eine Verbindung zu der Trägergasleitung

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46 hergestellt ist, wodurch ein Trägergasstrom auf die Meßküvette 28 gegeben wird. Das Magnetventil 108 wird ebenfalls von der Programmsteuervorrichtung 58 gesteuert, wie durch die gestrichelte Linie 112 angedeutet ist.

An der Trägergaszuleitung 24 sitzt ein Druckfühler 114, der auf das Überschreiten eines vorgegebenen Druckschwellwerts in der Trägergaszuleitung 24 und damit in dem Reaktionsgefäß 10 anspricht.

Im Auslauf 12 des Reaktionsgefäßes 10 sitzt ein in Ablaufrichtung öffnendes,aber in Schließrichtung vorbelastetes Überdruckventil 116, welches den Strömungsweg aus dem Reaktionsgefäß 10 über den Auslauf 12 und eine Entleerungsleitung 14 in ein Abfallgefäß 16 beherrscht. Wenn nach Beendigung der Messung das Ventil 108 umgeschaltet wird und den Durchgang von dem Reaktionsgefäß 10 zu der Meßküvette 28 absperrt, dann steigt der Druck im Reaktionsgefäß 10 an. Der Druckschwellwert wird überschritten und der Druckfühler 114 spricht an, was, wie durch die gestrichelte Linie 118 angedeutet ist, der Programmsteuervorrichtung 58 signalisiert wird. Der Druckanstieg setzt sich fort, solange in dem Reaktionsgefäß 10 noch Probenflüssigkeit oder Spülflüssigkeit ist, die in dem Auslauf, dem Ventil 116 und der Entleerungsleitung 14 infolge ihrer Viskosität einen relativ hohen Strömungswiderstand findet. Wenn das Reaktionsgefäß vollständig entleert ist, dann tritt an dem Ventil 116 nur noch Trägergas aus. Der Strömungswiderstand für das Trägergas ist wesentlich geringer, so daß der in dem Reaktionsgefäß 10 aufgebaute Trägergasdruck zusammenbricht und der Druckfühler 114 in seinen Ruhezustand zurückgeht, der einem Druck unterhalb des Druckschwellwertes entspricht.

Die Steuerung kann in der Weise geschehen, wie dies in dem Flußdiagramm von Fig. 4 dargestellt ist.

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Am Ende des Meßvorganges wird das Magnetventil 108 geschlossen, wie durch Kästchen 120 dargestellt ist. Anschließend wird eine vorgegebene Wartezeit von beispielsweise 2 Sekunden abgewartet, die durch Kästchen 122 repräsentiert ist. Nach Ablauf dieser Wartezeit wird geprüft, ob der Druckfühler 114 angesprochen hat. Dies ist durch den Rhombus 124 dargestellt. Wenn der Druckfühler 114 nach der Wartezeit von 2 Sekunden in seiner Ruhestellung ist, der Druck im Reaktionsgefäß 10 also unterhalb des Druckschwellwertes ist, dann bedeutet das, daß die Probenflüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß 10 abgelaufen ist und sich in diesem kein Druck aufbaut. Der Druckaufbau findet normalerweise während der ersten Wartezeit von 2 Sekunden statt.

Hat der Druckfühler angesprochen, so zeigt dies, daß noch keine Entlerrung des Reaktionsgefäßes 10 stattgefunden hat. In diesem Falle wird, symbolisiert durch den Rhombus 126, abgefragt, ob die Wartezeit seit Schließen des Magnetventils 108 schon länger als 30 Sekunden beträgt. Ist dies nicht der Fall, dann wird, dargestellt durch die 'Schleife 128, das Programm wiederholt, d.h. es wird wieder nach einer vorgegebenen Wartezeit geprüft, ob der Druckfühler angesprochen hat und ob in diesem Falle die Wartezeit schon länger als insgesamt 30 Sekunden ist. Die Schleife 128 wird solange durchlaufen, bis entweder die Prüfung auf das Ansprechen des Druckfühlers schließlich negativ verläuft, der Druckfühler 114 also in seinen Ruhezustand zurückgegangen ist, oder bis schließlich die weitere Wartezeit langer als 30 Sekunden geworden ist. In ersterem Falle wird ein neuer Meßzyklus eingeleitet. Im zweiten Falle erfolgt eine Fehleranzeige, da anzunehmen ist, daß die Probe, z.B. wegen Verstopfung des Auslasses, nicht abläuft.

Es kann auch vorgesehen sein, daß die Programmsteuervorrichtung dann und nur dann auf den nächsten Meßzyklus fortschaltbar ist, wenn der Druckfühler 114 angesprochen hat und anschließend

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wieder in den Ruhezustand zurückkehrt. Eine solche Prüfung kontrolliert, ob sich ein Druck aufbaut, also Trägergas vorhanden ist, und der Druckfühler 114 auf einen solchen Druckaufbau anspricht. Es muß in einem solchen Falle nur dafür gesorgt werden, daß das Programm mit der ersten Probe anlaufen kann, da anfänglich das Reaktionsgefäß 10 ja leer ist.

In Fig. 3 sind die für den Entleerungsvorgang des Reaktionsgefäßes 10 wesentlichen Bauteile, nämlich die Trägergasquelle 34, die Trägergaszuleitung 24, der Druckfühler 114, die Trägergasablextung 26, das Magnetventil 108, die Meßküvette 28, das überdruckventil 116 und das Abfallgefäß 16, noch einmal schematisch übersichtlich herausgezeichnet.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur automatischen Messung der Atomabsorption gasförmiger Meßproben, die jeweils nacheinander aus einer Reihe von Probenflüssigkeiten erzeugt werden,

bei welcher ein Reaktionsgefäß über eine Trägergaszuleitung mit einer Trägergasquelle und über eine Trägergasableitung mit einer beheizbaren Meßküvette verbunden ist, welche im optischen Strahlengang eines Atomabsorptionsspektrometers sitzt,

bei welcher in das Reaktionsgefäß durch eine Reagenzzufuhreinrichtung über eine Reagenzzuleitung ein Reagenz und durch einen Probengeber über eine Probenzuleitung eine Probenflüssigkeit einleitbar ist,

bei welcher weiterhin das Reaktionsgefäß an seinem Boden einen Auslauf mit einem Ventil aufweist, über welchen der Inhalt des Reaktionsgefäßes nach Durchführung der Messung in ein Abfallgefäß ablaßbar ist, und

bei welcher durch eine Programmsteuervorrichtung die Reagenzzuführeinrichtung, der Probengeber und das im Ablauf angeordnete Ventil nach einem vorgegebenen Programm steuerbar ist, welches für jede Probe einen Meßzyklus umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Ventil (116) im Auslauf (12) ein in Ablauf-

richtung öffnendes aber in Schließrichtung vorbe-. lastetes Übderdruckventil ist.

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(b) in der Trägergasableitung (26) ein gesteuertes Absperrventil (108) sitzt,

(c) mit der Trägergaszuleitung (24) ein Druckfühler (114) verbunden ist, welcher auf das Überschreiten eines vorgegebenen Druckschwellwertes anspricht,

(d) durch die Programmsteuervorrichtung (58) das Absperrventil (108) in der Trägergasableitung (26) nach Durchführung der Messung zusteuerbar ist und

(e) die Programmsteuervorrichtung (58) auf den nächsten Meßzyklus fortschaltbar ist, wenn der Druckfühler

(114) nach dem Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit in seinem Ruhezustand ist, der einem Druck unterhalb des Druckschwellwertes entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsteuervorrichtung (58) eine Fehleranzeige liefert, wenn der Druckfühler nach Ablauf einer weiteren, längeren Wartezeit nicht in seinen Ruhezustand zurückkehrt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsteuervorrichtung (58) dann und nur dann auf den nächsten Meßzyklus fortschaltbar ist, wenn der Druckfühler (114) angesprochen hat und anschließend wieder in den Ruhezustand zurückkehrt.

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