-
Verweis auf verwandte Anmeldung
-
Diese
Anmeldung beansprucht die Nutzung der Provisional
U.S. Pat. App. Ser. No. 60/243 599 ,
eingereicht am 26. Oktober 2000.
-
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Ermittlung
des oxidierbaren Kohlenstoffs einer Flüssigkeit und insbesondere eine
Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts einer Flüssigkeit an oxidierbarem Kohlenstoff
durch Durchführen
einer genauen, thermisch korrigierten Leitfähigkeitsmessung einer photooxidierten
Probe der Flüssigkeit.
-
Hintergrund
-
Instrumente
(und Verfahren) zur Photooxidation von Wasser und Ermittlung des
Gehalts desselben an dem gesamten oxidierbaren Kohlenstoff (TOC)
sind allgemein bekannt. Derartige Vorrichtungen arbeiten primär durch
Einwirken von Ultraviolettstrahlung ("UV")
auf eine Wasserprobe, die vorzugsweise gelöste organische Bestandteile
enthält,
während
gleichzeitig die Änderung
der elektrischen Leitfähigkeit
der Probe aufgrund der Bildung von Kohlendioxid durch Oxidation
der organischen Bestandteile ermittelt wird. Siehe beispielsweise
US-Patent 4 626 413 , erteilt
an F. K. Blades et al. am 2. Dezember 1996;
4 666 860 , erteilt an F. K. Blades et
al. am 19. Mai 1987, und
US-Patent
5 047 212 , erteilt an F. K. Blades et al. am 10. September
1991. Schaltungen, die in derartigen Instrumenten verwendet werden,
sind in
US-Patent 4 683 435 ,
erteilt an F. K. Blades am 28. Juli 1987;
US-Patent
5 334 940 , erteilt an F. K. Blades am 2. August 1994, und
US-Patent 5 260 663 , erteilt
an F. K. Blades am 9. November 1993, offenbart.
-
Wie
in den angeführten
Patenten typischerweise angegeben ist, umfassen die Instrumente
zur Ermittlung des Gehalts des Wassers an dem gesamten oxidierbaren
Kohlenstoff, die in den angeführten
Patenten offenbart sind, eine Probenzelle, in der eine statische
Wasserprobe zwischen einem Paar von Leitfähigkeitsmesselektroden gehalten
wird, während
die Probe und die Elektroden einer Strahlungsquelle ausgesetzt werden,
die UV-Licht mit den Wellenlängen
184 und 253 Nanometer emittiert. Die Elektroden sind typischerweise aus
festem Titan, das zur Bereitstellung einer TiO2-Oberfläche oxidiert
wurde, gebildet; dieses n-Halbleitermaterial katalysiert die Reaktion
organischer Kohlenstoffverbindungen in Wasser zu CO2 bei
Einwirken von UV kurzer Wellenlänge.
-
Der
Betrieb dieser Instrumente unterliegt einer gewissen Unsicherheit.
Die Leitfähigkeit – die Variable, auf
die derartige Instrumente am unmittelbarsten zielgerichtet sind – schwankt
als Funktion der Temperatur der Probe. Dies ist ein wichtiger Punkt.
Die Standardtemperatur, bei der Leitfähigkeitswerte typischerweise
angegeben werden, ist 25°C.
Jedoch beträgt
die Temperatur der Probenflüssigkeit
kaum jemals exakt 25°C
bei der Messung.
-
Um
diese Temperaturwirkung zu berücksichtigen,
ist an vielen Basisleitfähigkeitsmessinstrumenten ein
Wärmesensor
an Zellaußenwänden angebracht
oder in diese eingearbeitet. Ausgehend von dieser "extrazellulären" Position werden
Temperaturablesungen gemacht und es wird angenommen, dass sie die
Temperatur im Innenvolumen der Zelle und über diese darstellen. Die Abweichung
von 25°C
wird dann in die gemessene Leitfähigkeit
zur Korrektur einer Temperaturwirkung einge rechnet. Beispiele für derartige
Instrumente des Standes der Technik finden sich in der Patentliteratur.
-
Beispielsweise
offenbart das
US-Patent 5 047
212 , erteilt an F. K. Blades et al. am 10. September 1991,
ein scheibenförmiges
Leitfähigkeitsmessinstrument,
das eine kreisförmige
innere Elektrode und eine konzentrische äußere Elektrode umfasst. Die
kreisförmige
innere Elektrode bildet eine Seite des innen eingeschlossenen Volumens
des Instruments, wobei die konzentrische äußere Elektrode in dieser sitzt.
Eine ringförmige
Photooxidationsquelle ist nahe dem eingeschlossenen Innenvolumen
in das Instrument eingearbeitet. Ein Thermistor ist in die innere
Elektrode integriert und er wird zur Messung der Wassertemperatur
in der Zelle verwendet. In frühen
Derivaten dieser Technologie tendierten die inneren Elektroden dazu,
vergleichsweise voluminös
zu sein, und sie hatten entsprechend eine vergleichsweise hohe thermische
Masse. Spätere
Derivate – siehe
beispielsweise den Access 643 TOC Analyzer, erhältlich von Anatel Corporation
in Boulder, Colorado – boten
Zellen mit deutlich verringerter Masse (beispielsweise etwa 1,73
g) an.
-
Als
weiteres Beispiel offenbart das
US-Patent
5 677 190 , erteilt an P. C. Melanson et al. am 14. Oktober
1997, "eine verbesserte
Messzelle ... zur Messung der elektrischen Eigenschaften einer flüssigen Probe während Einwirken
von Strahlung".
Insbesondere bildet eine Glaszelle ein Hauptrohr, das sich allgemein
parallel zu einer länglichen
Lichtbestrahlungsquelle erstreckt. Ein Elektrodenpaar ist axial
innerhalb des Probenrohrs angeordnet. Daher offenbart es alle Merkmale
der Einleitung zu Anspruch 1. Einlass- und Auslassrohre und eine "Temperaturfühlervertiefung" sind mit dem Hauptrohr
verschmolzen.
-
Sowohl
die
EP-A-0 498 888 als
auch die
US-A-5 510
608 offenbaren den Einbau eines Thermistors in eine hohle
innere Elektrode von Leitfähigkeitszellen,
die in TOC-Analysatoren verwendet werden.
-
Obwohl
diese und andere Leitfähigkeitsmessinstrumente
des Standes der Technik weiterhin verwendbar sind, können im
Hinblick auf das Erhalten sehr feiner Leitfähigkeitsmessungen bestimmte
Beobachtungen im Hinblick auf deren Präzision bei der Messung der
Temperatur festgestellt werden.
-
Zunächst sind
bei vielen Instrumenten des Standes der Technik Temperaturfühler häufig am
Gehäuse der
Zelle, isoliert von der in der die Zelle eingebrachten Flüssigkeit
angebracht, was die thermische Genauigkeit verringert oder in anderer
Weise einschränkt.
-
Zweitens
ergibt die Durchführung
einer Photooxidation an einer Probenflüssigkeit mit der Zeit Wärmegradienten
innerhalb der Probe. Daher wird beispielsweise die Temperatur der
der Strahlungsquelle am nächsten
liegenden Probenflüssigkeit
höher als
die Temperatur der von der Quelle am weitesten entfernten Probenflüssigkeit.
Dies kann die Präzision
und/oder Genauigkeit von Instrumenten des Standes der Technik, bei
denen der Temperaturfühler
von den Elektroden entfernt ist, verringern. Derartige Fühler messen
die Temperatur nicht in dem Bereich, in dem die Leitfähigkeit
gemessen wird. Obwohl man die Äquilibrierung
der photooxidierten Probe abwarten kann, ist dies häufig inpraktikabel.
-
Drittens
erschwert in Vorrichtungen des Standes der Technik, in denen der
Thermofühler
in eine massige Elektrode eingebettet ist, die vergleichsweise hohe
thermische Masse einer derartigen Elektrode präzise und/oder genaue thermische
Ablesungen. In Abhängigkeit
von den für
eine derartige Elektrode verwendeten Materialien kann der Temperaturfühler im
Betrieb eher die Temperatur der Elektrode als die der Probenflüssigkeit
messen. Dieser Punkt wird kompliziert in Instrumenten, in denen
der Fühler
in dessen eigenem Gehäuse von
einer Vielzahl von Zellkomponenten umgeben lokalisiert ist, wobei
jede dieser Komponenten ihre eigene thermische Masse und thermische
Leitfähigkeit
in Bezug auf die Flüssigkeit
aufweist.
-
Viertens
kann in Instrumenten des Standes der Technik, in denen der Temperatursensor
angrenzend an die Außenwand
der Zelle lokalisiert ist, nicht-abgeschwächte Wärmeleitung durch Außenwände zu einer ungenauen
Temperaturmessung führen.
In Abhängigkeit
von den für
die Konstruktion der Zellwand eines Instruments verwendeten Materialien
kann diese die Temperatur der Außenumgebung zur Probenflüssigkeit
in der Nähe
der Zellwand führen.
-
Im
Lichte des Obigen besteht Bedarf an einer neuen Sonden- und Zellgestaltung
zur Verwendung in einer Leitfähigkeitsmessvorrichtung
auf Photooxidationsbasis, die Verbesserungen im Hinblick auf die
vorliegenden Sonden und Zellen, die derzeit darin verwendet werden,
im Hinblick auf die Bereitstellung präziserer Temperaturablesungen
ergibt.
-
Zusammenfassung
-
Unter
Berücksichtigung
des obigen Bedarfs stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zur verbesserten Bestimmung des Gehalts einer Flüssigkeit an oxidierbarem Kohlenstoff
durch Durchführen
einer genauen, thermisch korrigierten Leitfähigkeitsmessung einer photooxidierten
Probe der Flüssigkeit
bereit. Die Leitfähigkeitsmessung
ist – wie
im Falle einer anderen Vorrichtung des Standes der Technik – thermisch
korrigiert, jedoch insbesondere durch deren Genauigkeit im Hinblick
auf Wärmegradienten,
die häufig
während
einer Photooxidation hervorgerufen werden, gekennzeichnet. Diese
Präzision
wird teilweise durch das Einarbeiten von bestimmten Materialien
und Strukturen, die es ermöglichen, "intrazelluläre" thermische Messungen
(d. h. thermische Messungen tief im Innenvolumen der Vorrichtung)
ohne ungünsti gerweise
Beeinträchtigung
anderer wichtiger Zellfunktionen durchzuführen, erreicht.
-
In
einer Hauptausführungsform
umfasst die Vorrichtung eine Zelle, mindestens zwei längliche
Sonden und ein temperaturempfindliches Element (beispielsweise einen
Thermistor). Die Zelle umfasst eine starre lichtdurchlässige Außenwand,
die ein vorgegebenes Durchlaufinnenvolumen umschließt. Die
länglichen
Sonden – die
gemeinsam die Mittel zur Messung von Temperatur und Leitfähigkeit
bereitstellen – durchdringen
die starre Außenwand
und erstrecken sich im Wesentlichen in das Innenvolumen der Zelle.
Mindestens eine der länglichen
Sonden ist zumindest partiell längs
deren Länge
hohl, wobei das temperaturempfindliche Element gut in der erhaltenen
Seele positioniert ist.
-
Zwei
Hauptkonfigurationen werden betrachtet. In der ersten werden zwei
längliche
Sonden verwendet, wobei das Paar als Elektroden zur Messung der
Leitfähigkeit
fungiert, wobei eine für
die Platzierung des temperaturempfindlichen Elements hohl ist. In
der zweiten ist das temperaturempfindliche Element in einer hohlen länglichen
Sonde, die zwischen paarigen länglichen
Elektrodensonden positioniert ist, platziert.
-
Im
Lichte des Obigen ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung
die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung, die zur Photooxidation
einer Flüssigkeit
und zum Erhalten einer präzisen,
thermisch korrigierten Messung des Gehalts derselben an dem gesamten
oxidierbaren Kohlenstoff (TOC) verwendet werden kann.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Methodik zum Bestimmen des Gehalts einer Flüssigkeit
an dem gesamten oxidierbaren Kohlenstoff (TOC), wobei die Methodik
eine Kombination von sowohl Photooxidationsstufen als auch Stufen,
die zur Verringerung der dadurch induzierten Wirkungen von Wärmegradienten
gestaltet sind, umfasst.
-
Weitere
Aufgaben werden aus der im Folgenden angegebenen Beschreibung ersichtlich
und sie umfassen beispielsweise die Bereitstellung von:
einer
Leitfähigkeitssonde,
die ein verbessertes Temperaturablesungsvermögen und größere Empfindlichkeit in Bezug
auf Leitfähigkeitsablesungen,
insbesondere bei niedrigen Leitfähigkeitsgraden
aufweist;
einer Leitfähigkeitssonde,
die einen Thermofühler
mit einem Temperaturablesungsvermögen von ±1,0% im Vergleich zu der
Flüssigkeitstemperatur,
die durch einen Salzthermometertest ermittelt wurde, aufweist;
einer
Leitfähigkeitssonde,
die einen Thermofühler
mit einem Temperaturablesungsvermögen von ±0,75% im Vergleich zu der
Flüssigkeitstemperatur,
die durch einen Salzthermometertest ermittelt wurde, aufweist;
einer
Leitfähigkeitszelle
mit einer niedrigen Zellkonstante und einer Leitfähigkeitssonde
mit einem verbesserten Temperaturablesungsvermögen;
einer Leitfähigkeitszelle
mit einer Zellkonstante von weniger als etwa 1 cm–1;
einer
Leitfähigkeitszelle
mit einer Zellkonstante zwischen etwa 0,05 und etwa 1 cm–1;
und
einer Leitfähigkeitszelle
mit einer Zellkonstante zwischen etwa 0,1 und etwa 1 cm–1 und
der Fähigkeit,
präzise Temperaturmessungen
durchzuführen.
-
Zum
weiteren Verständnis
der Natur und Aufgaben der vorliegenden Erfindung sei auf die im
Folgenden angegebene Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen verwiesen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung 10 zur Ermittlung
des Gehalts einer photooxidierten Probenflüssigkeit an organischen Stoffen
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung 10 zur Ermittlung
des Gehalts einer photooxidierten Probenflüssigkeit an organischen Stoffen
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Sowohl 1 als
auch 2 sind schematische repräsentative Darstellungen. Die
relativen Positionen, Formen und Größen der Objekte wurden übertrieben,
um die Diskussion und Darstellung hierin zu erleichtern.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die bei der
Photooxidation einer Probenflüssigkeit
und bei der Ermittlung des Gehalts derselben an oxidiertem Kohlenstoff
verwendbar ist. Grundlegend umfasst die Vorrichtung eine Zelle,
mindestens zwei längliche
Sonden und ein temperaturempfindliches Element.
-
Die
Zelle – in
die die Probenflüssigkeit,
die einer Analyse des Gehalts an photooxidiertem Kohlenstoff zu
unterziehen ist, eingetragen wird – umfasst eine starre Außenwand,
die ein vorgegebenes Durchlaufinnenvolumen (d. h. das "intrazelluläre" Volumen der Zelle)
umschließt.
Um eine Photooxidation der eingetragenen Probenflüssigkeit
zu erlauben, muss die starre einschließende Wand lichtdurchlässig sein.
Insbesondere muss die starre Außenwand
derart ausreichend lichtdurchlässig
sein, um das Hindurchtreten einer Lichtstrahlung einer ausreichenden
Intensität,
um die Photooxidation der eingetragenen Probe zu bewirken, zu ermöglichen.
-
Die
länglichen
Sonden – die
zusammen die Fähigkeit
zur Messung von Temperatur und Leitfähigkeit bereitstellen – sind derart
strukturiert und in die Vorrichtung eingebaut, dass sie die starre
Außenwand
durchdringen und sich im Wesentlichen in das Innenvolumen der Zelle
erstrecken. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass mindestens eine der länglichen Sonden zumindest partiell
längs deren Länge, vorzugsweise
in einem Bereich, der im Wesentlichen tief im "intrazellulären" Volumen der Zelle ist und noch besser
im Zentrum derselben ist, hohl ist. Eine typische hohle Konfiguration
ist eine zentrale koaxiale Seele, die längs der Länge der länglichen Sonde läuft.
-
Das
temperaturempfindliche Element – das
das zum Messen der Temperatur verwendete temperaturabhängige elektrische
Signal liefert – ist
im Inneren der hohlen länglichen
Sonde, vorzugsweise in dem im Vorhergehenden genannten Bereich tief
im "intrazellulären" Volumen der Zelle
positioniert, um das Durchführen von
Temperaturablesungen in diesem Bereich zu ermöglichen.
-
Es
besteht keine spezielle Beschränkung
im Hinblick auf den genauen Ort des temperaturempfindlichen Elements
im intrazellulären
Volumen der Zelle, noch besteht eine spezielle Beschränkung in
Bezug auf die Zahl oder eine spezielle funktionale Zuordnung für jede der
länglichen
Sonden. Daher ist klar, dass die vorliegende Erfindung einer breiten
Variation zugänglich
ist. Ungeachtet dessen stechen zwei erläuternde Hauptausführungsformen
als zum Erreichen von bestimmten der im Vorhergehenden genannten
Aufgaben besonders geeignet hervor. Obwohl sie sich in anderer Hinsicht
unterscheiden, unterscheiden sich diese zwei Ausführungsformen – die schematisch
in 1 und 2 erläutert sind – zunächst und am meisten im Hinblick auf
die funktionale Konfiguration der hohen länglichen Sonde, in der das
temperaturempfindliche Element deponiert ist.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst eine Vorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Zelle 11, eine Mehrzahl
länglicher
Sonden 16 und 17 und ein temperaturempfindliches
Element (d. h. den Thermistor 19). Insbesondere wird die
Vorrichtung 10 aus einer Zelle 11 mit einer starren
lichtdurchlässigen
Wand 12, die ein vorgegebenes Durchlaufinnenvolumen 13 (d.
h. das "intrazelluläre" Volumen) umschließt, gebildet.
Ein Einlass 14 und ein Auslass 15 befindet sich
in der starren lichtdurchlässigen
Wand 12 der Zelle 11, wobei diese eine Leitung
zur Eintragung von Flüssigkeit
in das intrazelluläre
Volumen 13 und Austragung aus diesem bereitstellen. Wie
angegeben ist der Einlass 14 von dem Auslass 15 längs eines
Bereichs der Zelle 11 beabstandet, wobei er im Wesentlichen
orthogonal zu deren längeren
Achse angefügt
ist. Zwar ist eine im Wesentlichen orthogonale Anordnung im Hinblick
auf bestimmte Fluiddynamik- und Steuerparameter, die bei der Entwicklung
dieser Ausführungsform
angestrebt werden, bevorzugt, doch können andere Anordnungen – beispielsweise
ein "Durchlauf"-Flussdesign – verwendet
werden.
-
Wie
in 1 angegeben ist, erstrecken sich zwei längliche
Elektrodensonden 16 und 17 in das Innenvolumen 13 der
Zelle 11 und sie sind bei deren Eintritt in das Innenvolumen 13 an
der Zellwand 12 flüssigkeitsdicht
versiegelt. Die länglichen
Elektrodensonden 16 und 17 sind im Wesentlichen
parallel zueinander, voneinander beabstandet angeordnet. Vorzugsweise
sind sie mit einem relativ kleinen Abstand voneinander beabstandet.
Eine der länglichen
Elektrodensonden – in
diesem Fall die längliche
Elektrodensonde 16 – ist
hohl und enthält
in deren Seele 18 das temperaturempfindliche Element 19.
Das elektrische Potential wird den länglichen Elektrodensonden durch
die Leitungen 20 und 21 zugeführt. Das elektrische Potential
wird dem temperaturempfindlichen Element 19 – vorzugsweise
ausgehend von einer getrennten Energieversorgung – durch die
Leitung 22 zugeführt.
-
Vorzugsweise
beträgt
der Abstand zwischen den länglichen
Elektrodensonden 16 und 17 etwa 0,01 inch (0,0254
cm) bis etwa 0,1 inch (0,254 cm). Die Zelle 11 sollte eine
möglichst
niedrige, noch praktikable Zellkonstante aufweisen, wodurch die
Empfindlichkeit bei der Messung der Leitfähigkeit optimiert wird. Vorzugsweise
sollte die Zellkonstante zwischen etwa 0,05 cm–1 und
etwa 1 cm–1 betragen.
-
In
der zweiten Ausführungsform,
die in 2 angegeben ist, ist ein temperaturempfindliches
Element 30 (beispielsweise ein Thermistor) in einer getrennten,
allein stehenden hohlen länglichen
Sonde 31 statt in einer der zwei länglichen Elektrodensonden 32 und 33,
die zur Messung der Leitfähigkeit
der Probenflüssigkeit verwendet
werden, montiert. In der zweiten Ausführungsform ist die hohle längliche
Sonde 31 zwischen den zwei länglichen Elektrodensonden 32 und 33,
vorzugsweise in einer gegenüber
der durch die Elektrodensonden 32 und 33 festgelegten
Ebene abgesetzten Ebene positioniert, um nicht unmäßig deren
Fähigkeit,
eine genaue Messung der Leitfähigkeit
zu erhalten, zu stören.
In anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen kann die Sonde 31 "in line" und direkt zwischen
den zwei Elektrodensonden 32 und 33 positioniert
werden, wobei in diesem Fall keine Störung von deren Leitfähigkeitsmessungen
erfolgt.
-
Bei
Verwendung einer dritten zugeordneten Temperatursonde besteht keine
fundamentale entscheidende Beschränkung der Positionierung einer
derartigen Sonde in Bezug auf die gepaarten Elektrodensonden. Die
dritte Temperatursonde kann parallel oder orthogonal zu den Elektrodensonden
oder in anderen dazwischenliegenden Winkelanordnungen vorhanden
sein.
-
Vorzugsweise
besteht die hohle längliche
Sonde 31 der zweiten Ausführungsform aus einem wärmeleitenden
Material und sie weist eine niedrige thermische Masse auf (beispielsweise
eine thermische Masse, die geringer als die der länglichen Elektrodensonden 32 und 33 ist).
Die hohle längliche
Sonde 31 kann ferner aus elektrisch leitenden Materialien
bestehen, vorausgesetzt sie ist elektrisch isoliert oder von den
länglichen Elektrodensonden 32 und 33 isoliert.
Und im Hinblick darauf kann sie aus den gleichen Materialien wie
die Elektrodensonden 32 und 33 bestehen.
-
In
sowohl der ersten als auch der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die länglichen
Sonden (
16,
17,
30,
31 und
32)
vorzugsweise stabförmig
(d. h. lang, gerade und dünn),
obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können (beispielsweise lange,
planare Sonden). Ferner umfasst eine weitere Ausführungsform,
obwohl die Sonden in
1 und
2 derart
dargestellt sind, dass sie die Tiefen der Zelle
11 nur
partiell durchdringen, längliche
Sonden, die die Länge
der Zelle
11 über
deren intrazelluläres
Volumen
13 vollständig
durchqueren, beispielsweise gemäß der Offenbarung
in beispielsweise
US-Patent 5
677 190 , erteilt an P. C. Melanson et al. am 14. Oktober
1997.
-
Das
geschlossene Ende einer hohlen länglichen
Sonde kann während
der Bildung, beispielsweise durch Formen oder durch Ziehen des Materials,
aus dem es hergestellt wird, in dieser Form hergestellt werden. Alternativ
kann das Ende einfach umgenietet werden oder in anderer Weise versiegelt
werden, beispielsweise durch ein Harz (beispielsweise Epoxy), geschmolzenen
Kunststoff oder Metall, die dann zu einer festen Form, einer Kappe
oder einem Kompressionspassstück
so gekühlt
werden, dass eine flüssigkeitsdichte
Dichtung am Ende der hohlen länglichen
Sonde, die sich in die Flüssigkeit
erstreckt, gebildet wird. Dies ist natürlich unnötig, wenn die hohle längliche
Sonde die gesamte Länge
der Zelle 11 durchquert. Metall und andere Materialien, die
einen sehr geringen oder keinen Gehalt an extrahierbaren organischen
oder anorganischen Stoffen aufweisen, sind für die Ausführungsformen von 1 und 2 bevorzugt.
Zwar sind kreisförmige
Rohre im Hinblick auf deren einfache Herstellung bevorzugt, doch
können
andere Querschnittsformen, wie Quadrate, Rechtecke und ähnliche
Polygone, verwendet werden.
-
Die
länglichen
(hohlen oder sonstigen) Sonden bestehen vorzugsweise aus einem Material,
das sowohl elektrisch leitend als auch wärmeleitend ist. Materialien,
die beide Eigenschaften aufweisen, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein,
Verbundstoffe auf Kohlenstoff- oder Graphitbasis; wärmeleitende
Kunststoffe (beispielsweise die inhärent wärmeleitenden Polyanalinharze);
ein mit Metall, Kohlenstoff und/oder Graphit gefülltes thermoplastisches oder
Epoxymaterial; bestimmte Keramiken; und Metall. Metall und Keramiken
sind stark bevorzugt.
-
Bevorzugte
Metalle umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, nichtrostenden
Stahl, Kupfer, Aluminium, Nickel, Chrom, Wolfram, Titan, Palladium,
Silber, Gold und verschiedene Legierungen. Vorzugsweise sind die
gewählten
Metalle in der Flüssigkeit
inert, sie oxidieren nicht merklich und erreichen rasch eine Gleichgewichtstemperatur
in der Probenflüssigkeit.
Derartige Metalle umfassen nichtrostenden Stahl, Wolfram, Titan, Palladium,
Silber und Gold. Im Hinblick auf die Materialkosten sind nichtrostender
Stahl, Wolfram, Titan und Palladium bevorzugt.
-
Es
ist allgemein günstig,
wenn zumindest die hohle längliche
Sonde, die das temperaturempfindliche Element enthält – jedoch
vorzugsweise alle in der Vorrichtung verwendeten Elektroden – eine geringe
thermische Masse besitzen. Vorzugsweise sollte sie im Hinblick auf
deren Größe und – wenn sie
auch als Elektrode fungiert – deren
elektrisches Leitungsvermögen
eine möglichst
geringe thermische Masse aufweisen. Auf diese Weise misst das temperaturempfindliche
Element die tatsächliche
Temperatur der Probenflüssigkeit
genauer mit einer minimierten Wirkung der zur Bildung der hohlen
länglichen
Sonden verwendeten Materialien auf diese.
-
Das
Volumen der Zelle 11 wird durch die Länge und Form der länglichen
Sonden der Vorrichtung beeinflusst. Typischerweise weist die Zelle
der vorliegenden Erfindung ein Zellvolumen zwischen etwa 0,05 ml und
etwa 2,0 ml auf, wobei ein Volumen von etwa 0,6 bis 0,5 ml bevorzugt
ist.
-
Im
Hinblick auf die Konstruktion der Zelle 11 wird bei der
Hauptüberlegung
im Hinblick auf die Auswahl von Materialien und deren Zusammenbau
starkes Gewicht darauf gelegt, welche am effizientesten und zuverlässigsten
die Aufnahme eines vorgegebenen Volumens einer Probenflüssigkeit
in der Zelle 11 und die Photooxidation derselben bewirken.
Daher sind in Bezug auf die Konstruktion der Zellwand 12 Steifigkeit
(die zuverlässige
Aufnahme bewirkt) und Lichtdurchlässigkeit (die zuverlässige Photooxidation
bewirkt) ganz wichtig. Ein geringer Gehalt an extrahierbaren organischen
und anorganischen Stoffen ist ebenfalls ganz wichtig.
-
Gute
Steifigkeit und Lichtdurchlässigkeit
werden erhalten, wenn die Zellwand von im Wesentlichen röhrenförmiger Gestalt
ist, wobei sie mindestens ein Fenster aufweist, das aus einem festen
Material, das für die
interessierende Strahlung transparent ist, gebildet ist. Glas, Keramik,
Kunststoff oder Metall mit Glas und Kunststoff sind aufgrund von
ihrer geringen bis nicht vorhandenen elektrischen Leitfähigkeit,
ihrer relativ niedrigen thermischen Masse und des Wärmeverlusts
und deren inertem Verhalten gegenüber Flüssigkeiten, die am wahrscheinlichsten
getestet werden sollen, günstig.
Wenn die Vorrichtung zur Oxidation von organischen Stoffen in Wasser
zu Kohlendioxid verwendet werden soll, wird das Zell"rohr" aus einem synthetischen
Quarzgut- oder Quarzglasmaterial, das für Ultraviolettstrahlungswellenlängen von
185 und 254 nm durchlässig
ist, gebildet. In einer Konstruktion wird ein "Supracil"-Quarzglasrohr bereitgestellt, das einen
Innendurchmesser von 5,0 mm, einen Außendurchmesser von 7,0 mm und
eine Länge
von 0,75 inch (1,905 cm) aufweist.
-
Obwohl
die praktische Durchführung
der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Zellen "mit Fensterbildung" (d. h. eine Zelle,
die opak ist, doch zur Bereitstellung eines Licht zulassenden Fensters
in dieser) im Hinblick auf die Einfachheit der Herstellung beabsichtigt
und ermöglicht,
ist eine Zelle, die vollständig aus
einem durchgängigen
steifen lichtdurchlässigen
Material besteht, bevorzugt.
-
Um
die Photooxidation von organischen Stoffen in einer Probenflüssigkeit
durchzuführen,
wird eine (nicht gezeigte) Lichtbestrahlungsquelle verwendet. Wenn
die Vorrichtung zur Oxidation von organischen Stoffen in Wasser
zu Kohlendioxid verwendet werden soll, ist die Lichtbestrahlungsquelle
eine, die zur Emission von Strahlung der Ultraviolettstrahlungswellenlängen von
185 und 254 nm fähig
ist. Eine typische Ultraviolettstrahlung einer Niederdruckquecksilberdampflampe
im Wellenlängenbereich
von 184 und 254 nm ist bei der Zerstörung organischer Stoffe sehr
effizient (genauer gesagt bei der Emission wirksamer Strahlungsmengen von
184,9 nm und 253,6 nm). Die Intensität der Quelle variiert natürlich bei
verschiedenen Anwendungen. Es ist jedoch klar, dass kürzere Photoreaktionszeiten
mit intensiveren Strahlungsquellen erreicht werden können, obwohl
eine Abschirmung der stärker
UV-empfindlichen Zellkomponenten garantiert werden muss, wenn derartige
intensive Quellen verwendet werden sollen.
-
Die
Positionsbeziehung einer (nicht gezeigten) Lampe, die dem Innenvolumen 13 der
Zelle 11 Ultraviolettstrahlung liefert, unterliegt ebenfalls
einer Variation in Abhängigkeit
von speziellen Aufgaben, die den Umfang der vorliegenden Erfindung
nicht beschränken,
und diese sind dem Fachmann geläufig.
Ungeachtet dessen ist es günstig,
die Lampe von der Zelle um einen Abstand zu beabstanden, der etwa
gleich dem Durchmesser des eingeschlossenen Innenvolumens 13 der
Zelle 11 ist, so dass die Tendenz besteht, dass Strahlung der
Lam pe gleichförmiger über das
Innenvolumen konzentriert ist, wodurch das Problem von Wärmegradienten
verringert wird. Zusätzliche
Fokussierungsmittel können
ebenfalls bereitgestellt werden, können jedoch zu den Kosten der
Zelle beitragen. Wenn eine weitere Verbesserung der Reaktionszeit
gewünscht
wird, ist es klar, dass viele Reaktionen (die die Oxidation von
organischen Stoffen in Wasser umfassen) durch Anlegen von Gleichstrom
beschleunigt werden können.
Dies kann beispielsweise durch Fließen eines Gleichstroms von
einer Energiequelle zwischen den länglichen Elektrodensonden der
Vorrichtung durchgeführt
werden.
-
In
einer repräsentativen
Anordnung befindet sich die Ultraviolettlampe (beispielsweise die
UV-Lampe Modell 71-9025-01, erhältlich
von BHK Corporation, Pomona, Kalifornien) etwa 5 mm von der starren
lichtdurchlässigen
Wand 12 der Zelle 11 entfernt, wobei die Zelle 11 einen
Außendurchmesser
von 7 mm aufweist. Andere Strahlungsquellen können unterschiedliche Anordnungen
erfordern, um die effiziente und kontrollierbare Durchführung von
Photooxidationsreaktionen in dem Innenvolumen 13 sicherzustellen.
-
Das
für die
vorliegende Erfindung verwendete temperaturempfindliche Element
muss ein temperaturabhängiges
elektrisches Signal liefern können
und klein und kompakt genug sein, um es innerhalb der Seele einer
hohlen länglichen
Sonde zu platzieren, doch ist es in jeder anderen Hinsicht bezüglich der
Konstruktion sehr variabel. Zwar gibt es mehrere bekannte elektrische
Komponenten, die die obligatorischen Eigenschaften besitzen, doch
ist das bevorzugte temperaturempfindliche Element ein Thermistor,
beispielsweise der 30k-Thermistor
(US Sensor, Teilnummer PS303J2), erhältlich von US Sensor aus Orange,
Kalifornien.
-
Das
temperaturempfindliche Element kann in der hohlen länglichen
Sonde durch Verkleben mit beispielsweise einem wärmeleitenden Epoxymaterial
fixiert werden. Andere Klebstoffe und Eintopfzusammensetzungen können natürlich verwendet
werden. Mechanische Anker (beispielsweise Tabs, Einkerbungen, ineinander
greifende Kerben, Reibungsverbindungsstücke, Leisten und dergleichen),
die in dem temperaturempfindlichen Element und/oder der Innenwand
der Sonde ausgebildet sind, werden ebenfalls in Betracht gezogen.
-
Als
Alternative zur Verwendung eines Thermistors kann auch eine so genannte "Resistive Thermal
Device" (RTD) als
temperaturempfindliches Element verwendet werden. Wie Thermistoren
sind RTDs allgemein kleine elektrische Komponenten, die die Temperatur
auf der Basis von Veränderungen
von deren Widerstand als Reaktion hierauf messen. Thermoelemente – die eine
Kombination von nicht ähnlichen
Metallen unter Bereitstellung von elektrisch messbaren temperaturabhängigen Widerstandseigenschaften
verwenden – sind ebenfalls
verwendbar.
-
Es
ist günstig,
das temperaturempfindliche Element eng an den Innendurchmesser der
hohlen länglichen
Sonde anzupassen, wodurch dessen Genauigkeit der Messung der Temperatur
einer Probenflüssigkeit verbessert
wird. Im Hinblick darauf ermöglicht
die Fähigkeit
zur Verwendung und/oder Gestaltung von kompakten temperaturempfindlichen
Elementen – beispielsweise
temperaturempfindlichen Elementen des "Dünnschicht"-Typs – eine weitere
Verringerung des erforderlichen Durchmessers, der zur eng sitzenden
Aufnahme des temperaturempfindlichen Elements in der hohlen länglichen
Sonde nötig
ist. Dies kann ganz wichtig sein, wenn berücksichtigt wird, dass bei der
derzeit verfügbaren
Technologie die Herstellung eines dünnwandigen Rohrs mit einer
Wanddicke der Größenordnung
von etwa 0,002 inch (0,00508 cm) oder geringer schwierig ist, wodurch
der mögliche
Außendurchmesser
der hohlen länglichen
Sonde beschränkt
wird.
-
Zusätzlich zur
Verwendung eines temperaturempfindlichen Elements in der Seele einer
hohlen länglichen
Sonde ist eine weitere wichtige Überlegung
zur Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Erreichen
einer vergleichsweise niedrigen "Zellkonstante".
-
Die
oben angegebene "Zellkonstante" ist als der Wert
des Abstands zwischen den Elektroden (in cm), geteilt durch die
Elektrodenoberfläche
(in cm2), wobei ein Konstantenwert der Einheit
cm–1 erhalten
wird, definiert.
-
Ein
Verfahren der Näherung
der Zellkonstante (K) – d.
h. zur Gewinnung einer oberen Abschätzung hierfür – ist die Berechnung der effektiven
Elektrodenoberfläche.
Die "effektive" Fläche beträgt etwa
die Hälfte der
Gesamtoberfläche
der Elektrode, da nur eine Hälfte
der Elektrode der anderen Elektrode gegenüberliegt, und daher der Ausdruck
1/2 (πDL),
worin "D" und "L" der Durchmesser bzw. Länge der
Elektrode sind. Dieser Wert wird durch den Abstand zwischen den
Elektroden multipliziert und daher der Ausdruck K = d/(1/2(πDL)), worin "d" der Abstand zwischen den Elektroden
ist.
-
Die
Zellkonstante kann auch empirisch durch Ermittlung der Leitfähigkeit
einer Salzlösung
(beispielsweise NaCl oder KCl), die einen bekannten Leitfähigkeitswert
hat, (beispielsweise hat eine 1 mM Konzentration von KCl die Leitfähigkeit
147 Mikrosiemens/cm bei 25°C)
und Verwendung dieses Werts zur Berechnung der Zellkonstante aus
dem berichteten Mikrosiemenswert bestimmt werden.
-
Eine
kleine Zellkonstante ist besonders günstig, wenn die zu messende
Leitfähigkeit
sehr klein ist, beispielsweise in Wasser und wässrigen Lösungen hoher Reinheit. Im Hinblick
darauf ist klar, dass die Leitfähigkeit
durch Anlegen einer Spannung an Zellelektroden und Messen des erhaltenen
Stroms ermittelt wird. Wenn die Leitfähigkeit niedrig ist, ist der
Widerstand hoch und der Strom niedrig. Unter diesen Umständen ist
eine kleine Zellkonstante günstig,
da das Verhältnis
Oberfläche/Abstand
umso größer ist
und das Signal (gemesse ner Strom) der Zelle umso größer ist,
je kleiner die Zellkonstante ist. Dies führt zu einer genaueren Messung.
-
Man
kann schnell eine günstige
Balance zwischen thermischer Masse und Zellkonstante erhalten, indem
man den Abstand (d) zwischen den Sonden, die für die Messung der Leitfähigkeit
verantwortlich sind, auf den kleinsten Wert, der zur Verringerung
der Zellkonstante (K) auf deren niedrigsten möglichen Wert praktikabel ist,
einstellt.
-
Ein
weiterer Faktor bei der Bestimmung der Zellkonstante einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung
ist der Außendurchmesser
des temperaturempfindlichen Elements, der vorwegnehmend auch den minimalen
Innendurchmesser der hohlen länglichen
Sonde, die es aufnimmt, festlegt. In einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Innendurchmesser der hohlen länglichen Sonde, die das temperaturempfindliche Element
enthält,
etwa 0,008 inch bis etwa 0,090 inch (0,0203 cm bis etwa 0,203 cm)
und vorzugsweise etwa 0,012 inch bis etwa 0,02 inch (0,0254 cm bis
etwa 0,0508 cm). Der Außendurchmesser
(D) der Sonden sollte etwa 0,01 inch bis etwa 0,1 inch (0,0254 cm
bis etwa 0,254 cm) und vorzugsweise etwa 0,02 inch bis etwa 0,03 inch
(0,0508 cm bis etwa 0,0762 cm) betragen. Die effektive Länge (L)
der Sonden beträgt
typischerweise etwa 0,25 inch bis etwa 2,0 inch (0,635 cm bis etwa
5,08 cm), vorzugsweise etwa 0,5 inch bis etwa 1,0 inch (1,27 cm
bis etwa 2,54 cm). (Die effektive Länge ist ein Faktor in der Zellkonstante
und sie spiegelt die Länge
der Elektrode im Zellkörper
wieder. In der Praxis ist die tatsächliche Länge typischerweise länger als
die effektive Länge,
um die Sonde im Zellgehäuse
zu installieren und die elektrischen Verbindungen zu diesen, die
erforderlich sind, herzustellen). Unter Verwendung der Formel K
= d/(1/2(πDL))
weist eine Zelle, die innerhalb der Bereiche dieser Ausführungsform
konstruiert wurde, die zwei Elektroden eines Außendurchmessers von 0,025 inch
(0,0635 cm), eines Innendurchmessers von 0,017 inch (0,0432 cm),
die 0,0248 inch (0,063 cm) beabstandet sind, und eine effektive
Länge von
0,75 inch (1,905 cm) aufweist, eine günstige Zellkonstante von 0,33
cm–1 auf.
-
Da
das Innenvolumen der Zelle durch die physikalischen Abmessungen
von deren enthaltenen Elektrodensonden beeinflusst (d. h. verringert)
wird, ist klar, dass eine Beziehung zwischen der Zellkonstante und dem
Zellvolumen besteht. Dies sollte bei der Konstruktion von für die vorliegende
Erfindung verwendeten Zellen berücksichtigt
werden.
-
Zusätzlich zu
deren Produktausführungsformen
stellt die vorliegende Erfindung auch ein verwandtes Verfahren zur
Ermittlung des Gehalts einer Flüssigkeit
an dem gesamten oxidierbaren Kohlenstoff unter Verwendung von Varianten
der Ausführungsformen
bereit.
-
Im
Hinblick auf dessen Empfindlichkeit (d. h. innerhalb des ppb-Bereichs)
ist das Verfahren besonders geeignet zur Analyse von so genannten "ultrareinen" Flüssigkeiten
(beispielsweise analysenreinem Wasser). Die Durchführung des
Verfahrens an Flüssigkeiten
niedriger Reinheit kann weniger bedeutungsvolle Ergebnisse ergeben.
Bei der Durchführung
einer TOC-Analyse von Wasser unter Verwendung des Verfahrens ist
es äußerst günstig, wenn
das zu analysierende Wasser vorgefiltert, gereinigt und/oder in
anderer Weise vorbehandelt wird, um einen spezifischen Widerstand
von etwa größer als
1 Megaohm-cm und vorzugsweise größer als
10 Megaohm-cm zu erhalten.
-
Das
Verfahren beginnt mit der Bereitstellung einer Vorrichtung, die
eine Zelle, mindestens zwei längliche
Sonden und ein temperaturempfindliches Element umfasst. Die Vorrichtung
der Methodik zieht sich längs vieler ähnlicher
Linien wie die Produktausführungsformen.
Daher umfasst die Zelle Merkmale, die an die Produktausführungsformen
erinnern: d. h. eine starre lichtdurchlässige Außenwand, die ein vorgegebenes
Durchlaufinnenvolumen umschließt;
mindestens zwei längliche
Sonden dringen durch die starre Außenwand und erstrecken sich
im Wesentlichen in das Innenvolumen; die Sonden sind zusammen zur
Messung der Temperatur und der Leitfähigkeit der Probenflüssigkeit
fähig;
mindestens eine der länglichen
Sonden ist zumindest partiell längs
deren Länge
hohl; und das temperaturempfindliche Element kann ein temperaturabhängiges elektrisches
Signal liefern und es ist im Inneren von einer der hohlen länglichen
Sonden positioniert.
-
Bei
Bereitstellung einer geeigneten Vorrichtung wird eine erste Probe
der zu analysierenden Flüssigkeit –, die zur
Gewinnung eines Grundlinienleitfähigkeitswerts
verwendet wird – in
das Innenvolumen der Vorrichtung geladen. Die Temperatur und die
Leitfähigkeit
der ersten Probe werden intrazellulär durch die Sonden der Vorrichtung
gemessen. Ein thermisch korrigierter Leitfähigkeitswert für die erste
Probe wird dann unter Verwendung des gemessenen Temperatur- und gemessenen Leitfähigkeitswerts
berechnet.
-
Eine
großtechnisch
akzeptierte Formel zur Gewinnung eines thermisch korrigierten Leitfähigkeitswerts DC
ist DC = DM/(1 + A(TM – TC)),
worin "DM" der gemessene Leitfähigkeitswert
ist, "A" (α) der für die Probenflüssigkeit
charakteristische veröffentlichte
Temperaturkorrekturfaktor ist (beispielsweise beträgt α für reines Wasser
0,02), "TM" der gemessene Temperaturwert
ist und "TC" 25°C beträgt. Diese
Formel ist allgemein unter Raumtemperaturbedingungen, plus oder
minus 20°C
verwendbar. Andere Formeln – die
dem Fachmann geläufig
sind – sind
in weitem Umfang verfügbar.
-
Nachdem
die Leitfähigkeits-
und Temperaturablesungen von der ersten Probenflüssigkeit durchgeführt wurden,
kann die Probe entweder im Inneren gehalten werden oder durch eine
zweite Probe ersetzt werden. Das Beibehalten ist bevorzugt. Ungeachtet
dessen wird, wenn eine zweite Probe aufzunehmen ist, dies beispielsweise
in Vorrichtungen 10, die mit einem Einlass 14 und
einem Auslass 15 ausgestattet sind, durch Öffnen des
Auslasses und Einlasses (beispielsweise durch Öffnen von Ventilen und ähnlichen
Mechanismen, die damit kombiniert sind) und Ausstoßen der
ersten Probe mit der zweiten Probe zuvor (oder nicht) mit einem Volumen
der gleichen (oder einer anderen) Flüssigkeit zur "Reinigung" des Innenvolumens
der Vorrichtung durchgeführt.
-
Ungeachtet
dessen, ob die erste Probe beibehalten wird oder durch eine zweite
Probe ersetzt wird, wird die aufgenommene Probe photooxidiert. Insbesondere
wird die aufgenommene Probe einer Lichtbestrahlung (vorzugsweise
mit Ultraviolettstrahlungswellenlängen) durch die starre lichtdurchlässige Außenwand
der Vorrichtung mit einer derart ausreichenden Intensität und Dauer,
dass zumindest eine partielle Photooxidation einer Kohlenstoffspezies,
die in der zweiten Probe enthalten ist, bewirkt wird, ausgesetzt.
-
Nach
Beendigung der Lichtbestrahlung werden sowohl die Temperatur als
auch die Leitfähigkeit
der aufgenommenen Probe intrazellulär durch die Sonden der Vorrichtung
gemessen. Ein thermisch korrigierter Leitfähigkeitswert für die photooxidierte
Probe wird dann unter Verwendung des gemessenen Temperaturwerts und
des gemessenen Leitfähigkeitswerts
unter Verwendung von beispielsweise der oben angegebenen Formel
berechnet.
-
Schließlich wird
der Gehalt der Flüssigkeit
an dem gesamten oxidierbaren Kohlenstoff unter Verwendung der thermisch
korrigierten Leitfähigkeitswerte
vor der Photooxidation und nach der Photooxidation berechnet. Der
Gehalt an den gesamten oxidierbaren Stoffen kann danach aus der
Differenz zwischen den zwei Werten durch dem Fachmann bekannte Berechnungen
abgeleitet werden.
-
Beispiel
-
Eine
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde mit zwei im Handel erhältlichen Zellen verglichen:
d. h. einer "A1000"-Zelle (erhältlich von
Anatel Corporation in Boulder, Colorado) und einer "Access 643"-Zelle (eine sogenannte "Knopfzelle", erhältlich von
Anatel Corporation). Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde derart
hergestellt, dass sie eine Zellkonstante von 0,30 cm–1 aufwies.
Die A1000-Zelle wies eine Zellkonstante von 0,05 cm–1 auf.
Die Access 643-Zelle
wies eine Zellkonstante von 0,50 cm–1 auf.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendete einen 30K-Thermistor,
der intrazellulär
in der Seele von einer von zwei parallelen länglichen Elektrodensonden lokalisiert
war. Die "Access
643"-Knopfzelle
wies einen 30K-Thermistor, der extrazellulär in einer von deren Elektroden
eingetopft war, auf. Die "A1000"-Zelle wies einen
30K-Thermistor, der extrazellulär
an der Oberfläche
von einer von deren Elektroden getopft war, auf.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und die einzelnen Vergleichszellen wurden mit statischen Probenflüssigkeiten
geladen und einem "Salzthermometertest" unterzogen, d. h.
sie wurden unter Verwendung von Salzlösungen bekannter Leitfähigkeit
unter variierenden bekannten Temperaturen getestet. Die Salzthermometertests
sollten den Unterschied zwischen der tatsächlichen Wassertemperatur (d.
h. der Temperatur, die der bekannten Leitfähigkeit der Salzlösung entsprach)
und der gemessenen Wassertemperatur (d. h. die durch den Temperaturfühler in
jeder Zelle gemessen wurde) bestimmen. Die Photooxidation wurde
kontinuierlich unter Verwendung der Ultraviolettstrahlungsquelle
der Zelle durchgeführt.
-
Die
gemessenen und tatsächlichen
Temperaturen für
die einzelnen Zellen und die erfindungsgemäße Vorrichtung wurden aufgezeichnet.
NaCl wurde für
den Salzthermometertest ver wendet, da die Beziehung zwischen Temperatur
und Leitfähigkeit
für variierende
NaCl-Salzlösungen
gut bekannt ist und in weitem Umfang dokumentiert ist.
-
Die
aus den einzelnen Untersuchungen gewonnenen Daten sind in den folgenden
Tabellen 1 bis 3 angegeben. Alle angegebenen Temperaturen sind Grad
Celsius. Tabelle 1: Salzthermometertestergebnisse
für erfindungsgemäße Vorrichtung
("intrazelluläre Temperaturmessung")
| gemessene
Temperatur | Salzthermometertemperatur | Differenz | %
Differenz |
| 17,30 | 17,31 | 0,01 | 0,08 |
| 24,91 | 24,77 | –0,14 | –0,56 |
| 33,22 | 32,98 | –0,24 | –0,72 |
| 41,49 | 41,16 | –0,34 | –0,82 |
| 49,59 | 49,48 | –0,11 | –0,21 |
| 53,78 | 53,84 | 0,07 | 0,12 |
| 58,12 | 58,32 | 0,20 | 0,34 |
Tabelle 2: Salzthermometertestergebnisse
für "Access 643"-Knopfzelle ("extrazelluläre Temperaturmessung")
| gemessene
Temperatur | Salzthermometertemperatur | Differenz | %
Differenz |
| 20,87 | 19,10 | –1,77 | –9,29 |
| 26,64 | 25,27 | –1,38 | –5,46 |
| 33,64 | 32,45 | –1,20 | –3,69 |
| 40,82 | 39,76 | 1,06 | –2,65 |
| 47,52 | 47,01 | –0,51 | –1,08 |
| 51,26 | 51,01 | –0,25 | –0,49 |
| 55,08 | 55,14 | 0,06 | 0,12 |
Tabelle 3: Salzthermometertestergebnisse
für "A1000"-Knopfzelle ("extrazelluläre Temperaturmessung")
| gemessene
Temperatur | Salzthermometertemperatur | Differenz | %
Differenz |
| 16,79 | 17,29 | 0,50 | 2,91 |
| 25,31 | 25,67 | 0,36 | 1,40 |
| 34,26 | 34,60 | 0,34 | 0,99 |
| 43,30 | 43,66 | 0,36 | 0,82 |
| 52,29 | 52,92 | 0,63 | 1,19 |
| 56,77 | 57,59 | 0,82 | 1,42 |
| 61,63 | 62,64 | 1,02 | 1,62 |
-
Aus
den Tabellen 1 bis 3 ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
den tatsächlichen Temperaturwerten
nähere
Messtemperaturwerte ergibt als sie durch herkömmliche Produkte geliefert
werden. Typischerweise weist die Sonde thermische Ablesungsdaten
innerhalb von +/–1,0%,
vorzugsweise weniger als +/–0,75%,
bezogen auf diesen Test über
einen breiten Bereich von Temperaturen, zu den durch einen Salzthermometertest
gemessenen auf. Die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
lag günstigerweise
innerhalb von 1°C
des durch den Salzthermometertest gemessenen Werts – und noch
günstiger
innerhalb von 0,5°C – über einen
weiten Bereich von Temperaturen über
und unter 25°C.
Wir kennen keinen Präzedenzfall für dieses
Ergebnis in einer anderen Leitfähigkeitsmessvorrichtung
auf Photooxidationsbasis.
-
Zwar
wurde die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bestimmte spezielle
Ausführungsformen
derselben beschrieben, doch kann der Fachmann bei Nutzen der Lehren
der hierin angegebenen vorliegenden Erfindung zahlreiche Modifikationen
derselben durchführen.
Diese Modifikationen sollen als vom Umfang der vorliegenden Erfindung,
der in den anhängenden
Ansprüchen
angegeben ist, umfasst betrachtet werden.