DE3314578A1

DE3314578A1 - Verfahren und detektor fuer die analyse von gasen und fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3314578A1
Application number: DE19833314578
Authority: DE
Inventors: Otto Dr. 8000 München Piringer; Egmont 8080 Fürstenfeldbruck Wolff
Original assignee: Fraunhofer Der Angewandten Forschung EV 8000 Muenchen Gesell zur Forderung; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Piringer Otto Dipl-Chem Dr 8000 Muenchen De
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1983-04-22
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE3314578C2

Description

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FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT
ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V.
Leonrodstraße 54

8000 MÜNCHEN 19 83/16299

Verfahren und Detektor für die Analyse von Gasen und Flüssiakeiten

Die elektrolytische Leitfähigkeit von Lösungen wird in der analytischen Chemie vielfach zu Konzentrationsmessungen angewendet. Besondere Bedeutung haben die auf diesem Prinzip beruhenden selektiven Detektoren in der Gaschromatographie erlangt. Die Komponenten der zu analysierenden Probe werden in ionenbildende Verbindungen, z. B. HCl, SO₂, CO₂/ NH₃ umgewandelt und anschließend von einem Trägergas dem Detektor zugeführt. Dieser besteht aus drei Hauptteilen, nämlich einem Phasenkontaktraum, einem Phasentrenner und einer Meßzelle.

Die bekannten Detektoren weisen den Nachteil auf, daß die Phasentrennung entweder schwierig zu beherrschen ist und sich dadurch nachteilig auf die Stabilität der Nullinie auswirkt oder die Anzeigegeschwindigkeit begrenzt. Beides ist letztlich nachteilig für die Genauigkeit der Analyse, besonders bei Verwendung der hochauflösenden Kapillarsäulen.

Diese Phasentrennung ist bisher unumgänglich notwendig gewesen, wie zahlreiche Lit. Stellen zeigen. Die

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DE-PS 28 51 761 ζ. B. beschreibt eine aufwendige Anordnung,um die Gasblasen von der eigentlichen Meßzelle abzuhalten. Umso überraschender war es, erkannt zu haben, daß dies gar nicht nötig ist. Man muß lediglich die Tatsache ausnützen, daß sich an einer Gefäßwand eine dünne Strömung ausbildet, in der keine die Messung störenden Gasblasen auftreten können. Durch geschickte Anordnung der Meßelektroden ist es daher möglich, die Ionenkonzentration ohne Störung zu messen.

Die Erfindung vermeidet die aufgezeigten Nachteile, weil sie die Phasentrennung überflüssig macht. Sie bezieht sich auf ein Verfahren und einen Detektor für die Gasanalyse, ζ. Β. durch Gaschromatographie, in welchem ein ionenbildende Substanzen enthaltendes Trägergas mit der Flüssigkeit, z. B. Wasser u.a., in einem mit je einem Zulauf für das Trägergas und die Flüssigkeit aufweisenden Kontaktrohr gemischt wird, um die zu bestimmenden Spezies in der Flüssigkeit zu lösen und die Konzentrationen der dabei gebildeten Ionen beim Durchströmen einer Meßzelle gemessen werden. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Detektor für die Analyse von Flüssigkeiten, z. B. durch Flüssigkeitschromatographie, in welchem eine ionenbildende Substanzen enthaltende mobile Phase mit einem Gas und gegebenenfalls einer zweiten Flüssigkeit in einem Kontaktrohr gemischt wird und die Konzentrationen der in der Flüssigkeit gebildeten Ionen beim Durchströmen einer Meßzelle gemessen werden. Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Detektor dieser Art zu beschreiben, der mittels eines einfachen konstruktiven Aufbaus ohne Phasentrennung die zu bestimmenden Spezies enthaltende Flüssigkeit zwischen den Elektroden

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der Meßzelle für konduktometrische oder amperiometrische Messungen strömen läßt.

Erfindungsgemäß ist der Detektor so ausgebildet, daß der Zulauf von Gas und Flüssigkeit zum Kontaktrohr eine Rückdiffusion der zu bestimmenden Spezies verhindert und die Flüssigkeit in Form eines Films an der Innenwand des Kontaktrohres zu der als Verlängerung des Kontaktrohres geformten Meßzelle strömt, wobei der elektrische Kontakt zwischen den an der Innenwand der Meßzelle angebrachten Elektroden über den Flüssigkeitsfilm stattfindet.

Erfindungsgegenstand ist somit ein Verfahren zum Bestimmen der Konzentration von Ionen in Flüssigkeiten, in denen gleichzeitig Gase anwesend sind, wobei der die zu bestimmenden Ionen enthaltende Gasstrom in einem Kontaktrohr mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht wird und die in der flüssigen Phase gebildeten Ionen beim Durchströmen einer Meßzelle gemessen werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Meßzelle (4) als Verlängerung des Kontaktrohres (1) anordnet und den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden (5) der in Form eines Films an der Innenwand der Meßzelle (4) strömenden Flüssigkeit mißt.

Erfindungsgegenstand ist auch ein Detektor für die Analyse von Gasen und Flüssigkeiten, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Meßzelle (4) ohne Abtrennung der Gasphase als Verlängerung des Kontaktrohres (1) angeordnet ist und der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden (5) über die an der Innenwand der Meß-

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zelle (4) in Form eines Films strömenden Flüssigkeit stattfindet.

Eine besonders bevorzugte Ausbildung des Detektors besteht darin, daß durch die an der Berührungsstelle des Gasstromes mit dem Flüssigkeitsstrom durch Verengung (2) des Innendurchmessers des GasZulaufs und der Verengung (3) des FlüssigkeitsZulaufs keine Rückdiffusion von Flüssigkeit in den Gaszulauf und keine Rückdiffusion von Gas in den Flüssigkeitszulauf möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfxndungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, in welchem ein Elektrolytleitfähigkeitsdetektor für die Gaschromatographie in einem schematischen Längsschnitt dargestellt ist.

Das Kontaktrohr (1) weist eine zu einer Düse verjüngten Eintrittsöffnung (2) für ein ionenbildende Substanzen enthaltendes Trägergas und eine durch die Eintrittsöffnung (2) verursachte Verengung (3) des Flüssig keitszulaufs auf. Im Kontaktrohr (1) kommt der zugeführte Gasstrom mit dem Flüssigkeitsstrom in Berührung. Bei den verwendeten Durchflußgeschwindigkeiten der beiden Phasen strömt Flüssigkeit in Form eines Films an der Innenwand des Kontaktrohres (1) entlang. Anschließend strömt das Gas-Flüssigkeit-Gemisch in die Meßzelle (4), die eine Verlängerung des Kontaktrohres (1) bildet und vier, parallel zur Rohrachse in die Innenwand der Meßzelle befestigte Drähte (5) enthält. Durch paarweise Kopplung der sich gegenüber liegenden Drähte (5) zu zwei Meßelektroden wird der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden über den an der Innenwand der Meßzelle strömenden Flüssigkeitsfilm herge-

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stellt, der die zu messenden Spezies in Form von Ionen gelöst enthält. Der auf diese Weise erreichte geringe Abstand zwischen den Elektroden an der Innenwand der Meßzelle und die unbehinderte Strömung der Gas-Flüssigkeit-Mischung erhöht die Empfindlichkeit und hält das Rauschen des Meßsignals gering. Der Werkstoff, die Abmessungen und die Strömungsverhältnisse für die beiden mobilen Phasen werden dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt. Eine praktische Ausführungsform des dargestellten Detektors kann beispielsweise aus Quarz für das Kontaktrohr (1) und Plexiglas für die Meßzelle (4) bestehen. Der Innendurchmesser der Eintrittsöffnung (2) für das Gas beträgt etwa 0,2 mm, der Innendurchmesser des 5 cm langen Kontaktrohres (1) und der Meßzelle (4) beträgt 1 mm, der Durchmesser der für die Elektroden verwendeten Plantindrähte (5) beträgt 0,5 mm. In einem Anwendungsbeispiel betrug der in das Kontaktrohr (1) eintretende Gasstrom 40 ml/min und der Wasserstrom 10 ml/min.

Das Hauptanwendungsgebiet der beschriebenen Erfindung liegt in der quantitativen Spurenanalyse durch die hochauflösende Kapillarchromatographie. Die Anorndung kann jedoch auch als Detektor für die Hochdruckflüssig keitschromatographie eingesetzt werden, wenn die aus der Trennsäule austretende und die zu bestimmenden Spezies enthaltende mobile Phase im Kontaktrohr (1) mit einem Reaktionsgas und gegebenenfalls einer Reaktionsflüssigkeit für die zu bestimmenden Substanzen gemischt wird. Das Reaktionsgas dient in diesem Falle auch als Trägergas, um die notwendige hohe Anzeigegeschwindigkeit und gute Durchmischung der Phasen zu gewährleisten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

M. / Verfahren für die Analyse von Gasen und Flüssigkeiten, in welchem ein die zu bestimmenden Spezies enthaltender Gasstrom mit einem Flüssig-' keitsstrom oder ein die zu bestimmenden Spezies enthaltender Flüssigkeitsstrom mit einem Gasstrom und gegebenenfalls einem zweiten Flüssigkeitsstrom in einem Kontaktrohr in Berührung kommen und die in der flüssigen -Phase gebildeten Ionen beim Durchströmen einer Meßzelle gemessen werden,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Meßzelle (4) als Verlängerung des Kontaktrohres (1) anordnet und den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden (5) der in Form eines Films an der Innenwand der Meßzelle (4) strömenden Flüssigkeit mißt.
2. Detektor für die Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (4) ohne Abtennung der Gasphase als Verlängerung des Kontaktrohres (1) angeordnet ist und der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden (5) über die an der Innenwand der Meßzelle (4) in Form eines Films strömenden Flüssigkeit stattfindet.

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3. Detektor nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drähte (5) oder dünne Metallbänder (5) an der Innenwand der Meßzelle (4) parallel zur Strömungsrichtung angebracht sind und durch entsprechende Kopplung zu einem Elektrodenpaar, der über den Flüssigkeitsfilm verlaufende Abstand zwischen den Elektroden zu einem Minimum wird.
4. Detektor nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß durch die an der Berührungsstelle des Gasstromes mit dem Flüssigkeitsstrom durch Verengung (2) des Innendurchmessers des Gaszulaufs und der Verengung (3) des FlüssigkeitsZulaufs keine Rückdiffusion von Flüssigkeit in den Gaszulauf und keine Rückdiffusion von Gas in den Flüssigkeitszulauf möglich ist.