DE29823377U1

DE29823377U1 - Diffusionsprobensammler

Info

Publication number: DE29823377U1
Application number: DE29823377U
Authority: DE
Original assignee: Draeger Sicherheitstechnik GmbH
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2008-07-09

Description

Beschreibung D r ä g e r Sicherheitstechnik GmbH, Revalstr. 1

23560 Lübeck, DE

Diffusionsprobensammler

Die Erfindung betrifft einen Diffusionsprobensammler gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Diffusionsprobensammler gemäß Erfindung zeichnen sich im praktischen Gebrauch dadurch aus, daß damit zunächst eine passive Probenahme für Luftinhaltsstoffe am Meßort erfolgt und anschließend die Diffusionsprobensammler einer stoffspezifischen Laboranalyse mittels Thermodesorption und vorzugsweise Gaschromatographie unterzogen werden.

Bisher werden bei der meßtechnischen Überwachung der Luftqualität üblicherweise sogenannte "aktive" Meßverfahren eingesetzt. Bei diesen Verfahren wird ein definiertes Luftvolumen mittels einer Pumpe einem geeigneten Sorptionsmedium zugeführt, auf dem die zu untersuchenden Stoffe sorptiv gebunden werden.

Bei "passiven" Meßverfahren erfolgt die Probenahme dadurch, daß die Substanzen durch Diffusion zu dem Sorptionsmedium gelangen, an dem sie angereichert und gebunden werden. Mit diesem verringerten Probenahmeaufwand - keine Beschaffung und Wartung von Pumpen und Gasvolumenmeßgeräten - wird es möglich, die große Variationsbreite der Innenraumluftqualität meßtechnisch mit einem vertretbaren Aufwand zu erfassen. Dies ist ein Grund, warum passive Verfahren immer häufiger eingesetzt werden. Für die passive Verfahrensvariante werden sog. Diffusions- oder auch Passivprobensammler eingesetzt. Diffusionsprobensammler können definiert werden als Vorrichtungen, die in der Lage sind, Proben von Gasen und Dämpfen aus

der Umgebungsatmosphäre zu nehmen, wobei das Maß der Probenahme durch physikalische Prozesse, wie Gasphasendiffusion durch eine ruhende Luftschicht oder Permeation durch eine Membran, geregelt wird, jedoch nicht durch aktive Bewegung der Luft durch den Probensammler.

Diffusionsprobensammler können im Rahmen von Innenraumluftmessungen für unterschiedliche Aufgaben verwendet werden, so zum Beispiel für Übersichtsmessungen (screening-Messungen). Hierfür sind Diffusionsprobensammler besonders gut geeignet, da mit einem relativ geringen Aufwand große Zahlen von Proben auch zeitgleich genommen werden können. Aber auch Einzelmessungen bei Beschwerden oder Verdachtsmomenten können mit geringem Aufwand und hinreichender Aussagekraft durchgeführt werden.

Zeitgleiche Messungen in verschiedenen Räumen eines oder mehrerer Gebäude können zur räumlich aufgelösten Erfassung der Innenraumluftqualität eingesetzt werden. Bei der Bestimmung der Hintergrundbelastung (Außenluftmessung) sind besonders hohe Anforderungen an die analytische Nachweisgrenze und an die Spezifität des eingesetzten Verfahrens zu stellen.

Erfolgskontrollmessungen, beispielsweise nach Sanierungsmaßnahmen, Änderung von Aktivitäten der Raumnutzer oder nach sonstiger gezielter Minimierung von Emissionsquellen, sind zeitversetzte Vergleichsmessungen, an die die gleichen Ansprüche hinsichtlich Genauigkeit und Reproduzierbarkeit wie an Übersichtsmessungen gestellt werden. Auch hierbei haben sich Diffusionsprobensammler bewährt.

Bei der Prüfung von Grenz- oder Richtwerten sind nur Werte mit einer Zeitbasis größer oder gleich der Probenahmezeit für Diffusionsprobensammelverfahren mit entsprechenden Probensammlern zu erfassen.

Ergänzungsmessungen mit Diffusionsprobensammlern können mit relativ geringem Aufwand die Aussage oder Plausibilität vorhandener Meßergebnisse der mit einem anderen Meßverfahren oder einer anderen Meßanordnung erfaßten Werte erweitern oder absichern.

Auch bei der Suche nach Schadstoffquellen können Passivsammler mit sehr gutem Erfolg eingesetzt werden. Da solche Passiv- oder Diffusionsprobensammler prinzipiell nur geringe Sammelraten aufweisen, müssen Expositionszeiten von mehreren Stunden, Tagen oder Wochen eingehalten werden, um die benötigten Nachweisgrenzen im unteren pg/m³-Bereich zu erreichen. Dabei werden über die Expositionszeit entsprechende Mittelwerte bestimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Diffusionsprobensammler vorzuschlagen, der aus sehr wenigen, an sich bekannten Bestandteilen zusammengesetzt ist, als passives Probenahmesystem sehr leicht zu handhaben ist und durch die nachfolgend mögliche analytische Untersuchung mittels vorgeschalteter Thermodesorption Nachweisgrenzen ermöglicht, die im Bereich einiger ng/m³ bis pg/m³ liegen. Die konstruktive Ausführung im Sinne der Erfindung ist prinzipiell für jedwedes Thermodesorber-Gerät für die anschließende Thermodesorption und abschließende stoffliche Analyse der gesammelten Probe einsetzbar.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 für einen Diffusionsprobensammler der eingangs genannten Art. Die Unteransprüche definieren vorteilhafte Ausgestaltungen des Diffusionsprobensammlers nach Anspruch 1.

Üblicherweise werden Thermodesorptionsröhrchen vor ihrem eigentlichen Gebrauch konditioniert, das heißt die Thermodesorptionsröhrchen werden über einen gewissen Zeitraum ausgeheizt. Dabei wird zusätzlich eine analytische, chromatographische Prüfung durchgeführt, um sicherzustellen, daß keine störenden Stoffe von dem Sorptionsmedium abgetrennt werden. Bisherige Thermodesorptionsröhrchen bestehen aus Metall- oder Glas-

röhrchen, in die zwischen spezielle Halteelemente das Sorptionsmedium gefüllt ist. Die Maschenweite der Halteelemente - meist metallische Gewebehütchen - ist so gewählt, daß das körnige Sorptionsmedium nicht herausrieseln kann.

Als Sorptionsmedium werden unterschiedliche poröse Materialien, wie zum Beispiel graphitierte Aktivkohle, polare Styrol-Divinylbenzolpolymere, Molekularsiebe auf Aktivkohlebasis oder 2,6-Diphenyloxid-Polymere verwendet. Diese Medien beziehungsweise Stoffe sind dem Fachmann bekannt unter den Namen: Tenax, Chromosorb oder Carbosieve. Solche Thermodesorptionsröhrchen haben je Ende einen separaten Verschluß, beispielsweise in Form eines PTFE-Stopfens, wie in der EP 0 816 823 A1 beschrieben, oder werden in ein zweites Glasröhrchen mit zusätzlichen Halterungen eingeschmolzen oder sind mit metallischen Kappen inklusive inerter Septen abgedichtet. All dies, um zu gewährleisten, daß die hochreinen Sammelmedien vor der eigentlichen Messung nicht mit Stoffen aus der Umgebungsluft beaufschlagt werden. Die Vorteile der Verwendung hochreiner Sorptionsmedien sind in der genannten EP 0 816 823 A1 beschrieben. Tenax (2,6-Diphenyl-p-phenylenoxid) ist ein besonders bevorzugtes Sorptionsmaterial.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen im wesentlichen darin, daß ein hochreines Sorptionsmaterial verwendet wird, das nach dem maschinellen oder manuellen Befüllen des Diffusionsprobensammlers unmittelbar gasdicht zugeschmolzen wird. Kontaminationen des hochreinen Sorptionsmediums durch die Umgebungsatmosphäre sind so sicher ausgeschlossen. Eine weitere Kapselung, beispielsweise in Form eines weiteren Glasröhrchens, und zusätzliche Fertigungsschritte hierfür entfallen und minimieren dadurch die Material- und Herstellungskosten.

Mit wenigen Ausnahmen sind die bekannten Thermodesorptionsröhrchen als Sammelröhrchen für eine aktive Probenahme vorgesehen. Überraschenderweise

konnte für erfindungsgemäße Diffusionsprobensammler gezeigt werden, daß die benötigte Menge an hochreinem Sorptionsmedium bei der bevorzugten Ausführungsform der dieser Erfindung zugrunde liegenden Diffusionsprobensammler mit zum Beispiel etwa 0,05 g Tenax TA, das heißt etwa 20 % der Menge, ausreicht, die normalerweise in Thermodesorptionsröhrchen enthalten sind. Bei Kosten von einigen Zehntausend DM / kg Sorptionsmaterial ist dies ein bedeutender kostenwirksamer Faktor, also etwa 80 % Materialersparnis pro Thermodesorptionsröhrchen beziehungsweise für erfindungsgemäße Diffusionsprobensammler.

Bisher ist man bei der Wahl des Thermodesorptionsröhrchens abhängig vom Thermodesorber-Gerätetyp. Jedes marktgängige Thermodesorbergerät hat seine ganz spezielle Thermodesorptionsröhrchen-Konfiguration oder Form. Ein Wechseln zwischen Thermodesorptionsröhrchen unterschiedlicher Hersteller und Geräte ist nur äußerst bedingt, wenn überhaupt, möglich.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise erstmals den universellen Einsatz von Diffusionsprobensammlern auf Basis thermodesorbierbarer Medien, unabhängig vom Thermodesorber-Gerätetyp des Anwenders. Durch die bevorzugte Verfahrensweise bei diesem Diffusionsprobensammler ist jeder Nutzer/jedes Labor- unabhängig davon, welcher Thermodesorber-Gerätetyp installiert ist - in der Lage, die gewonnenen Proben den individuellen Thermodesorptionserfordernissen anzugleichen. Die hierfür benötigten gerätespezifischen Leerröhrchen und Halteelemente sind für den Fachmann auf dem Gebiet handelsübliche Katalogware.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die Figuren 1 und 2 zeigen den schematischen Aufbau eines Diffusionsprobensammlers gemäß vorliegender Erfindung.

Der erfindungsgemäße Diffusionsprobensammler (Fig. 1) besteht aus einem Glasröhrchen 1 mit einem Innendurchmesser von etwa 5 mm, einem Außendurchmesser von etwa 7 mm und einer Länge von etwa 115 mm. Zum Zeitpunkt der Bestückung mit den einzelnen Systemkomponenten ist dieses Glasröhrchen 1 an seinem der Diffusionsöffnung 2 distalen Ende geschlossen - hier als zugeschmolzene Spitze 3 dargestellt. Im Bereich der Diffusionsöffnung 2 ist das Glasröhrchen 1 mit einer Einschnürung - der Brechsicke 4 - so gestaltet, daß dieses zugeschmolzene Röhrchenende 5 ohne zusätzliche Geräte oder Hilfsmittel manuell abgebrochen werden kann und so die Diffusionsöffnung 2 freigibt. Durch die definierte Sollbruchstelle durch die Brechsicke 4 wird eine definierte Diffusionsstrecke ab Diffusionsöffnung 2 in das Glasröhrchen 1 hinein bis zur Adsorptionsschicht 8 definiert. In Gasströmungsrichtung gesehen und nach Abbruch des Röhrchenendes 5 folgt zunächst nach der Diffusionsöffnung 2 ein gelöchertes Keramikhalteelement 6, gefolgt von einer 2 cm langen Strecke, die mit inertem Quarzglas einer Partikelgröße von 0,8 -1,2 mm gefüllt ist. In einer alternativen Ausführungsform gemäß Figur 2 folgt auf die Diffusionsöffnung 2 und anstelle des Quarzglases der Diffusionsschicht 7 ein 2 cm langes inertes Glasrohr 12. Dieser Röhrchenbereich (mit Diffusionsschicht 7 nach Figur 1 oder Glasrohr 12 nach Figur 2) ist die eigentliche - für Diffusionsprobensammler charakteristische - Diffusionsstrecke. Abgegrenzt wird die Diffusionsstrecke in beiden Ausführungsbeispielen vom Sorptionsbereich durch ein Filterelement 9 aus Filterpapier (Durchmesser etwa mm, Dicke etwa 1 mm). Die Adsorptionsschicht 8 besteht aus hochreinem Sorbens, vorzugsweise Tenax TA 60/80 mesh, entspricht einer Partikelgröße von 0,18 bis 0,25 mm. Um den körnigen Schichten - Diffusionsschicht 7 und Adsorptionsschicht 8 bzw. Glasrohr 8 - eine gewisse Packungsdichte zu geben, wird ein Glasfasergewebe (inerte Schicht 10) zusammen mit einem Metallgewebehütchen 11 auf die Adsorptionsschicht 8 geschoben.

Daß der sogenannten "Sammlerreinheit" eine große Bedeutung zukommt, ist besonders hervorzuheben. Um die erfindungsgemäßen Diffusionsprobensammler mit hochreinem Sorbens befüllen zu können, insbesondere Tenax TA, werden die Systemkomponenten thermisch beziehungsweise chemisch vor der Befüllung konditioniert:

das Glasröhrchen 1 wird etwa 4 Stunden bei 500° C ausgeheizt; - das gelöcherte Keramikhalteelement 6 wird etwa 2 Stunden bei 400° C ausgeheizt;

das Quarzglas der Diffusionsschicht 7 wird mit Salzsäure gereinigt und bei 500° C für 4 Stunden ausgeheizt;

Tenax TA als Adsorptionsschicht 8 wird in einem Glasbehälter auf einer Keramikfritte im Bodenbereich geschichtet; Helium 5.0 wird durch diese Keramikfritte und das geschichtete Tenax TA durchgeleitet (130 ml/Min.) und bei 220° C in einem Ofen 48 Stunden ausgeheizt;

zusätzliche Feuchtigkeits-, Sauerstoff- und Aktivkohlefilter am Heliumstrom beschleunigen den Reinigungsvorgang;

Glasfaservlies (inerte Schicht 10) wird 2 Stunden bei 400° C und Gewebehütchen 11 aus Stahl wird für 2 Stunden bei 900° C ausgeheizt;

Nach den einzelnen Konditionierungsschritten der obigen Systemkomponenten werden diese unter Stickstoffbegasung in luftdichte Behälter überführt und aufbewahrt.

Alle weiteren Montagearbeiten der erfindungsgemäßen Diffusionsprobensammler erfolgen unter leichten Überdruckbedingungen in einer speziellen Laborumhausung, wobei der Überdruck mit Stickstoff erzeugt wird. Die Montage der Probensammler erfolgt derart, daß als erstes das durchlöcherte Keramikhalteelement 6 im Glasröhrchen 1 plaziert wird. Anschließend wird die Diffusionsschicht 7 sehr genau gefüllt (mit Quarzglas). Danach wird das Filterelement 9 aufgelegt und die Adsorptionsschicht 8 mit dem hochreinen Sorbens - insbe-

sondere Tenax TA / 0,05 g - gefüllt. Abschließend werden das Glasfasergewebe (Schicht 10) und das metallische Gewebehütchen 11 mit einem Stopfer in das Glasröhrchen 1 gepreßt. Unmittelbar hierauf erfolgt das Abschmelzen des Röhrchenendes (Spitze 3).

Da die Sorbenskontamination durch Fremdstoffe bevorzugt in der Herstellungs- und Lagerungsphase eintritt, stellt das beschriebene Verfahren eine Möglichkeit dar, dieses Problem zu minimieren oder gänzlich zu unterbinden.

Die Probenahme mit dem beschriebenen Diffusionsprobensammler erfolgt in Anlehnung an bekannte Meßvorschriften beziehungsweise der Meßaufgabe entsprechend angepaßt nach Abbrechen des Röhrchenendes 5. Nach der definierten Expositionszeit wird die Diffusionsöffnung 2 mit handelsüblichen inerten Stopfen beziehungsweise Kappen bis zur Durchführung der Analytik luftdicht verschlossen.

Die analytische Auswertung der Thermodesorptionsröhrchen ist üblicherweise durch die Geräteauslegung eines jeden Anwenders vorbestimmt. Jedes Thermodesorbergerät benötigt einen besonderen Glasröhrchen-Typ. Überraschenderweise ist der erfindungsgemäße Diffusionsprobensammler mit wenigen, einfachen Handgriffen reproduzierbar und genau in die entsprechenden Thermodesorptionsröhrchen der unterschiedlichen Thermodesorber-Gerätevarianten füllbar.

Um die beladene Adsorptionsschicht 8 aus dem Diffusionsprobensammler umfüllen zu können, wird dieser mit einem Glasschneider angeritzt. Die entstehende Bruchstelle soll dabei etwa 0,5 cm unterhalb des Filterelementes 9 innerhalb der Diffusionsschicht 7 liegen. Dadurch kann beim Aufbrechen das Quarzglas der Diffusionsschicht 7 bis zum Filterelement 9 herausrieseln. Anschließend wird zum Beispiel mit einer Pinzette das Filterelement 9 entfernt. Durch Aufsetzen einer 1000 &mgr;&igr; Kunststoff-Pipettenspitze auf das aufgebrochene Röhrchenende

läßt sich das Adsorptionsmittel ohne Verlust in das entsprechende Thermodesorptionsröhrchen für das Thermodesorbergerät der Wahl umfüllen. Durch diesen schnellen Umfüllvorgang - zum Beispiel unter Stickstoffbegasung beziehungsweise normal reiner Umgebungsluft - sind keine merklichen Desorptionsverluste oder störende Kontaminationen aus der Umgebungsluft nachweisbar.

Die weiteren Verfahrensschritte der Thermodesorption und anschließenden Gaschromatographie-Analyse sind dem Fachmann auf dem Gebiet geläufig beziehungsweise entsprechen dem Stand der Technik. Diffusionsprobensammler gemäß Erfindung sind unter anderem auch hervorragend geeignet, um aromatische oder chlorierte Kohlenwasserstoffe zu erfassen, insbesondere auch für die Überwachung der Innenraumluft in geschlossenen Räumen, wie beispielsweise in Labors, Produktions- oder gewerblich genutzten Räumen.

Claims

Schutzansprüche

1. Diffusionsprobensammler, bestehend aus

einem geschlossenen Glasröhrchen (1)

- mit einer abbrechbaren Einschnürung in Form einer Brechsicke (4) in einem Endbereich des Glasröhrchens (1), mit einer Diffusionsstrecke und

mit einer in Diffusionsrichtung nachgeschalteten, räumlich getrennten Adsorptionsschicht (8),
dadurch gekennzeichnet, daß

die Diffusionsstrecke durch ein inertes Glasrohr (12) oder durch eine inerte Diffusionsschicht (7) gebildet und von einem gasdurchlässigen Keramikhalteelement (6) gehalten ist,

ein gasdurchlässiges, poröses Filterelement (9) zur Abgrenzung zwischen der Diffusionssstrecke und der Adsorptionsschicht (8) dient,

und die Adsorptionsschicht (8) mittels einer porösen, inerten Schicht (10) mit einem in das Glasröhrchen (1) eingeschobenen Gewebehütchen (11) aus einem inerten Material gehalten ist.
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2. Diffusionsprobensammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsschicht (8) aus einem oder mehreren der Materialien Tenax, Aktivkohle oder Molekularsieben auf Basis von Aktivkohle besteht, vorzugsweise aus Tenax mit einer Partikelgröße von 0,18 bis 0,25 MiIIimetern.

3. Diffusionsprobensammler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsschicht (7) aus Partikeln aus Quarzglas mit einer Partikelgröße von etwa 0,8 bis 1,2 Millimetern gefüllt ist.

4. Diffusionsprobensammler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebehütchen (12) aus einem
metallischen Material, vorzugsweise aus Stahl oder aus einem mit einem Edelmetall beschichteten Material, besteht.

5. Diffusionsprobensammler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse, inerte Schicht (10) aus einem
Glasfasergewebe oder Glasfaservlies besteht.