DE2853430A1

DE2853430A1 - Mittel zum nachweis von kohlenmonoxid in einem vorgegebenen umfeld

Info

Publication number: DE2853430A1
Application number: DE19782853430
Authority: DE
Inventors: Roy Michael Harrison
Original assignee: Neotronics Ltd
Current assignee: Neotronics Ltd
Priority date: 1977-12-12
Filing date: 1978-12-11
Publication date: 1979-06-13
Also published as: GB1600618A; FR2411409A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Mittel zum Nachweis von Kohlenmonoxid (CO) in einem vorgegebenen Umfeld.

In industrieller Umgebung, wie z. B. in Bergwerken, Abwasserkanälen, Silos, Stahlwerken, Tiefgaragen, Kraftwagen-Prüfanlagen usw. besteht die ernsthafte Gefahr, daß die Bedienungskräfte oder das Wartungspersonal mit CO vergiftet werden.

Obgleich bisher mehrere Verfahren, Vorrichtung und Reagenzien vorgeschlagen wurden, um die Arbeitsplätze dieses Personenkreises auf Kohlenmonoxid zu überwachen und das Vorhandensein von Kohlenmonoxid in einer über einem zugelassenen Wert liegenden Konzentration festzustellen, ist keine dieser vorgeschlagenen Lösungen zufriedenstellend, und zwar hauptsächlich deshalb nicht, weil die vorgeschlagenen Reagenzien den industriellen Anforderungen nicht genügen.

Ein zufriedenstellendes Reagens zum Nachweis von CO in der Luft sollte demnach einen deutlichen und leicht erkennbaren Farbwechsel oder einen Wechsel in der Sättigung anzeigen, nachdem es weniger als drei Minuten einer möglicherweise toxischen C0-Konzentration von ca. 500 Teilen pro Million (ppm) ausgesetzt wurde. Außerdem sollte dieser Wechsel vorzugsweise linear proportional zur Konzentration sein» Schließlich sollte das Reagens auch bei geringeren Konzentrationen von Kohlenmonoxid leicht zu erkennen sein, in diesem Fall allerdings nach einer verhältnismäßg längeren Einwirkzeit, so daß der nachgewiesene Wert dem zeitintegrierten Konzentrationswert entspricht. Das Reagens sollte auch in einer feuchten Umgebung anwendbar sein und eine Wirksamkeit von mehreren Stunden haben. Schließlich sollte das Reagens auch eine längere Haltbarkeit besitzen.

Die bisher bekannten Reagenzien für Kohlenmonoxid können nicht allen diesen Anforderungen entsprechen. Dafür gibt es zwei Haupt-

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gründe: Erstens sind ihre Reaktionszeiten zu lange, bis ein sichtbarer Farbwechsel erscheint, so daß sie für moderne industrielle Erfordernisse zu langsam reagieren. Zweitens ist bei der. meisten bekannten Reagenzien für Kohlenmonoxid die Empfindlichkeit gegenüber dem Kohlenmonoxid entscheidend von dem Feuchtigkeitsgehalt des Reagens, d. h. von der Feuchtigkeit der Umgebung 3 abhängig. Daher sind die bekannten Reagenzien für eine längere Verweildauer in der umgebenden Luft ungeeignet, es sei denn, diese wäre sehr trocken, denn während einer solchen längeren Verweildauer können FeuchtigkeitsVeränderungen in dem Reagens auftreten, die die Wirksamkeit des Nachweises bzw. der Anzeige nachteilig beeinflussen.

Ein solches bekanntes Reagens für Kohlenmonoxid ist Palladiumdichlorid, PdCIp. Es gehört allerdings zu den erwähnten Reagenzien, die nur sehr langsam mit Kohlenmonoxid reagieren.

Andere bekannte Reagenzien,, die Palladiumverbindungen aufweisen., jedoch nicht PdCIp₅ sind in der Praxis verwendet worden, indem sie auf Silikagel abgelagert und in Indikationsröhrchen eingeführt wurden. Diese Palladium-Reagenzien in Verbindung mit dem Silikagel blieben allerdings langsam in der Reaktion und hochempfindlich gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt des Silikagels, der sich in einer Umgebung mit bedeutendem Wasserdampfanteil sehr schnell erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile zu vermeiden oder wenigstens zu verringern und ein Reagens zum Nachweis von Kohlenmonoxid bereitzustellen, welches die Reaktionszeit zwischen dem Reagens und dem Kohlenmonoxid auch in feuchter Umgebung erheblich beschleunigt, das relativ unempfindlich gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt der überwachten Umgebung ist, das ferner relativ preiswert und überdies stabil ist.

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Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das Reagens bzw. das Mittel zum Nachweis von Kohlenmonoxid wird also in der Weise gewonnen, daß eine Pailadiumverbindung mit einem Tonerde- (=A10O3) Substrat gemischt bzw. auf dieses aufgetragen wird.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das Nachweismittel bei einem Verfahren zur Anwendung kommt, welches die Anwesenheit von Kohlenmonoxid in einer bestimmten Atmosphäre erkennt oder anzeigt. Auch wird die Anwendung bei einer Nachweisvorrichtung umfaßt, die eine Karte oder einen anderen Träger aufweist, welcher das Nachweismittel trägt oder in welchen es eingemischt ist. 15

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zum Zv/ecke des Nachweises von Kohlenmonoxid in einer vorgegebenen Umgebung Palladiumdichlorid auf eienm Substrat von aktivierter Tonerde (Al_?0~) aufgebracht.

Die Palladiumverbindung ist vorzugsweise Palladiumdichlorid (= PdCl₂).

Allerdings wäre auch jedes andere wasserlösliche Palladiumsalz geeignet. Auch ist jede Palladiumverbindung bzw. jedes Palladiumsalz, welches in einem organischen Lösungsmittel löslich ist, geeignet, vorausgesetzt, daß das Lösungsmittel nicht mit der Palladiumverbindung bzw. dem Palladiumsalz reagiert und das Palladiumsalz auflöst.

Die Tonerde hat vorzugsweise die Form von feinem Pulver aus aktivierter Tonerde oder die Form einer Oblate aus aktivierter Tonerde.

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Die Partikelgröße des Tonerde-Pulvers kann variabel sein, so daß eine genügend große Oberfläche auf den Partikeln für die Palladiumverbindung verfügbar ist. Im allgemeinen ist eine Partikel größe, die durch die Britischen Siebnummern 50 bis 200 hindurchgeht, ausreichend, obgleich die bevorzugten Siebnummern zwischen 100 und 120 liegen.

Das Tonerde-Pulver sollte rein sein, kann aber in Form von handelsüblichem Pulver vorliegen. Ein geeignetes Pulver ist z. B. "Aluminiumoxyd, aktiv, neutral, Brockmann-Körnung 1", wie es von der Firma BDH Chemical Limited, England, hergestellt v/ird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Palladiumdichlorid in Wasser gelöst und die daraus entstehende Lösung auf einem Substrat aus aktivierter Tonerde, die in feiner Pulverform vorliegt, abgeschieden, worauf es mit Hilfe beispielsweise einer infraroten Wärmequelle getrocknet wird, um den Trocknungsvorgang zu beschleunigen und chemische Veränderungen zu verhindern. Das sich hieraus ergebende Reagens wird dann mit Hilfe irgendeines geeigneten Mittels mit einem Träger, z. B. einer Platte verbunden oder verklebt, und zwar vorzugsweise mittels eines haftfähigen Epoxdharzes. Auf diese Weise werden die aktivierten Tonerde-Teilchen mit einer Schicht von Palladiumdichlorid umhüllt.

Wird dieses Reagens dem Kohlenmonoxid ausgesetzt, so ist die Reaktion erheblich schneller als bei den bisher bekannten Reagenzien. Darüberhinaus ist das Reagens gegenüber der Umgebungsfeuchtigkeit bedeutend weniger empfindlich. Das Reagens wird zu metallischem Palladium reduziert und bewirkt einen signifikanten Farbwechsel, der mit Hilfe von opto-elektrischen Vorrichtungen und Methoden nachgewiesen v/erden kann, beispielsweise mit einer Vorrichtung, wie sie in der Britischen Patentanmeldung No.

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3767/76 beschrieben und beansprucht ist oder mit einer Vorrichtung, die von der Firma Neotronics Limited_s Stansted_s Eng!and, unter der Marke "OTOX 80" geliefert wird und auf die weiter unten noch Bezug genommen wird.

Die vom Auge wahrgenommenen Reaktionszeiten für eine gesättigte Lösung von Palladiumdichlorid sind für geringe Mengen von Kohlenmonoxid in einer Gasquelle sehr schnell. Bei einer Konzentration von 500 ppm Kohlenmonoxid ist gewöhnlich innerhalb von 30 Sekunden Schwarzfärbung erkennbar. Eine vollständige Schwarzfä'rbung des Palladiumdichlorids vollzieht sich bei einer Konzentration von 75 ppm Kohlenmonoxid im allgemeinen innerhalb von 20 Finuten.

Es ist anzunehmen (obgleich die folgende Hypothese nicht bindend oder einschränkend verstanden werden soll), daß der Grund für die derart signifikanten Verbesserungen der Reaktionszeit, Haltbarkeit und Stabilitäts die das aktivierte Tonerde-Substrat bewirkt, in seiner hohen allgemeinen Adsorptionsfähigkeit für Gase zu sehen ist, wobei es wohl Kohlenmonoxid-Moleküle an seine Oberfläche adsorbiert und sie der chemischen Reaktion mit dem Palladiumdichlorid zuführt. Außerdem scheint ein Zusammenhang zwischen der Zeit bis zur vollständigen Schwarzfärbung einerseits und dem Produkt der Einwirkungszeit des Kohlenmonoxids und der Konzentration desselben zu bestehen.

Bei einer anderen Ausgestaltung hat die aktivierte Tonerde die Form einer Oblate, und zwar vorzugsweise mit den Abmessungen von 25 χ 25 χ 1 mm.
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Bei einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung wir der Nachweis des giftigen Kohlenmonoxid mit Hilfe eines Reagenzpapiers wie oben beschrieben durchgeführt, welches in die erwähnte OTOX eo-überwachungsvorrichtung gegeben wird. Diese Vorrichtung

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enthält einen mit Infrarotlicht arbeitenden opto-elektrischen Sender/Empfänger in einem Monitor sowie das Reagenzpapier, welches dauernd von der elektro-optisehen Schaltung abgefragt wird. Im einzelnen sind in dieser Vorrichtung eine pulsierende lichtemittierende Diode als Lichtquelle und ein Phototransistor zum Messen des reflektierten Lichts vorgesehen, wobei der Wechsel der Ausgangs-Spannung des Photo-Transistors überwacht wird. Die Vorrichtung hat einen Schlitz zur Aufnahme des Reagenz-Papiers. Jedes vorhandene Kohlenmonoxid diffundiert in das Papier, und das Reagens verfärbt sich. Hierdurch wird eine Veränderung des reflektierten Lichts verursacht, was wiederum eine elektrische Ausgangsgröße hervorruft, die leicht in ein erkennbares optisches und/oder akustisches Alarmsignal umgewandelt werden kann.

Anstelle eines Reagenzpapiers kann das Reagens auch in Form von pulverisierter Tonerde vorliegen, die mit dem Reagens überzogen ist und beispielsweise in einen kleinen Behälter gegeben ist, der von dem Schaltkreis abgefragt v/erden kann.

Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher beschrieben v/erden, die keineswegs eine Einschränkung des Erfindungsgedankens bedeuten.

Beispiel 1: Eine gesättigte Palladiumdichlorid-Lösung wurde bei Raumtemperatur (25⁰C) hergestellt. Die Lösung wurde sodann tropfenweise dem Tonerde-Pulver (Brockmann-Grad 1, BDH Chemicals LTD.) beigefügt. Das Tonerde-Pulver färbte sich hierauf gelb und die tropfenweise Zugabe wurde so lange fortgesetzt, bis keine weitere Verfärbung mehr eintrat. Das Pulver wurde jetzt unter einer Infrarot-Lampe getrocknet und in verschiedene Proben aufgeteilt. Mehrere Proben wurden verschiedenen Konzentrationswerten von Kohlenmonoxid ausgesetzt. Die Ergebnisse dieses Tests sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

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	Tabelle 1
ppm CO	Zeit in Sekunden
500	30
500	120
350	180
75	1200
Beispiel 2:	Verschiedene Reagen:

Beobachtete Ergebnisse großer Bereich der Schwarzfärbung

völlige Schwarzfärbung völlige Schwarzfärbung völlige Schwarzfärbung

schiedlicher Mengen von Tonerde des Brockmann-Grads 1 und den Reagenzien erhalten, die entsprechend dem Beispiel 1 erhalten wurden, um diese letzteren zu verdünnen. Diese verdünnten Reagenzien wurden dann in einer OTOX 80-Vorrichtung, wie oben beschrieben, für Kohlenmonoxid-Konzentrationen von 50 ppm und 400 ppm überprüft, wobei die Reaktion über die Veränderung des reflektierten Lichts gemessen wurde, die einer Veränderung der Phototransistor-Ausgangsspannung von einem Anfangswert von 2.00 Volt auf 1.15 Volt entsprach.

Der Abstand zwischen dem emittierten/empfangenen Licht und dem Reagens betrug dabei 2mm. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.

	,Og/Reagens	Tabell	e 2
		Zeit in	Sekunden für einen Rückgang von
Lösungsverhältnis	1	0,75 V	im Output-Signal
Al,	1	50 ppm	CO 400 ppm CO
	1	24	92
0	1	54	190
1	1	80	310
p	1	123	540
3		357	1500
4	1200	Test wurde bei 300 Sekunden
5		abgebrochen

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Claims

P l?3-NL/78 NEOTRONICS LIMITED Building 102, FSTS Site Stansted Airport Stansted, Essex CM 24 8QX Großbritannien Mittel zum Nachweis von Kohlenmonoxid in einem vorgegebenen Umfeld Patentansprüche

1. Mittel zum Machweis von Kohlenmonoxid, welches eine Palladiumverbindung enthält, gekennzeichnet durch eine Verbindung oder Mischung aus einer Palladiumverbindung mit Tonerde.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Palladiumverbindung Palladiumdichlorid ist.

3. Mittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerde in Form von feinem Pulver vorliegt.

4. Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Tonerde-Partikel der Britischen Siebnummer 100-120 entspricht.

5. Mittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerde die Form einer Oblate hat.

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ORIGINAL

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6. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Palladium-Chlorid auf einem aktivierten Tonerde-Substrat aufgebracht ist.

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