DE3735307A1 - Diffusionssammler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Diffusionssammler, bei dem die nachzuweisenden Stoffe in einer in einem wenigstens einseitig offenen Gehäuse an­ geordneten Sorptionsschicht gesammelt werden, wel­ cher eine Beruhigungsstrecke vorgeschaltet ist, deren Höhe im Verhältnis zu ihrer Breite mindestens dem Zahlenwert 3 entspricht.

Zur Überwachung von Schadstoffkonzentrationen am Arbeitsplatz und dergleichen sind Diffusionssammler bekannt, bei denen am Ende einer Meßphase entweder eine Massenauswertung der nachzuweisenden Stoffe oder eine kolorimetrische Auswertung erfolgt. Die nach­ zuweisenden Stoffe diffundieren dabei aus ruhender oder bewegter Umgebungsatmosphäre über eine Beruhigungsstrecke, welche eine direkte Einwirkung der Luftströmung auf die Oberfläche der Schicht ausschließen soll, in die Sorpti­ onsschicht. Dies führt zu einer Stoffanlagerung bzw. Stoffumsetzung, welche die Grundlage für nachfolgende chemisch analytische oder optische Stoffbestimmungen z.B. nach dem Verfärbungsgrad, bildet.

Bei plakettenförmigen Diffusionssammlern tritt während der Sammelphase aus ruhender Umgebungsatmosphäre eine Verarmung der Verfärbung in der Plakettenmitte auf, weil die Sorptionsschicht die nachzuweisenden Stoffe so schnell aus der Beruhigungsstrecke entfernt, daß die seitlich über den Rand der Gehäuseöffnung nachdiffun­ dierenden Nachweisstoffe bevorzugt im Randbereich zur Nachweisschicht befördert werden. Der verarmte Mitten­ bereich dagegen wird nur unzureichend nachgefüllt.

Bekannte Diffusionssammler sind beispielsweise in der DE-OS 34 45 638, in der DE-PS 30 12 380 sowie in der DE-GbmS 85 10 497 beschrieben.

Ein Diffusionssammler mit ringförmig ausgebildeter Diffusionsschicht ist in der CA-PS 11 57 355 in Fig. 3 dargestellt. Dort erfolgt die Strömung der nachzuwei­ senden Stoffe aus dem durch eine Membran abgedeckten freien Mittelraum radial nach außen, so daß eine sich vergrößernde ringförmige Verfärbungszone entsteht, wo­ bei der Durchmesser der Verfärbungsgrenze mit der Ein­ wirkungszeit zunimmt.

Bei allen derartigen Diffusionssammlern muß ein be­ stimmtes Verhältnis von Höhe zur Breite der Beruhigungs­ strecke eingehalten werden, wenn eine unerwünschte Di­ rekteinwirkung der Strömung auf die Oberfläche der Sorp­ tionsschicht vermieden werden soll. Hierfür ist von mehreren Autoren (vgl. beispielsweise Sheldon R. Coleman Am. Ind. Hyg. Assoc. I. 44 (9) S 632) ein Zahlenwert des Verhältnisses von Höhe zu Breite der Beruhigungs­ strecke größer 3 vorgeschlagen worden. Wird ein solches Zahlenverhältnis eingehalten, so ergeben sich bei den bekannten unabgedeckten Zylinderausbildungen von Diffu­ sionssammlern unerwünscht große Bauhöhen. Bei einer gebräuchlichen Plakettenausbildung mit etwa 4 cm Durch­ messer müßte zur Einhaltung dieses Zahlenwertes im Ver­ hältnis von Höhe zur Breite eine Höhe des zylindrischen Teils von 12 cm gewählt werden. Derartige Diffusions­ sammler sind im praktischen Einsatz schlecht handhabbar.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen Diffusionssammler zu schaffen, bei dem eine günstige Dimensionierung der Beruhigungsstrecke bei gleichzeitig geringer Bauhöhe und damit eine Ausbildung in der prak­ tischen Plakettenform möglich ist. Außerdem sollen ein einfacher kompakter Gesamtaufbau sowie eine kurze An­ sprechzeit des Diffusionssammlers erreicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen, daß das Gehäuse und die Beruhigungsstrecke kanalförmig mit wenigstens in einer Richtung gekrümmter bzw. abge­ knickter Mittellinie ausgebildet sind. Eine solche Kanal­ ausbildung ermöglicht die Einhaltung eines günstigen Zahlenwertes für das Verhältnis von Höhe und Breite der Beruhigungsstrecke, ohne daß damit eine ungünstige Bau­ höhe hingenommen werden müßte.

Außerdem ist die Flächenausdehnung der Sorptionsschicht so verteilt angeordnet, daß entlang des Randbereiches stets so viel an Sorptionsschicht zur Verfügung steht, wie durch den nachdiffundierenden Nachweisstoff belegt werden kann. Eine Verarmungszone im Mittenbereich der Sorptionsschicht tritt nicht auf.

Die Ausbildung und geometrische Anordnung der Beruhi­ gungsstrecke und des Gehäuses kann in verschiedener Weise vorgenommen werden. Zweckmäßig erscheint es, das kanal­ förmige Gehäuse und die Beruhigungsstrecke in einer ge­ schlossenen Kontur, beispielsweise als Kreisring oder als elliptischer Ring auszubilden. Dabei können gege­ benenfalls vorteilhaft mehrere kanalförmige Gehäuseteile mit geschlossener Kontur konzentrisch angeordnet sein.

Das kanalförmige Gehäuse läßt sich ferner zweckmäßig aus linearen Streckenabschnitten zusammensetzen, wobei die Mittellinie jeweils zick-zackförmig verläuft. Eine andere gegebenenfalls vorteilhafte Ausführungsform des kanalförmigen Gehäuses zeigt einen spiralförmigen Verlauf der Mittellinie.

Bei beiden Ausführungsformen ist es günstig, zwischen den kanalförmigen Verlaufsstrecken einen genügenden Ab­ stand längs der sich gegenüberliegenden Wandteile zu las­ sen.

In besonders vorteilhafter Weise läßt sich dabei eine unabgedeckte Sorptionsschicht verwenden. Unter Sorpti­ onsschicht sollen die verschiedensten bekannten Aufnah­ meschichten, wie beispielsweise Aktivkohle, verstanden werden, welche eine Anlagerung der nachzuweisenden Stoffe durch Adsorption oder Absorption unter Ausnutzung von Diffusions- und Adhäsionswirkungen ermöglichen. Be­ vorzugt erscheint die Anwendung von Aktivkohle und ähn­ lichen oberflächenaktiven Stoffen, welche hinsichtlich der nachzuweisenden Schadstoffe eine pumpenartige Ansaugwirkung aufweisen.

Eine zweckmäßige Dimensionierung kann vorsehen, daß bei einer kreisringförmigen Ausbildung des kanalförmigen Gehäuses mit einem Außendurchmesser unterhalb von 100 mm die Differenz zwischen diesem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des kanalförmigen Gehäuses zwischen 5 mm und 40 mm liegt.

Wird beispielsweise für den Nachweis von geringen Mengen Benzol eine Sammelrate von 33 µg/(ppm · h) benötigt, so ist bei einem Diffusionssammler ein Querschnitt von 12,8 cm Oberfläche der Sorptionsschicht erforderlich. Legt man den Außendurchmesser des in Plakettenform auszu­ bildenden Diffusionssammlers mit 51 mm und den Innen­ durchmesser mit 31 mm fest, so ergibt sich ein Abstand zwischen den Kammerwänden des kanalförmigen Gehäuses von 10 mm. Dieser Abstand bestimmt die Höhe des Diffu­ sionssammlers. Gefordert wird, wie vorher bereits erwähnt, ein Zahlenwert von Höhe zur Breite der Beruhigungsstrec­ ke von 3 : 1. Damit ergibt sich eine Höhe von 30 mm und insgesamt eine plakettenförmige Anordnung mit günstigen Gebrauchseigenschaften.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 einen Durchmesserschnitt durch einen Diffusionssammler mit ringförmigem Gehäuse,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 darge­ stellten Diffusionssammler,

Fig. 3 eine alternative Ausbildung mit eckigem Gehäuse,

Fig. 4 eine zick-zackförmige Gehäuseausführung,

Fig. 5 eine spiralförmige Gehäuseausführung.

In der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ist ein Dif­ fusionssammler mit einem Kunststoffgehäuse 1 dargestellt, dessen kanalförmige Ausbildung durch einen zylinderför­ migen Außenwandteil 2 und einen gleichfalls zylinder­ förmigen Innenwandteil 3 bestimmt wird. Einstückig mit diesen Wandteilen 2, 3 ist ein Bodenteil 4 angeformt, welcher gegebenenfalls an sich bekannte Befestigungs­ mittel, wie Klammern und dergleichen, zum Tragen des Diffusionssammlers an der Kleidung aufweist. In dem zwischen dem Außenwandteil 2 und dem Innenwandteil 3 gebildeten kanalförmigen Gehäuse ist als Bodenschicht eine unabgedeckte Sorptionsschicht 5 aus Aktivkohle angebracht, die anschließend nach einem Laborverfahren analysiert wird. Die gleichmäßig gekrümmte Mittellinie ist mit M bezeichnet.

In dem kanalförmigen Gehäuse ist oberhalb der Sorptions­ schicht 5 eine Beruhigungsstrecke S ausgebildet, wobei der Zahlenwert von Höhe H zu Breite B dem bereits er­ läuterten günstigen Verhältniswert von 3 entspricht.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die entsprechend Fig. 1 und 2 aufgebaut ist, bei der jedoch ein Diffu­ sionssammler mit eckiger Gestaltung des kanalförmigen Gehäuses 1 ausgebildet ist. Die Mittellinie M ₁ verläuft dabei in Viereckform.

In Fig. 4 wird eine zick-zackförmige Ausbildung des kanalförmigen Gehäuses 1 erläutert, wobei die Mittel­ linie M ₂ ebenfalls zick-zackförmig verläuft.

Fig. 5 beschreibt eine spiralförmige Ausbildung des kanalförmigen Gehäuses 1 mit einer gleichfalls spiral­ förmigen Mittellinie M ₃.

Derartige Diffusionssammler können mit Aktivkohlefüllung, beispielsweise für die Bestimmung von Aceton, Benzol, Xylol (ortho)-Bestandteilen der Luft benutzt werden.

Gegebenenfalls zweckmäßig ist die Bodenfläche des Boden­ teils 4 im kanalförmigen Gehäuse 1 perforiert, so daß vor der nachfolgenden chemischen Analyse der Sorptions­ schicht Wasserdampf zum Austreiben der adhäsiv angela­ gerten Bestandteile zugeführt werden kann.

Obwohl die Ausführungsform mit an der Oberfläche frei­ liegender Sorptionsschicht die bevorzugte Ausbildung darstellt, kann es für bestimmte Anwendungszwecke vor­ teilhaft sein, die Oberfläche mit einer Membran oder einem sonstigen für den nachzuweisenden Stoff durch­ lässigen Schutzfilm abzudecken. Die Anwendung der offe­ nen Sorptionsschicht hat den Vorteil, daß die durch die Membran bedingten Nachteile hinsichtlich Tempera­ turabhängigkeit, längerer Ansprechzeit und dergleichen vermieden werden.

Claims (8)

1. Diffusionssammler, bei dem die nachzuweisenden Stoffe in einer in einem wenigstens einseitig offenen Gehäu­ se angeordneten Sorptionsschicht gesammelt werden, welcher eine Beruhigungsstrecke vorgeschaltet ist, deren Höhe im Verhältnis zur Breite mindestens dem Zahlenwert 3 entspricht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) und die Beruhigungsstrecke (S) kanalförmig mit wenigstens in einer Richtung gekrümmter bzw. abgeknickter Mittellinie (M, M ₁, M ₂, M ₃) ausgebildet sind.

2. Diffusionssammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kanalförmige Ge­ häuse (1) und die Beruhigungsstrecke (S) eine geschlos­ sene Kontur bilden.

3. Diffusionssammler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kanalförmige Gehäuse (1) und die Beruhigungsstrecke (S) ringförmig gestaltet sind.

4. Diffusionssammler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kanalförmige Gehäuseteile (1) mit geschlossener Kontur konzentrisch angeordnet sind.

5. Diffusionssammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kanalförmige Gehäuse aus linearen Streckenabschnitten zusammen­ gesetzt ist.

6. Diffusionssammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kanalförmige Gehäuse Streckenabschnitte mit wechselnder Krümmung der Mittellinie aufweist.

7. Diffusionssammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem kanalförmi­ gen Gehäuse eine unabgedeckte Sorptionsschicht an­ geordnet ist.

8. Diffusionssammler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Außen­ durchmesser unterhalb von 100 mm die Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurch­ messer des kanalförmigen Gehäuses (1) zwischen 5 mm und 40 mm liegt.