DE3433732A1

DE3433732A1 - Gasdosimeter

Info

Publication number: DE3433732A1
Application number: DE19843433732
Authority: DE
Inventors: Paul Willis Mcconnaughey; Elmer Slaybaugh Pittsburgh Pa. McKee
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1983-09-16
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1985-04-11
Also published as: JPS6088355A; GB2146767B; US4478792A; GB8423467D0; GB2146767A

Description

HOEGER, STELLRECHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1

a - 123 Anm. : Mine Safety Appliances

11. September 1984 ?™^Ρ^^Πγ „ j. „' ,

^r 600 Penn Center Boulevard

Pittsburgh, Penn. 15235, USA

Beschreibung

Gasdosimeter

Die Erfindung betrifft ein Gasdosimeter zur kolorimetrischen Bestimmung von Gehalten an schädlichen Gasen in der Atmosphäre.

In kolorimetrischen Gasdosimetern wird ein zum Farbumschlag fähiges Reagenz, üblicherweise über einen Diffusionsweg um Fehler durch Konvektionsströme zu minimieren, der Umgebungsluft ausgesetzt, wobei das Ausmaß der Farbentwicklung ein Maß für die Beschickung mit dem detektierten Gas ist. Die Beschickung oder die Beladung ist das Integral über eine Zeitdauer des Produkts aus Konzentration und Zeit. Der "gewichtete 8-Stundenmittelwert" der Belastung mit toxischen Gasen, wie er durch OSHA als erlaubte Belastungsgrenze vorgeschrieben ist, ist die Beladung während einer 8-Stunden-Periode geteilt durch 8.

Der Typ von Dosimetern mit Farbvergleich exponiert üblicherweise eine gesamte Hauptoberfläche eines mit Reagenz imprägnierten Papiei

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oder eines ähnlichen Substrats der Atmosphäre. Dieses Aussetzen ruft ein Spektrum von Farbumschlägen oder Veränderungen in Abhängigkeit von der Beladung hervor.. Das beschickte Papier wird mit einem oder mehreren Farbstandards verglichen um die Beladung abzulesen. Die Methode des Farbvergleichs leidet unter Ungenauigkeiten, da große individuelle subjektive Unterschiede beim Vergleichen von Farben bestehen.

Ein kolorimetrisches Dosimeter vom Spurlängen-Typ weist ein längliches Bett mit der anzeigenden Chemikalie auf, wobei üblicherweise eine aktive Komponente auf einem inert'en körnigen Träger in einem Flasröhrchen angeordnet ist. Das zu detektierende Gas diffunidert von einem offenen Ende des Röhrchens hinein und durch das Bett; der Farbumschlag entwickelt sich längs des Betts, wobei die Spurlänge ein Maß für die Beladung ist. Solche Röhrchen werden häufig für die Messung von CO Belastungen benutzt. Allerdings sind für viele Gase und bei engen Belastungsgrenzen die herkömmlichen Spurlängen-Röhrchen für die Messung kleiner Dosen nicht empfindlich genug. Die Länge der Spur, die sich bei einer bestimmten Dosis entwickelt hat, ist proportional zur Menge der aktiven Komponente, wenn jedoch die Menge der aktiven Chemikalie verringert wird um die Empfindlichkeit zu erhöhen, wird die Intensität der entwickelten Farbe ebenfalls geringer, so daß es schwierig wird, die Farbspur zu sehen.

In der US-PS 4 348 358 ist ein Dosimeter vom Spurlängen-Typ mit verbesserter Empfindlichkeit offenbart, bei dem das Reagenz auf einem Streifen angebracht ist, der längs in

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einem transparenten Röhrchen angeordnet ist, das an einen Ende über einen Diffusionsweg zur Atmosphäre hin offen ist; die Beschickung wird über die Länge bestimmt, über die der Streifen seine Farbe geändert hat. Obwohl dieses Dosimeter empfindlicher ist als frühere Spurlängengeräte, ist eine noch größere Empfindlichkeit wünschenswert und auch für die praktische Bestimmung von Belastungen durch einige schädliche Gase nötig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kolorimetrisches Gasdosimeter zu schaffen, das eine vergrößerte Empfindlichkeit aufweist und leicht abzulesen ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Dosimeter zu schaffen, das auf momentane oder kurzzeitige Beschickung mit schädlichen Gasen reagiert.

Diese Aufgabe wird bei einem Gasdosimeter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es einen Stapel von übereinanderliegenden porösen Lagen in einem Gehäuse mit einer Seitenwandung, einem transparenten Boden und Teile umfaßt,die eine öffnung auf einer dem Boden gegenüberliegenden Seite begrenzen, daß jede der übereinanderliegenden Lagen eine größere Querschnittsfläche als die direkt darunterliegende Lage aufweist, wobei die größte Lage am weitesten von dem transparenten Boden entfernt ist und sich über die Querschnittsfläche der öffnung erstreckt, und daß jede der porösen Lagen, eventuell mit Ausnahme der am weitesten vom Boden entfernten, mit einem Reagenz imprägniert ist, das seine Farbe im Kontakt mit dem zu bestimmenden Gas ändert.

Vorteilhaft bestehen die Lagen aus Filterpapier.

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Zweckmäßigerweise sind die Lagen scheibenförmig. Vorteilhaft sind auch Lagen aus Kreissegmenten.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Gehäuse einen becherförmigen Körper mit Boden und Seitenwandung und die die Öffnung begrenzenden Teile umfassen eine an einer Außenfläche der Seitenwandung eng anliegende Abdeckung mit einem nach innen weisenden Flansch, der die Öffnung begrenzt und den Stapel erfaßt.

Das erfindungsgemäße Gasdosimeter umfaßt einen Stapel von porösen Lagen, die mit einem Reagenz imprägniert sind, das seine Farbe im Kontakt mit dem zu bestimmenden Gas ändert und die in einem Gehäuse untergebracht sind, das an einem Ende eine Öffnung aufweist, durch die der Stapel der zu prüfenden Atmospähre ausgesetzt wird. Das zu bestimmende Gas dringt durch Diffusion in die Schichten der porösen Lagen und bewirkt dabei eine Farbänderung der Lagen im Stapel nacheinander vom Ende des Stapels aus, das der Atmosphäre ausgesetzt ist. Die Gasdiffusion wird durch den Partialdruck des zu bestimmenden Gases in der Atmosphäre bewirkt, da der Partialdruck an der Grenze, an der die Reaktion mit dem Reagenz stattfindet, im wesentlich Null ist. Das Ausmaß der Durchdringung der Schichten der porösen Laqen ist deshalb eine Funktion der Gaskonzentration in der Atmosphäre während einer bestimmten Zeitdauer, z.B. der Beschickungszeit. Am Ende der Meßdauer können die Lagen entfernt und die Zahl der farblich veränderten Lagen gezählt werden. Die letzte Lage mit Farbumschlag wird den Farbumschlag möglicherweise nur auf einer Seite zeigen, falls

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das zu bestiitunende Gas nicht vollständig in diese Lage eingedrungen ist.

Das vorstehend Gesagte gilt auch für eine bevorzugte Ausführungsform, bei der ein transparenter Gehäuseboden, der so ausgebildet ist, daß er an den Stapel von porösen Lagen angepaßt ist und diesen aufnehmen kann, wobei jede der übereinanderliegenden Lagen im Stapel größer ist als die direkt darunterliegende Lage, die näher zum Boden angeordnet ist. Jede Lage ist durch den Boden sichtbar, so daß die Beladung leicht bestimmt werden kann dadurch, daß man die Zahl der Lagen, die ihre Farbe geändert haben, beobachtet.

Diese und weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung und der Beispiele noch näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Dosimeter;

Figur 2 eine Draufsicht von unten auf ein Dosimeter mit einem transparenten Gehäuse;

Figur 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 von Figur 2 und

Figur 4 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Dosimeters mit transparentem Gehäuse.

Das in Figur 1 dargestellte Dosimeter umfaßt einen Stapel

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von porösen Lagen 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 in einem zylindrischen Gehäuse 18 mit einem Boden 20 und einer öffnung 22, die gegenüber dem Boden angeordnet ist. Die öffnung wird durch einen nach innen ragenden Flansch 24 begrenzt/, der die oberste Lage 16 des Stapels erfaßt.

Die porösen Lagen sind mit einem Reagenz imprägniert, das bei Kontakt mit dem zu bestimmenden Gas seine Farbe ändert, und wirken als Diffusions-Barrieren, durch die das Gas hindurchdiffundiert. Jedes poröse Lagenmaterial kann benutzt werden, das im wesentlichen gegenüber dem Reagenz und der zu prüfenden Atmosphäre inert ist, wie z.B. Tuch, Filz, Papier oder mikroporöse synthetische Polymermembranen. Filterpapier wird bevorzugt, da es leicht in einer gleichbleibenden Qualität und einer Vielzahl von Materialien erhältlich ist.

Die oberste Lage 16 kann unimprägniert sein und als Windschutz benutzt werden, so daß die imprägnierten Lagen nur auf durch Diffusion eingedrungenes Gas ansprechen.Falls die oberste Lage 16 mit Reagenz imprägniert ist, können Wind oder Luftströme die Geschwindigkeit der Farbänderung in der Lage 16 erhöhen; obwohl dies einige kleinere Ungenauigkeiten bei der Messung der Di-sierungsmenge hervorrufen kann, kann es wünschenwert sein, um eine rasche Anzeige der Belastung zu liefern.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 2 und 3 ist der Dosimeterkörper 26 aus einem transparenten Material geformt, zweckmäßigerweise aus Kunststoff oder Glas, und besitzt eine gestufte Vertiefung 28, die an den Stapel aus porösen Scheiben 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 und 36 angepaßt ist

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und diesen aufnimmt. Jede der übereinanderliegenden Scheiben ist im Durchmesser größer als die direkt darunterliegende Scheibe, wobei die größte Scheibe 36 am weitesten von einem Boden 38 entfernt ist, so daß jede Scheibe durch den transparenten Boden hindurch sichtbar ist. Die Scheiben sind mit einem kolorimetrischen Reagenz imprägniert, eventuell mit Ausnahme der Scheibe 36, die nicht imprägniert sein kann, falls sie als Windschutz benutzt werden soll. Die Abdeckung 40 liegt eng an der Außenfläche der Seitenwandung des Körpers an und besitzt einen nach innen abstehenden Flansch 42, der die öffnung 44 begrenzt und die Scheibe 36 erfaßt. Dieses Dosimeter arbeitet in der gleichen Weise wie das Dosimeter von Figur 1 (siehe dessen Funktionsbeschreibung) und hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Zahl der Scheiben, deren Farbe gewechselt hat, direkt beobachtet werden kann, ohne sie aus dem Gehäuse zu entnehmen .

Figur 4 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Dosimeters mit transparentem Körper. Der Stapel aus den mit Reagenz imprägnierten porösen Lagen wird von aufeinanderfolgenden, größer werdenden Kreissegmenten gebildet. Die Lage 46, die am weitesten von der Dosimeteröffnung entfernt ist, stellt 1/8 eines Kreises dar, die nächstbenachbarte Lage 48 ist 1/4 eines Kreises, wobei eine Kante so mit einer Kante der Lage 46 ausgerichtet ist, daß 1/8-Kreissegment der Lage 48 durch den Dosimeterboden hindurch sichtbar ist; die nächste Lage 50 ist ein 3/8-Kreissegment und ist in gleicher Weise ausgerichtet, so daß 1/8-Kreissegment sichtbar ist; die Lage 52 ist 1/2-? die Lage 54 ein 5/8-, die Lage 56 ein

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3/4-und die Lage 58 ein 7/8-Kreissegment; sie sind in gleicher Weise ausgerichtet und teilweise sichtbar; die Lage 60 als volle Scheibe komplettiert den Stapel und ist der zu prüfenden Atmosphäre ausgesetzt. Der Grad der Belastung oder Beladung ist leicht ablesbar durch die Beobachtung des Kreisausschnitts mit geänderter Farbe, der durch den Gehäusekörper sichtbar ist.

Es wird hier deutlich, daß das erfindungsgemäße Dosimeter allgemein mit jedem kolorimetrischen Reagenz für die Bestimmung von Gasen einsetzbar ist. Die Empfindlichkeit und der Bereich der meßbaren Beladung kann durch eine Anpassung des porösen Lagenmaterials, seiner Dicke oder der Menge oder der Zusammensetzung des zur Imprägnierung verwendeten Reagenz verändert werden. Dies wird im folgenden anhand von drei Beispielen gezeigt werden.

Beispiel 1:

Ein Filterpapier Whatman No. 1 wurde mit einer Lösung von 0,02 0 g von Bromphenolblau (Natriumsalz) in 180 ml Wasser und 2 0 ml Glyzerin imprägniert und an der Luft getrocknet. Acht Lagen des so hergestellten Indikatorpapiers mit einem Durchmesser von 37 mm wurden in einem Gehäuse mit einer Öffnung von 33 mm Durchmesser gestapelt, wobei ein Ende des Stapels einer 10 ppm Chlor in Luft enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt würde. Die Zahl der Papierlagen, deren Farbe (von blau nach weiß) umgeschlagen hatte, war:

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Lagen von Papier	0	1/2*	Beschickung	χ Std)
mit umgeschlagener	2	1/2*
Farbe	3		(ppm	1/2
4	0	5/6
6	2
7	5	5/6
	10
	15
	20

Dauer der Beschickung (Minuten)

15 35 60 95 120

* 1/2 bedeutet, daß der Farbumschlag nur auf einer Seite erfolgt ist.'

Beispiel 2:

Acht Schichten eines Bleiacetat-Papiers aus Scheiben mit 37 mm Durchmesser (Whatman No. 1 Papier wurde mit einer Lösung von 0,32 Gew.% Bleiacetat in einem Gemisch aus 95 % Wasser und 5 % Glyzerin befeuchtet und luftgetrocknet) wurden in einem Dosimetergehäuse gestapelt, das eine im Durchmesser ein Inch große öffnung aufwies und einer Luft mit 10 ppm Schwefelwasserstoffgehalt ausgesetzt, wobei folgende Ergebnisse erhalten wurden:

Dauer der Beschickung (Minuten)

15

32

60

90

120

180

Lagen von Papier	0	1/2*	Beschickung	χ Std)
mit umgeschlagener	1		(ppm
Farbe	2	1/2*
3		0	1/2
4		2	1/3
5	5
7	10
	15
	20
	30

* 1/2 bedeutet, daß der Farbumschlag nur auf einer Seite erfolgt ist.

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Beispiel 3:

Mit einem Dosimeter wie in Beispiel 2, außer daß eine nicht imprägnierte Scheibe von Whatman No. 1 Papier als Windschutz benutzt wurde, wurde einer Luft mit einem 20 ppm-Gehalt an Schwefelwasserstoff mit den folgenden Ergebnissen ausgesetzt:

Dauer der Beschickung Lagen von Papier Beschickung (Minuten) mit umgeschlage- (ppm χ Std)

ner Farbe

0 0 0

15 1 5

45 2 1/2* 15

105 5 35

165 8 55

* 1/2 bedeutet, daß der Farbumschlag nur auf einer Seite erfolgt ist.

Claims

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^ Pittsburgh, Penn. 15234, USA

Patentansprüche

Gasdosimeter, insbesondere zur selektiven Bestimmung von Gasmengen oder Gaskonzentrationen mittels Farbreaktionen, .

dadurch gekennzeichnet, daß es einen Stapel von übereinanderliegenden porösen Lagen ( 29,30,31,32,33,34,35,36; 46, 48,50, 52,54,56,58,60) in einem Gehäuse mit einer Seitenwandung, einem transparenten Boden (38) und Teilen (40, 42) umfaßt, die eine öffnung (44) auf einer dem Boden (38( gegenüberliegenden Seite begrenzen, daß jede der übereinanderliegenden Lagen (29, 30,31, 32,33,34,35,36; 46,48,50,52,54,56,58,60) eine größere Querschnittsfläche als die direkt darunterliegende Lage aufweist, wobei die größte Lage (36; 60) am weitesten von dem transparenten Boden (38) entfernt ist und sich über die Querschnittsfläche der öffnung (44) erstreckt, und daß jede der porösen Lagen (29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36; 46, 48, 50, 52, 54, 56,58,60), eventuell mit Ausnahme der am weitesten am Boden (38) entfernten Lage (36; 60), mit einem Reagenz imprägniert ist, das seine Farbe in Kontakt mit dem zu bestimmenden Gas ändert.

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2. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus Filterpapier bestehen.
3. Dosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen Scheiben (29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 36) sind.
4. Dosimeter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen Kreissegmente (46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60) sind.
5. Dosimeter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen becherförmigen Körper (26) mit Boden (38) und Seitenwandung umfaßt, und daß die die Öffnung (44) begrenzenden Teile (40, 42) eine an einer Außenfläche der Seitenwandung eng anliegende Abdeckung (40) mit einem nach innen weisenden Flansch (42) umfassen, der die öffnung (44) begrenzt und den Stapel erfaßt.