DE3137756A1

DE3137756A1 - Colorimetrisches gasdosimeter

Info

Publication number: DE3137756A1
Application number: DE19813137756
Authority: DE
Inventors: Paul Pittsburgh Pa. McConnaughey; Elmer Mckee
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1981-09-23
Publication date: 1982-07-01
Also published as: US4348358A; CA1157751A; JPH0235940B2; GB2084725A; GB2084725B; JPS5786049A; DE3137756C2

Description

HOEGER, STELLRECmf:&PA&T&ER

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UHLANDSTRASSE 14 c - D 7000 STUTTGART 1

A 44 865 u Anmelderin: Mine Safety Appliances

22. September 1981 Company

u - 152 600 Penn Center Boulevard

Pittsburgh, Penn. 15235

U. S. A.

Beschreibung

Colorimetrysches Gasdosimeter

Die Erfindung betrifft ein colorimetrisches Gasdosimeter, welches sich entsprechend der Dosis der schädlichen Gase in der Atmosphäre in Längsrichtung verfärbt.

Bei colorimetrischen Gasdosimetern wird eine ihre Farbe ändernde Reaktionssubstanz in Kontakt mit der Umgebungsluft gebracht, üblicherweise über eine Diffusionsstrecke, um auf Konvektionsströmungen beruhende Fehler auszuschalten. Die Farbentwicklung ist ein Maß für die Dosis des nachzuweisenden Gases, die vom Dosimeter aufgenommen worden ist. Die aufgenommene Dosis ergibt sich über eine bestimmte Zeitdauer als integriertes Produkt aus Konzentration und Zeit. Die von der Behörde OSHA als zulässige Grenzdosis für giftige Gase vorgeschriebene Dosis, das sogenannte "zeitgewichtete 8-Stunden-Mittel" ist die Gesamtdosis über 8 Stunden dividiert durch 8.

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Bisher sind zwei Typen colorimetrischer Gasdosimeter verwendet worden. Die Art, bei welcher eine Farbentwicklung in einer Längsrichtung auftritt, hat ein längliches Bett mit der anzeigenden Chemikalie, üblicherweise mit einer aktiven Komponente auf einem inerten, granulierten Träger, der in einem Glasrohr angeordnet ist. Das nachzuweisende Gas diffundiert von einem offenen Ende des Rohres in das Bett und durch dieses hindurch. Ein Farbwechsel entwickelt sich längs des Bettes, wobei die Länge des Farbwechsels ein Maß für die aufgenommene Dosis darstellt. Solche Rohre sind in weitem Umfange zur Messung von CO-Dosen verwendet worden. Für viele Gase und bei zunehmend strenger werdenden Dosiskriterien ist jedoch die Länge konventioneller Farbrohre nicht ausreichend empfindlich, um kleinere Dosen zu messen. Die Länge der Verfärbung, die bei einer bestimmten Dosis erzeugt wird, ist der Menge der aktiven Komponente proportional, wenn aber die Menge der aktiven Chemikalie geringer wird, um die Empfindlichkeit zu erhöhen, dann wird auch die Intensität der entwickelten Verfärbung geringer, so daß es schwierig wird, die Verfärbung zu erkennung.

Die Dosimeter vom Farbvergleichtyp setzen üblicherweise eine Oberfläche eines mit einer Reaktionssubstanz imprägnierten Papiers oder ein ähnliches Substrat der Atmosphäre aus. Das führt dazu, daß verschiedene Farben erzeugt werden oder Farbvariationen auftreten, und zwar in Abhängigkeit von der aufgenommenen Dosis. Das Papier wird anschließend mit einem oder mehreren Farbstandards verglichen, um die aufgenommene Dosis festzustellen. Bei solchen Farbvergleichmethoden ergeben sich üngenauigkeiten, die vor allen Dingen auf den individuellen Unterschieden bei der Beurteilung von Farbgleichheiten 'und Farbverschiedenheiten beruhen.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein colorimetrisches Gasdosimeter derart auszubilden, daß gleichzeitig die Empfindlichkeit und die Ablesungssicherheit erhöht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein colorimetrisches Gasdosimeter, welches gekennzeichnet ist durch ein an den Enden geschlossenes, durchsichtiges Rohr, dessen eines Ende geöffnet werden kann, und durch einen aus einem Substrat bestehenden Nachweisstreifen, der eine sich in Kontakt mit dem nachzuweisenden Gas verfärbende Reaktionssubstanz trägt, wobei der Streifen in Längsrichtung in dem Rohr angeordnet ist und ein Ende des Streifens von dem offenbaren Ende des Rohrs durch eine Diffusionsstrecke entfernt ist.

Wenn das Dosimeterrohr geöffnet wird und in die Atmosphäre gebracht wird, die das nachzuweisende Gas enthält, entwickelt sich längs des Streifens eine Farbänderung, die der.aufgenommenen Dosis des nachzuweisenden Gases entspricht. Die Diffusxonsstrecke kann ein offenes Stück des Rohres sein, aber vorzugsweise umfaßt sie eine poröse Diffusionsbarriere, beispielsweise einen Stopfen eines offenzelligen, synthetischen Harzes. Das Dosimeterrohr kann im Inneren eines größeren, unzerbrechlichen Schutzrohrs angeordnet sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die nachfolgende Beschreibung .einer bevorzugten Ausführungsform eines Dosimeters dient im Zusammenhang mit der Zeichnung, die ein erfindungsgemäßes Dosimeter in Längsschnitt zeigt, der näheren Erläuterung.

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Das Gasdosimeter umfaßt.einen Nachweisstreifen 2, der in Längsrichtung in einem durchsichtigen Rohr 4 angeordnet ist, welches an beiden Enden verschlossen ist. In der Nähe des einen Endes weist das Rohr eine Bruchlinie 6 auf. Ein kleiner Stopfen 8 eines offenzelligen Schaums oder eine andere poröse Sperre, beispielsweise ein Propfen aus Stoff oder Pasern oder eine poröse Membran, ist zwischen dem Ende des Streifens und der Bruchlinie angeordnet. Der Nachweisstreifen wird dadurch in seiner Lage gehalten, daß ein Ende um einenteilweise zusammengedrückten/ elastischen Propfen 10 herumgelegt ist.

Das Dosimeterrohr kann aus jedem transparenten Material bestehen, welches für das zu bestimmende Gas inert ist, besteht aber üblicherweise aus Glas. Das Glasrohr wird durch ein zweites, größeres durchsichtiges Rohr 14 aus unzerbrechlichem Kunststoff umgeben, an welchem mittels eines druckknopfartigen Stopfens 18 ein Clip 16 befestigt ist. Damit läßt sich das Dosimeter an einem Knopfloch oder an einem anderen Bekleidungsstück des Benutzers befestigen. Ein Stopfen 12 aus Gummi oder einem anderen elastischen Material weist eine axiale öffnung auf, in welche das Dosimeterrohr eingeschoben ist, so daß es vom Stopfen lösbar elastisch gehalten wird. Mit der Außenfläche liegt der Stopfen 12 lösbar an dem Schutzrohr 14 an, so daß man eine einfache, billige Dosimeter-Gesamtanordnung erhält.

Wenn das Dosimeter benutzt .wird, wird der Stopfen 12 zusammen mit dem Dosimeterrohr 4 aus dem Schutzrohr 14 herausgezogen, das Ende des Dosimeterrohrs 4 wird entlang der Bruchlinie 6 abgebrochen und der Stopfen 12 mit Dosimeterrohr 4 werden wieder in das Schutzrohr 14 eingesetzt. Dadurch wird der Nachweisstreifen über die Diffusionsstrecke der umgebenden

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Atmosphäre ausgesetzt, wobei sich längs des Streifens eine Verfärbung ausbildet. Die Länge der Verfärbung hängt von der· aufgenommen Dosis ab und ist ein Maß dafür. Die bei einer bestimmten Dosis auftretende Länge der Verfärbung kann dadurch eingestellt werden, daß man die Menge der Reaktionssubstanz auf dem Nachweisstreifen verändert, die Breite des Streifens., die Größe des Rohrs, den Abstand des Streifenendes vom offenen Ende des Rohrs sowie Art und Größe der Diffusionsstrecke. Um die Dosis über einen Zeitraum von 8 Stunden zu messen, werden üblicherweise Rohre mit einem Innendurchmesser zwischen 2 und 6 mm verwendet. Sobald die Überwachungsperiode vorbei ist, bei- . spielsweise nach einem Zeitablauf von 8 Stunden, wird das Dosimeterrohr herausgenommen und die Länge der Farbentwicklung wird gemessen. Zur Messung der Farbentwicklung kann in dem Schutzrohr eine gedruckte Skala vorgesehen werden.

Der Nachweisstreifen ist ein Substrat, welches die Reaktionssubstanz trägt, die ihre Farbe ändert, sobald sie mit dem zu bestimmenden Gas in Kontakt kommt. Vorzugsweise ist der Substrat Filterpapier, aber andere poröse Substrate können verwendet werden, beispielsweise Löschpapier, Filz, Stoffe oder Dochte. Es können auch nichtporöse Substrate verwendet werden, beispielsweise Glasstäbe oder Plastikstreifen. Die Reaktionssubstanz kann auf nur einem Teil des Substrates angeordnet sein, beispielsweise in einer schmalen, sich längsweise erstreckenden Linie der Reaktionssubstanz auf einem breiten Substrat.. Das Substrat wird so ausgewählt, . daß es gegenüber der Reaktionssubstanz und gegenüber dem nachzuweisenden Gas inert ist. Das Substrat wird gesättigt oder beschichtet mit einer Lösung der Reaktionssubstanz in

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Wasser, Alkohol oder einem anderen Lösungsmittel. Anschließend wird es getrocknet, so daß das poröse Substrat mit der Reaktionssubstanz imprägniert zurückbleibt, während ein nichtporöses Substrat mit der Reaktionssubstanz beschichtet ist. In einigen Fällen ist es wünschenswert, ein anfeuchtendes Imprägniermittel zuzusetzen, um die colorimetrische Reaktion zu beschleunigen. In diesen Fällen können Anfeuchtungsmittel geringer Flüchtigkeit, beispielsweise Glyzerin, in die Reaktionslösung eingebracht werden. In geeigneten Fällen kann eine besonders gleichmäßige Verteilung der Reaktionssubstanz dadurch erreicht werden, daß man die Reaktionssubstanz durch eine Reaktion von zwei oder mehr Lösungen in situ in einem porösen Substrat bildet.

Beispiel 1;

Ein Blatt Filterpapier (Whatman Nr. 1) ist mit einer dreiprozentigen Silbernitratlösung in entionisiertem Wasser gesättigt und über ein zweites Filterpapier gelegt, welches mit einer

' -]/2~prozentigen Natriumcyanidlösung in entionisiertem Wasser gesättigt ist. Die Natriumcyanidlösung diffundiert etwa fünf Minuten nach oben in das erste Blatt und reagiert mit dem Silbernitrat unter Ausbildung eines Silbercyanidniederschlages, der gleichmäßig das Filterpapier imprägniert. Das das .ausgefallene Silbercyanid enthaltende Blatt wird sorgfältig von dem anderen Filterpapier abgenommen, bei Raumtemperatur oder in einem Ofen bei einer Temperatur bis zu 90 /4°C getrocknet und dann in Streifen geschnitten.

Ein Streifen des weißen, imprägnierten Papiers mit einer Breite von 2,5 mm und einer Länge von 80 mm wurde in ein Dosimeterrohr entsprechend der Zeichnung eingelegt. Das

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Dosimeterrohr hatte ein Innendurchmesser von 5 mm, und das Ende des Nachweisstreifens war 10 mm von der Bruchlinie entfernt. Nach der Öffnung des Rohres und nach Kontakt mit einer Atmosphäre, die 10 ppm H„S enthielt, bildete sich eine braunschwarze Verfärbung der folgenden Länge:

Einwirkungszeit (Stunden)	Ver färbungs1änge (mm)
0,3	4.
1	13
2	18
4	24
8	30

Beispiel 2:

Filterpapier (Whatman Nr. 1) wurde mit einer Lösung von 1,5 g o-Tolidin in 10 ecm Aceton und .90 ecm Isopropanol gesättigt und an der Luft getrocknet. Man erhielt ein weißes Nachweispapier. Ein 2,5 mm breiter Streifen erzeugte in einem Dosimeterrohr mit 5 mm Innendurchmesser eine 25 mm lange graugrüne Verfärbung, wenn eine 5 ppm NO₂ enthaltende Atmosphäre acht Stunden einwirkte.

Beispiel 3:

Filterpapier (Whatman Nr. 1) wurde mit einer Lösung von 0,025 g Phenolsulfonephthalein-Natriumsalz und 0,1 g Natriumcarbonat in 75 ecm entionisiertem Wasser, 30 ecm Isopropanol· und 5 ecm Gl·yzerin gesättigt, dann luftgetrocknet. Man erhielt ein purpurrotes Nachweispapier. Ein 2,5 mm breiter

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Streifen entwickelte .in einem 5 mm Innendurchmesser aufweisenden Rohr eine 42 mm lange, blaßgelbliche Verfärbung, wenn acht Stunden lang eine 5 ppm SCL· enthaltende Atmosphäre einwirkte .

Beispiel 4:

Filterpapier (Whatman Nr. 1) wurde mit einer Lösung von 1 g Bromophenolblau in 50 ecm entionisiertem Wasser und 50 cem Isopropanol gesättigt und anschließend an der Luft getrocknet. Man erhielt ein orangenes Nachweispapier. Ein 2,5 mm breiter Streifen ergab in einem Nachweisrohr mit 5 mm Innendurchmesser eine 28 mm lange blaue Verfärbung, wenn eine Atmosphäre mit 25 ppm NH₃ acht Stunden lang einwirkte.

Beispiel 5:

Filterpapier (Whatman Nr. 31) wurde mit einer Lösung von 0,32 g Pb (C₂H₃O₂)₂ . 3H₂O in 90 ecm entionisiertem Wasser, 5 ecm Isopropanol und 5 ecm Glyzerin gesättigt und anschließend an der Luft getrocknet. Man erhielt ein weißes Nachweispapier. Ein 2,5 mm breiter Streifen zeigte in einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 5 mm eine 3 4 mm lange braunschwarze Verfärbung, wenn eine 10 ppm H„S enthaltende Atmosphäre acht Stunden lang einwirkte.

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Claims

Patentansprüche

.j Colorimetrisches Gasdosimeter, gekennzeichnet durch ein an den Enden geschlossenes, durchsichtiges Rohr (4), dessen eines Ende geöffnet werden kann, und durch einen aus einem Substrat bestehenden Nachweisstreifen' (2), der eine sich in Kontakt mit dem nachzuweisenden Gas verfärbende Reaktionssubstanz trägt, wobei der Streifen (2) in Längsrichtung in dem Rohr (4) angeordnet ist und ein Ende des Streifens von dem offenbaren Ende des Rohres durch eine Diffusionsstrecke entfernt ist.
2. Gasdosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat porös und mit der Reaktionssubstanz, imprägniert ist.
3. Gasdosimeter nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssubstanz eine anfeuchtende Substanz enthält.
4. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssubstanz zum Nachweis von Schwefelwasserstoff Silbercyanid ist.

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5. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssubstanz zum Nachweis von Stickstoffdioxid o-Tolidin ist.
6. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssubstanz zum Nachweis von Schwefelwasserstoff Bleiacetat ist.
7. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssubstanz zum Nachweis von Schwefeldioxid Phenolsulfonephthalein-Natriumsalz und Natriumkarbonat ist.
8. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssubstanz zum' Nachweis von Ammoniak Bromphenolblau ist.
9. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichent, daß der Innendurchmesser des Rohrs (2) zwischen 2 und 6 mm liegt.
10. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsstrecke einen Stopfen (8) aus offenzelligem Schaum umfaßt.
11. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Filterpapier besteht.

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12. Gasdosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Stopfen (12) mit einer axialen Öffnung an der dem offenbaren Ende des Rohres (2) gegenüberliegenden Seite lösbar an diesem anliegt und daß ein zweites transparentes Rohr (14), welches länger ist als das erste, an der Außenfläche des elastischen Stopfens (12) lösbar anliegt.