DE2924285A1

DE2924285A1 - Verfahren und einrichtung zur messung der konzentration bestimmter ionen oder ionengruppen in waessrigen loesungen

Info

Publication number: DE2924285A1
Application number: DE19792924285
Authority: DE
Inventors: Ernst H Dr Rer Nat Ecker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1981-01-08
Also published as: JPS564042A

Description

Verfahren und Einrichtung zur Messung der Konzentration
bestimmter Ionen oder lonengruppen in wässrigen Lösungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Konzentration bestimmter Ionen oder Ionengruppen in wässrigen Lösungen.
Bei industriellen Prozessen besteht häufig die Forderung, bestimmte Ionen oder Ionengruppen in sehr geringer Konzentration in wässrigen Lösungen selektiv nachzuweisen.
Beispielsweise tritt bei den zur Aufbereitung von salzhaltigem Rohwasser eingesetzten Ionentauschern der die baldige Erschöpfung des Ionentauschers anzeigende sogenannte Ionenschlupf auf, das ist der Durchbruch von Na+-Ionen in sehr geringer Konzentration. Um diese Ionen möglichst frühzeitig zu entdecken und Maßnahmen zur Umschaltung der Ionentauscher einzuleiten, sind selektive und sehr empfindliche Messungen erforderlich, die bisher mit Hilfe von natriumsensitiven Glaselektroden als Meßwertaufnehmer durchgeführt wurden. Nachteil dieser bekannten Meßmethoden ist jedoch die geringe mechanische Belastbarkeit der Glas elektroden sowie der große Wartungsaufwand.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein für kontinuierlichen Langzeitbetrieb mit großen Wartungs- bzw. Kalibrierungsintervallen geeignetes Verfahren zum selektiven, quantitativen Nachweis von bestimmten Ionen auch in sehr geringer Konzentration in einem Probenstrom zu finden.
Diese Aufgabe läßt sich mit einem Meßverfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten lösen. Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, beispielsweise gemäß Anspruch 6, kann sehr robust und wartungsarm aufgebaut werden. Wegen der eindeutigen Ubertragungsfunktion der Leitfähigkeitsdifferenz ist eine Kalibrierung nur selten und nur zur stichprobenartigen Kontrolle der richtigen Funktion des Gerätes sowie der Reinheit der Reagenzien erforderlich.
Als Reagens zur konzentrationsabhängigen Leitfähigkeitsänderung des Probenstroms werden bevorzugt sogenannte Komplexbildner eingesetzt, welche mit den gesuchten Ionen Einschlußverbindungen eingehen, wodurch die Beweglichkeit der Ionen um mehr als eine Größenordnung gesenkt bzw. die Ionen zurückgehalten und die elektrische Leitfähigkeit des Probenstroms nach der Reaktion entsprechend erniedrigt wird.
Als Komplexbildner für das Meßproblem Na+-Ionenschlupf an lonenaustauschern eignet sich beispielsweise 4, 7, 13, 16, 21-Pentaoxa-1, 10-diazabicyclo-(8, 8,5)-tricosan.
Dieser Komplexbildner bildet selektiv mit Na+-Ionen Kryptate.
Entsprechend kann zur Komplexierung des Li+-Ions 4, 7, 13, 18-Tetraoxa-1, 10-diazabicyclo-(8, 5,5)-eicosan eingesetzt werden.
FUr den Nachweis von. K+-Ionen eignet sich 4, 7, 13, 16, 21, 24-Hexaoxa-1, 10-diazabicyclo-(8, 8,8)-hexacosan.
Statt dieser flüssigen Komplexbildner können auch polymergebundene eingesetzt werden.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur eine Einrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.
Der Probenstrom, beispielsweise in Ionenaustauschern bereitetes Wasser, wird über die Leitung 1 der Meßeinrichtung zugeführt und gelangt in eine erste Leitfähigkeitsmeßzelle 2, an deren Elektroden 3 ein der Leitfähigkeit entsprechendes elektrisches Signal abgreifbar ist.
Über die Leitung 4 gelangt der Probenstrom aus der Leitfähigkeitsmeßzelle 2 in einen Reaktor 5, in welchem er mit einem Reagens 6 in BerUhrung gebracht wird. Dieses geht mit den im Probenstrom befindlichen Ionen der gesuchten Art eine Verbindung ein, welche die Leitfähigkeit in Abhängigkeit von dem Ionengehalt ändert. Nach der Reaktion verläßt der Probenstrom über die Leitung 7 den Reaktor 5 und gelangt in eine zweite Leitfähigkeitsmeßzelle 8, an deren Elektroden 9 ein der geänderten Leitfähigkeit entsprechendes elektrisches Signal abgegriffen und zusammen mit dem Signal aus der ersten Leitfähigkeitsmeßzelle den Eingängen eines Differenzverstär- -kers 10 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal der Differenz der Leitfähigkeiten entspricht und ein Maß für die Konzentration des gesuchten Ions im Probenstrom ist.
Da die Leitfähigkeiten von wässrigen Lösungen temperaturabhängig sind, ist auf eine gute thermische Kopplung innerhalb der Meßeinrichtung zu achten, angedeutet durch den Wärmetauscher 11, in welchem die Temperatur des Probenstroms vor Eintritt in die zweite Leitfähigkeitsmeßzelle 8 an die Temperatur des Probenstroms vor Eintritt in die erste Leitfähigkeitszelle 2 angeglichen wird.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Messung der Konzentration bestimmter kronen oder Ionengruppen in wässrigen Lösungen, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Verfahrensschritte: a) Messung der elektrischen Leitfähigkeit eines der wässrigen Lösung entnommenen Probenstroms, b) Zusetzen eines für die bestimmten Ionen selektiven, die Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Ionenkonzentration ändernden Reagens zum Probenstrom, c) Messen der elektrischen Leitfähigkeit des auf gleicher Temperatur wie bei der ersten Messung gehaltenen Probenstroms nach der Reaktion, d) Bilden der Differenz der Leitfähigkeiten als Maß für den absoluten Gehalt bestimmter Ionen im Probenstrom.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Reagens Komplexbildner verwendet werden, die mit den bestimmten Ionen sogenannte Einschlußverbindungen bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 zur Bestimmung des Na+-Ionengehalts, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß als Komplexbildner 4, 7, 13, 16, 21-Pentaoxa-1, l0-diazabicyclo-(8, 8,5)-tricosan verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 zur Bestimmung des Li+-Ionengehalts, d a d u r c h g e k e n n z e i 0 h -n e t , daß als Komplexbildner 4, 7, 13, 18-Tetraoxa-1, l0-diazabicyclo-(8, 5,5)eicosan verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 zur Bestimmung des Ionengehalts, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß als Komplexbildner 4, 7, 13, 16, 21, 24-Hexaoxa-1, 1O-diazabicyclo-(8, 8,8)-hexacosan verwendet wird.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n -zeichnet durch a) eine erste elektrische Leitfähigkeitsmeßzelle (2), b) einen Reaktor (5), in welchem der Probenstrom mit dem Reagens (6) in Berührung gebracht wird, c) einen Wärmetauscher (11) zur Angleichung der Temperatur des den Reaktor (5) verlassenden Probenstroms an die des Probenstroms vor der ersten Leitfähigkeitsmeßzelle (2), d) eine zweite Leitfähigkeitsmeßzelle-(8), e) einen Differenzverstärker (10), dessen Eingängen die erste und die zweite Leitfähigkeitsmeßzelle (2, 8) aufgeschaltet sind und dessen Ausgang ein der Konzentration bestimmter Ionen im Probenstrom entsprechendes Signal führt.