DE2941434A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des schwefelgehalts in analysenproben - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des schwefelgehalts in analysenprobenInfo
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Description
294U34
CARLO ERBA STRUMENTAZIONE S.P.A,
Rodano (Milano), Italien
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Schwefelgehalts in Analysenproben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung des Schwefelgehalts
in Analysenproben, insbesondere mit einem Gewicht von 0,1 bis 2 mg, gegebenenfalls zusammen mit der Bestimmung anderer
Komponenten wie C, H und N, und besonders ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, mit denen auch extrem kleine Schwefelgehalte
quantitativ bestimmt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die entsprechende
Vorrichtung beruhen auf der an sich bereits bekannten Methode der Verbrennung der Probe in einem Heliumstrom, der zeitweise
mit Sauerstoff angereichert wird, der katalytischen Oxidation und Reduktion der Verbrennungsgase im gleichen
Reaktor und der gaschromatographischen Trennung und Bestim-
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mung der resultierenden Produkte.
Ein Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung des Gehalts
an C, H, N und S in organischen und anorganischen Proben nach dem obigen Verfahren ist beispielsweise von E. Pella
und B. Colombo in Mikrochimica Acta 0/3 41-2, Dezember 1977,
beschrieben. Nach diesem Verfahren wird die zu analysierende Probe aufeinanderfolgend den obigen Verarbeitungsschritten
unterzogen (Verbrennung, Oxidation und Reduktion), wonach die entstandenen Gase unter Verwendung eines Leitfähigkeitsdetektors
(TCD-Detektor) gaschromatographisch analysiert werden, wobei ein Diagramm mit mehreren voneinander getrennten Peaks resultiert,
aus denen der quantitative Gehalt des jeweiligen zu bestimmenden Stoffs ermittelt wird. Mit dem TCD-Detektor kann
insbesondere eine Peakfolge erhalten werden, deren Peaks nacheinander dem Gehalt an N„, C0_, H„0 und S0„ entsprechen.
Mit diesem System konnten bisher bereits sehr genaue Ergebnisse für die obigen Komponenten erzielt werden, insbesondere
hinsichtlich der quantitativen Bestimmung von S0„, obgleich vor der gaschromatographischen Säule Reaktionen durchgeführt
werden.
Allerdings wurde hierbei auch festgestellt, daß bei diesem Verfahren der SO2-Gehalt nur dann genau quantitativ aus
dem entsprechenden Peak bestimmt werden kann, wenn der S0_-Gehalt über 0,5 ,ug liegt. Dies bedeutet, daß das Ansprechen
des TCD-Detektors nur bei S0«-Mengen über 0,5 ,ug linear ist. Daraus folgt, daß Proben mit nur
geringem Schwefelgehalt nicht oder nur ungenau analysiert werden können. Es gibt jedoch in der Praxis zahlreiche
Fälle, in denen es sehr wichtig ist, auch
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sehr kleine Schwefelmengen, sowohl allein als auch neben
anderen Komponenten, bestimmen zu können.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit denen auch
außerordentlich kleine Schwefelgehalte, in Verbindung mit der Bestimmung anderer Bestandteile wie N, C und H oder unabhängig
davon, quantitativ bestimmt werden können.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Anwendung des oben erläuterten Bestimmungsverfahrens, wobei ein flammenphotometrischer
Detektor eingesetzt wird, der als Sulphur Selective Detector (SSD) bekannt ist. Derartige schwefelselektive Detektoren
werden bisher bereits zur Bestimmung verschiedener, meist organischer Schwefelverbindungen herangezogen.
Während der SSD-Detektor bei der bekannten Verwendung mehrere Peaks liefert, aus denen die Menge der verschiedenen
Schwefelverbindungen ermittelt wird, liefert dieser Detektor bei der erfindungsgemäßen Verwendung lediglich einen Peak,
der dem Schwefelgehalt entspricht.
Zur Erzielung einer besseren und zuverlässigeren Funktion ist es bevorzugt, vor dem Detektor eine Fa^Ie vorzusehen, mit
der das in den dem Detektor zugeführten Gasen enthaltene Wasser abgefangen werden kann. Dabei ist festzustellen, daß der
vorheriger
Detektor nach Abtrennung des Wassers sowohl zur Analyse von Produkten, die direkt aus der gaschromatographischen Säule stammen, als auch zur Analyse von Produkten herangezogen werden kann, die vorher einem normalen TCD-Detektor zugeführt
Detektor nach Abtrennung des Wassers sowohl zur Analyse von Produkten, die direkt aus der gaschromatographischen Säule stammen, als auch zur Analyse von Produkten herangezogen werden kann, die vorher einem normalen TCD-Detektor zugeführt
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worden sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung
des Schwefelgehalts in Analysenproben durch Verbrennung in einem zeitweise mit Sauerstoff angereicherten Heliumstrom,
katalytische Oxidation und Reduktion der Verbrennungsgase im gleichen Reaktor und gaschromatographische Trennung
und Bestimmung der resultierenden Produkte, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schwefelbestimmung mit einem schwefelselektiven
flammenphotometrischen System durchgeführt wird, wobei lediglich ein einziger Schwefelpeak erhalten wird, und
erfindungsgemäß vor dem Detektor das Wasser aus dem zu untersuchenden Produkt abgetrennt wird.
Erfindungsgemäß wurde ferner festgestellt, daß diese
Verfahrensweise vor allem dann besonders genaue und reproduzierbare Ergebnisse liefert, wenn die Bestimmung nach der
oben angegebenen Publikation vorgenommen wird, dh, wenn die Verbrennung in einem Zinnbehälter erfolgt und eine oxidierende
Schicht aus Wolframtrioxid sowie eine daran unmittelbar anschließende reduzierende Schicht aus Kupfer verwendet wird,
die auf etwa 800 0C gehalten wird und Halogene selektiv absorbiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere gekennzeichnet
durch einen AnaIysenprobenkreislauf, einen Reaktor für
die Verbrennung, die katalytische Oxidation sowie die Reduktion der Verbrennungsgase, eine gaschromatographische Säule, eine H?O-Falle,
die direkt oder indirekt mit dem Auslaß der gaschromatographischen
Säule in Verbindung steht, und einen flammenphotometrischen selektiven Schwefeldetektor (SSD), der einen
einzigen, dem Schwefelgehalt entsprechenden Peak liefert.
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— b —
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1: ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur gleichzeitigen Bestimmung von N, C, H und S in Anaiysenproben, wobei auch extrem
kleine Mengen an S bestimmt werden können;
Fig. 2: einen schematischen Axialschnitt durch einen selektiven Schwefeldetektor (SSD) des
oben beschriebenen Typs und
Fig. 3: ein Diagramm von Analysenresultaten bei Anwendung des bisher üblichen Verfahrens
sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an C, H, N und S dargestellt, die sich insbesondere zur
Analyse von Proben mit einem Gewicht von 0,1 bis 2 mg eignet.
Von der Stelle _1_2_ aus wird ein Heliumstrom an die Stelle
10 geleitet, der als Trägermedium dient und über ein Ventilaggregat \A_ kontrolliert wird. Bei j_§ wird der Heliumstrom mit
einer an sich bekannten Vorrichtung mit einem kontrollierten
anschließende
Prozentsatz an Sauerstoff angereichert, um dadurch die/Verbrennung
der Probe zu ermöglichen, die in V&_ eingeführt wird. Die
Probe und der mit Sauerstoff angereicherte Heliumstrom gelangen in einen Reaktor K), in dessen vorderem Teil ^2 die Verbrennung
erfolgt; danach geschieht in 2± die katalytische
Oxidation, vorzugsweise mit einer Schicht von WO . Normaler-
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weise werden die Temperaturen in den Bereichen ^2 und 2j4
auf über 1000 0C gehalten. Im gleichen Reaktor ist unmittelbar
anschließend an die WO^-Schicht eine Kupferschicht 2jj.
vorgesehen, in der die von den vorherigen Verfahrensschritten stammenden Gase reduziert werden, wobei die Reduktion
bei etwa 800 0C vorgenommen wird. Der vordere Teil 2J^ des
Reaktors, in dem die Verbrennung erfolgt, besteht vorzugsweise aus Zinn.
Aufgrund von an einer Vorrichtung dieses Typs gewonnenen Versuchsergebnissen ist es durch Aufrechterhaltung einer
Temperatur von etwa 800 0C in der reduzierenden Zone 2^
bei gleichzeitiger Verwendung von Kupfer möglich, eine quantitative Ausbeute an SO2 trotz der Reaktion zwischen den
Schwefeloxiden und Kupferoxid zu ermöglichen, wobei zugleich eine quantitative Reduktion der Stickoxide erzielt wird.
Nach dem Reaktor ^O werden die Verbrennungsgase an der
Stelle 2J3 in an sich bekannter Weise nachbehandelt und danach
in die gaschromatographische Säule K) eingeleitet, die vorzugsweise eine Säule vom Typ Poropak QS ist und die einzelnen
Komponenten des Verbrennungsgemischs auftrennt, die dann gemäß der herkömmlichen Verfahrensweise zu einem Detektor
vom Typ TCD 3_2 gelangen, der auch von der Seite 3_£ her referenzsei
tig versorgt wird, wie dies an sich bekannt ist.
Der TCD-Detektor liefert ein Diagramm 3£ mit mehreren
Peaks (a, b, c und d), die sich auf den Gehalt an N2, CO2,
H2O bzw. SO2 beziehen, wobei die Peakflache jedes Peaks,
bezogen auf die Grundlinie, der Menge der betreffenden Komponente der analysierten Probe entspricht. An den
TCD-Detektor ist ein Integrator und Drucker 3ji angeschlossen,
der die erhaltenen Resultate quantifiziert und ausdruckt.
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Bei dem obigen Detektortyp ist eine quantitative Bestimmung des SO_-Gehalts bei linearem Ansprechen des
Detektors nur möglich, wenn dieser über 0,5 ,ug liegt. Bei kleineren Mengen liefert dieses Analysenverfahren
keine brauchbaren Resultate.
Es wurde nun festgestellt, daß sich auch unter der oben
angegebenen Grenze liegende Schwefelgehalte in Analysenproben quantitativ bestimmen lassen, wenn direkt oder indirekt
am Ausgang der gaschromatographischen Säule K) ein SSD-Detektor
des obigen Typs angeschlossen wird, wobei eine Falle 40, 40' zwischengeschaltet wird, die das Wasser aus dem Gasstrom
abscheidet.
In Fig. 1 sind zwei Schaltungsweisen für den SSD-Detektor ^_2 angegeben, der sowohl direkt an den Auslaß der gaschromatographischen
Säule _3P_ (vgl· die Linie 44') als auch
an den Ausgang des TCD-Detektors (Linie 4_4) geschaltet werden kann. In beiden Fällen werden die dem SSD-Detektor zugeführten
Gase flammenphotometrisch erfaßt, wobei das Diagramm
46 einen einzigen Peak aufweist, der dem S -Gehalt entspricht. Dieser Peak ist wesentlich ausgeprägter als die Peaks im
Diagramm j^6_ und ermöglicht somit auch die quantitative Bestimmung
,extrem kleiner Schwefelgehalte.
Auch hier ist ein Integrator und Drucker £8 vorgesehen,
der die Werte quantifiziert und ausdruckt.
In Fig. 2 ist eine Ausführung eines SSD-Detektors dargestellt, der für sich bereits bekannt ist. Der SSD-Detektor
wird bei _50 mit dem zu analysierenden Gas, ggf. zusammen mit
einem Trägergas, beschickt, während in 5^2 und 5j4 Sauerstoff
bzw. Wasserstoff eingeleitet werden. Das Gasgemisch wird in den Innenraum 56 des Detektors geleitet, in dem eine Zündvor-
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richtung 5jJ die Verbrennung mit einer reduzierenden Gasflamme
bewirkt. Die Flamme wird mit einem Photo-multiplier 60 gemessen, nachdem die Strahlung ein geeignetes Filter f>2^
passiert hat.
Die dem Detektor jT2 zugeleiteten Gase enthalten beispielsweise
N„, CO2 und SO2. Das gasförmige SO3 wird verbrannt
und liefert Schwefel im Gleichgewicht 2S S3,
das vom Photomultiplier registriert wird und zu einem einzigen Peak auf dem Diagramm AS_ führt.
Die erfindungsgemäße Verwendung des schwefelselektiven
Detektors SSD 4_2 ermöglicht eine Quantitative Bestimmung von Schwefelspuren bis zu einigen ppb (parts per billion).
Es ist ferner mit geeigneten Vorrichtungen möglich, den Detektor 4^ nur dann in Betrieb zu setzen, wenn der herkömmliche
Detektor 3[2 einen Schwefelpeak liefert, der nicht quantitativ
auswertbar ist, also nur dann, wenn Spurenmengen Schwefel bestimmt werden sollen.
In einer Vorrichtung wie in Fig. 1 wurden nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren zwei Proben analysiert: eine ölprobe von 0,1045 mg Gewicht und einem theoretischen Schwefelgehalt
von 0,58 % sowie eine Tabakprobe von 0,3006 mg Gewicht und einem theoretischen Schwefelgehalt von 0,80 %.
Die Analyse ergab das in Fig. 3 dargestellte Diagramm, wobei die Kurve χ vom herkömmlichen TCD-Detektor stammt und
für die erste Substanz (öl) die Peaks a. (N_), b1 (C0~), C1
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(H2O) und d1 (SO-) und für die zweite Substanz (Tabak) die
Peaks a2 (N3), b2 (CO3), c~ (H 2°) und do ^S02^ aufweist.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegt bei d praktisch
kein der Menge von 1,2 ,ug S0_ entsprechender Peak vor, während
der Peak d_, der 4,8 ,ug S0„ entspricht, zwar auswertbar,
jedoch so klein ist, daß eine quantitative Auswertung problematisch ist. Am Ausgang des TCD-Detektors wurden die
Substanzen einer H O-Falle zugeführt und gelangten danach
zum SSD-Detektor, der die Kurve y lieferte. Die Kurve y weist zwei deutlich ausgeprägte Peaks e und e auf, die dem Schwefelgehalt
im öl bzw. im Tabak entsprechen und quantitativ auswertbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße
Vorrichtung sind nicht auf die obigen beispielhaften Angaben beschränkt, da auch analoge Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens
möglich sind.
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Claims (8)
- AnsprücheVerfahren zur Bestimmung des Schwefelgehalts in Analysenproben durchVerbrennung in einem zeitweise mit Sauerstoff angereicherten Heliumstrom,katalytische Oxidation und Reduktion der Verbrennungsgase innerhalb des gleichen Reaktors undgaschromatographische Trennung und Bestimmung der resultierenden Produkte,dadurch gekennzeichnet,daß zur Bestimmung des Schwefels ein schwefelselektiver flanunenphotometrischer Detektor verwendet wird, der einen einzigen Diagrammpeak für den Schwefelgehalt liefert,undvor dem Detektor das Wasser aus dem Gasgemisch abgetrennt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur gleichzeitigen Bestimmung von C, H, N und S,dadurchgekennzeichnet ,daß vor der Abtrennung des Wassers eine herkömmliche Bestimmung der resultierenden Produkte mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor vorgenommen wird0151-(405/4O)-SF-E030017/08A2die Produkte nach Abtrennung des Wassers dem flammenphotometrisehen Detektor für den Schwefelgehalt zugeleitet werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß- die Verbrennung in einem Zinnbehälter vorgenommen wird,- eine Oxidationsschicht aus Wolframtrioxid verwendet wird,- unmittelbar daran anschließend eine Reduktionsschicht aus Kupfer, die auf etwa 800 C gehalten wird und Halogene selektiv absorbiert, verwendet wird,- die einzelnen Komponenten des Verbrennungsgemischs gaschromatographisch aufgetrennt werden,- die Komponenten mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor in der Reihenfolge N , C0_, HO und SO- erfaßt werden, wobei getrennte Peaks für jede einzelne Komponente erhalten werden und- die aus dem Wärmeleitfähigkeitsdetektor austretenden Produkte einer Wasserfalle zugeleitet und- mit einem schwefelselektiven flammenphotometrisehen Detektor analysiert werden.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die photometrische Bestimmung durchgeführt wird, wenn die herkömmliche quantitative Bestimmung einen Schwefelgehalt unterhalb eines vorher festgelegten Grenzwerts ergibt.
- 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4,gekennzeichnet durch030017/084229AU34einen Reaktor (2CO zur Verbrennung, katalytischen Oxidation und Reduktion der Verbrennungsgase,eine gaschromatographische Säule (30), eine direkt oder indirekt am Auslaß der gaschromatographischen Säule (30) vorgesehene Wasserfalle (40; 40') sowie einen flammenphotometrischen selektiven Schwefeldetektor (SSD), der einen einzigen Peak für den Schwefelgehalt in der Analysenprobe liefert.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der gaschromatographischen Säule (30) an einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) angeschlossen ist, der getrennte Peaks für N9, CO9, H9O und SO9 liefert, und die Wasserfalle (40) zwischen dem Ausgang des TCD-Detektors und dem SSD-Detektor vorgesehen ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen SSD-Detektor (42) , der Schwefelmengen entsprechende Peaks
liefert, die vom TCD-Detektor nicht erfaßbar sind, insbesondere unter 0,5 ,ug. - 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (20) hintereinander eine Verbrennungszone (22), eine Oxidationszone (24) mit einer Schicht aus Wolframtrioxid (WO ) und eine Reduktionsschicht aus Kupfer, die auf 800 0C gehalten wird, aufweist.030017/0842
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