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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System für die Analyse von einer oder
mehreren ausgewählten
Komponenten in einer Flüssigkeit
und insbesondere in wässrigen
Lösungen.
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Im
Stand der Technik beschreibt
EP-A-1
039 294 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des
gesamten organischen Kohlenstoffs in einer Probenflüssigkeit.
WO 94/07134 beschreibt
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen des Stickstoffgehalts
in wässrigen
Systemen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
ist ein analytisches Verfahren zum Messen der Menge von einer oder mehreren
ausgewählten
Komponenten in einer Flüssigkeitsprobe
vorgesehen, das Folgendes aufweist:
Nehmen einer Flüssigkeitsprobe;
Zuführen der
Flüssigkeitsprobe
zu einem Reaktionsgefäß;
Zugeben
einer Basenflüssigkeit,
die Hydroxylionen hat, zur Flüssigkeitsprobe;
Zugeben
von Ozon zur Flüssigkeitsprobe
und Mischen der Lösung
zum Bilden von Hydroxyl-Radikalen, die chemische Bindungen angreifen
und sie auf ihren niedrigsten Zustand reduzieren;
Abstellen
der Ozonzufuhr;
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren
ferner Folgendes aufweist:
Zuführen von oxidierter Probenflüssigkeit
aus dem Reaktionsgefäß zu einem
Detektor, der die Aufgabe hat, die Konzentration von einem oder
mehreren ausgewählten
Stoffen in der oxidierten Probenflüssigkeit zu ermitteln, wobei
die ausgewählten
Stoffe wenigstens einen der Folgenden umfassen: eine Stickstoffverbindung,
eine Phosphorverbindung oder ein Metall.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren das Zugeben von
Säure zur
Probenflüssigkeit
im Reaktionsgefäß und Durchperlen
zum Entfernen von Carbonat auf.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren das Zugeben eines
Katalysators zur Probenflüssigkeit
zum Reduzieren von Oxalat zu Carbonat auf.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Katalysator ein metallischer
Katalysator.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Katalysator Mangan.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Detektor ein optischer Detektor.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren das Mischen der Probenflüssigkeit
mit einem assoziierten Reagenz zum Bilden eines farbigen Komplexes
vor dem Zuführen
des farbigen Komplexes zu dem optischen Detektor und Messen des
farbigen Komplexes im optischen Detektor zum Erhalten einer Anzeige
des Gehalts des/der in der Probenflüssigkeit vorhandenen ausgewählten Stoffes
oder Stoffe auf.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der ausgewählte Stoff Ammoniak.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der ausgewählte Stoff ein Schwermetall.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird der ausgewählte Stoff aus der Gruppe gewählt, die
Eisen, Kupfer, Aluminium, Kobalt, Magnesium und Nickel enthält.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist der optische Detektor eine Lichtquelle
zusammen mit wenigstens einer Diode für optische Messungen und einer
Messzelle auf, durch welche Licht aus der Lichtquelle zur Erkennung
durch die Diode gerichtet wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist in dem optischen Detektor ein Photodioden-Array
zum optischen Messen der Flüssigkeitsproben
bereitgestellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren das Reinigen und
Spülen
des Detektors zwischen dem Messen verschiedener Flüssigkeitsproben
auf.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird die Ozonzufuhr entweder vor oder
nach dem Zugeben der Säure
abgestellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird die Ozonzufuhr während des
Zugebens der Säure
abgestellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird der Flüssigkeitsprobe vor dem Zugeben
von Basenlösung
zur Flüssigkeitsprobe
etwas Ozon zugegeben wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren den Schritt des
Abziehens von Kohlendioxid aus dem Reaktionsgefäß und das Leiten des Kohlendioxids
durch ein Kohlendioxidanalysegerät
zum Ermitteln eines Wertes für
in der Flüssigkeitsprobe vorhandenen
Kohlenstoff auf.
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In
einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Flüssigkeitsanalysegerät vor, das
Folgendes aufweist:
ein Reaktionsgefäß;
einen Ozongenerator
mit einem mit dem Reaktionsgefäß verbundenen
Ozonauslass zum Zuführen
von Ozon zu dem Reaktionsgefäß;
eine
Probenpumpe, die einen Einlass zum Verbinden mit einer Quelle von
zu testender Flüssigkeit
und einen mit dem Reaktionsgefäß verbundenen
Auslass hat;
eine Basenpumpe, die einen Einlass zum Verbinden mit
einem Basenlösungsbehälter und
einen mit dem Reaktionsgefäß verbundenen
Auslass hat;
wobei das Reaktionsgefäß einen Auslass zum Ausgeben
von Proben von oxidierter Flüssigkeit
aus dem Reaktionsgefäß hat;
ein
Mittel zum Zuführen
von Proben von oxidierter Flüssigkeit
von dem genannten Auslass zu einem Detektor;
dadurch gekennzeichnet,
dass
der genannte Detektor die Aufgabe hat, die Konzentration
von einem oder mehreren ausgewählten
Stoffen in der Probe von oxidierter Flüssigkeit zu messen, wobei die
genannten ausgewählten
Stoffe wenigstens einen der Folgenden umfassen: eine Stickstoffverbindung,
eine Phosphorverbindung oder ein Metall.
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In
einer weiteren Ausgestaltung hat das genannte Mittel zum Zuführen eine
mit dem Auslass des Reaktionsgefäßes verbundene
Probenkammer zur Aufnahme von Proben von oxidierter Flüssigkeit aus
dem Reaktionsgefäß, eine
Analysepumpe mit einem Einlass, der mit der Probenkammer verbunden ist,
und einem Auslass, der mit dem Detektor verbunden ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum Zuführen eines
Reinigungsfluids zum Detektor zum Reinigen des Detektors bereitgestellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum Zuführen eines
Spülfluids
zum Detektor bereitgestellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Detektor ein optischer Detektor.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum Mischen von einem
Reagenz mit der oxidierten Probenflüssigkeit in Durchflussrichtung
vor dem Detektor bereitgestellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das genannte Mittel eine Reagenzienpumpe,
die einen mit einem Reagenzienbehälter verbundenen Einlass und einen
mit einem Einlass eines Mischers verbundenen Auslass hat, wobei
der Auslass der Analysepumpe auch mit dem Einlass des Mischers verbunden
ist, wobei ein Auslass des Mischers mit dem Detektor verbunden ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist eine Säurepumpe bereitgestellt, die
einen Einlass zur Verbindung mit einem Säurebehälter und einen mit dem Reaktionsgefäß verbundenen
Auslass hat.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum Reinigen einer zwischen
der Probenpumpe und dem Reaktionsgefäß kommunizierenden Probenzuführleitung
bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung von einigen ihrer Ausgestaltungen,
die nur beispielhaft erfolgt, mit Bezug auf die Begleitzeichnungen
besser verständlich,
in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsanalysegeräts ist;
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2 eine
schematische Darstellung eines weiteren Analysegeräts gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist;
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3 eine
schematische Darstellung eines weiteren Analysegeräts gemäß einer
dritten Ausgestaltung der Erfindung ist;
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4 eine
schematische Darstellung eines weiteren Analysegeräts gemäß einer
vierten Ausgestaltung der Erfindung ist;
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5 eine
schematische Darstellung eines weiteren Analysegeräts gemäß einer
fünften
Ausgestaltung der Erfindung ist;
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6 schematische Darstellungen aufweist, die
einen Probenahmeventilteil des Analysegeräts in verschiedenen Betriebsarten
zeigt; und
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7 schematische Ansichten ähnlich 6 hat, die das Probenahmeventil in einer
weiteren Betriebsart zeigen.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen und anfänglich auf 1 ist
ein erfindungsgemäßes Flüssigkeitsanalysegerät illustriert,
das allgemein mit der Bezugsnummer 1 bezeichnet ist. Das
Flüssigkeitsanalysegerät 1 umfasst
einen Reaktionsgefäßteil, der allgemein
mit der Bezugsnummer 2 bezeichnet ist, und einen assoziierten
Messteil, der allgemein mit der Bezugsnummer 3 bezeichnet
ist. In diesem Fall ist der Messteil 3 für das Messen
des gesamten Stickstoffgehalts einer Probenflüssigkeit ausgelegt.
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Eine
Probenpumpe 7 hat einen Einlass 8, der durch eine
Einlassleitung 9 mit der zu testenden Flüssigkeit
verbunden ist. Ein Auslass 10 der Probenpumpe 7 ist
durch eine Probenzuführleitung 11 mit
einem Probenahmeventil 12 zur Zuführung einer Flüssigkeitsprobe
zu einem ersten Probeneinlass 14 des Probenahmeventils 12 verbunden.
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Das
Probenahmeventil 12 hat einen internen Durchflussregler 15,
der den Flüssigkeitsdurchfluss durch
das Probenahmeventil 12 regelt. Die Funktionsweise dieses
Durchflussreglers 15 ist in 6 schematisch
dargestellt. In 6(a) wird der Durchflussregler 15 den
ersten Probeneinlass 14 mit einem Bypassauslass 16 verbindend
gezeigt. Der Bypass 16 ist mit einer Bypassleitung 18 verbunden.
In dieser Konfiguration wird eine Flüssigkeitsprobe von der Probenpumpe 7 zur
Bypassleitung 18 gefördert. 6(b) zeigt den Durchflussregler 15, nachdem
er um 90° gedreht
wurde, um den ersten Probeneinlass 14 mit einem Probenventilreaktionsgefäßauslass 20 zu
verbinden, der durch ein Transferrohr 21 mit einem Probeneinlass 22 des
Reaktionsgefässes 5 kommuniziert.
In dieser Konfiguration wird eine Flüssigkeitsprobe von der Probenpumpe 7 zum
Reaktionsgefäß 5 gefördert. 6(c) zeigt den Durchflussregler 15, nachdem
er um weitere 90° gedreht
wurde, um den Auslass 20 mit einem Baseneinlass 25 zu verbinden.
Der Baseneinlass 25 ist mit einer von einem Auslass 27 einer
Basenpumpe 28 kommenden Baseneinlassleitung 26 verbunden.
Ein Einlass 29 der Basenpumpe 28 ist über eine
Einlassleitung 30 mit einem Basenbehälter 31 verbunden.
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Das
Reaktionsgefäß 5 hat
einen Auslass 35. Eine Umwälzpumpe 36 ist in
einem Rohr 37 eingebaut, das zwischen dem Auslass 35 und
einem Umlaufeinlass 38 des Reaktionsgefäßes 5 angeschlossen
ist.
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Der
Ozongenerator 6 hat eine Auslassleitung 41, die
zum Ozoneinlass 42 des Reaktionsgefäßes 5 führt. Ein
Ozonauslassrohr 43 führt
vom Reaktionsgefäß 5 durch
einen Ozonvernichter 44 und ein Abzugsventil 46 zum
Abzug.
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Eine
Säurepumpe 47 hat
einen Einlass 48 und einen Auslass 49. Der Einlass 48 ist
durch Einlassrohr 50 mit einem Säurebehälter 51 verbunden. Der
Auslass 49 ist durch Säurezuführleitung 52 mit dem
Reaktionsgefäß 5 verbunden.
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Der
Reaktionsgefäßauslass 35 ist
auch durch eine Abflussleitung 55 mit einem Einlassrohr 56 einer
Probenkammer 57 verbunden. In der Abflussleitung 55 ist
ein Absperrventil 57 eingebaut. Eine Analysepumpe 58 hat
einen Einlass 59 und einen Auslass 60. Der Einlass 59 schließt durch
eine Saugleitung 61 an die Probenkammer 57 an.
Der Auslass 60 der Analysepumpe 58 ist durch eine
Zuführleitung 64 mit
einem Detektor 66 verbunden. Der Detektor 66 hat
eine Lichtquelle 67 zum Richten von Licht durch eine lichtdurchlässige Messzelle 68,
die in der Zuführleitung 64 angeordnet
ist. Von der Lichtquelle 67 durch die Messzelle 68 durchgelassenes Licht
wird von einem Detektor 69 erfasst, der sich auf einer
entgegengesetzten Seite der Messzelle 68 befindet. In Durchflussrichtung
nach der Messzelle 68 führt
die Zuführleitung 64 zu
einem Abfluss 72.
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Eine
Reinigungspumpe 85 hat einen Einlass 86, der durch
Reinigungsfluidsaugrohr 87 mit einem Reinigungsfluidbehälter 88 verbunden
ist. Ein Auslass 89 der Reinigungspumpe 85 ist
durch eine Reinigungsfluidzuführleitung 90 und
ein Dreiwege-Reinigungsfluidventil 91 mit der Zuführleitung 64 verbunden.
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Eine
Spülpumpe 95 hat
einen Einlass 96, der durch eine Wassersaugleitung 97 mit
einer Wasserversorgung 98 verbunden ist. Ein Auslass 99 der Wasserpumpe 95 ist
durch Wasserzuführleitung 100 mit
einem Spülventil 101 in
der Zuführleitung 64 verbunden.
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Im
Betrieb wird die Probenpumpe 7 zum Fördern einer Flüssigkeitsprobe
durch das Probenahmeventil 12 und durch die Bypassleitung 18 hinaus
betrieben. Der Durchflussregler 15 befindet sich in der in 6(a) gezeigten Position.
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Wenn
sich eine frische Flüssigkeitsprobe
am Probenahmeventil 12 befindet, dreht sich der Durchflussregler 15 im
Uhrzeigersinn um 90° auf
die in 6(b) gezeigte Position und eine
gemessene Menge der Flüssigkeitsprobe
wird von der Probenpumpe 7 in das Reaktionsgefäß 5 gepumpt.
Typische Probenvolumen sind bis zu 10 ml und können in Schritten auf 0,4 ml
reduziert werden, je nach dem zu messenden Bereich.
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Der
Durchflussregler 15 des Probenahmeventils 12 wird
im Uhrzeigersinn um weitere 90° auf eine
in 6(c) gezeigte Position gedreht.
Auf dieser Position wird die im Transferrohr 21 gebliebene
Probe durch von der Basenpumpe 28 durch das Probenahmeventil 12 geförderte Base
ausgespült.
Dies erhöht
zudem den pH-Wert im Reaktionsgefäß 5 auf mehr als einen
pH-Wert von 12 und vorzugsweise einen pH-Wert von etwa 14.
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Die
Umwälzpumpe 36 wird
betrieben, der Ozongenerator 6 wird eingeschaltet und die
Sauerstoffdurchflussregelvorrichtung 45 lässt einen
gemessenen Strom von Sauerstoffgas durch den Ozongenerator 6 und
in das Reaktionsgefäß 5 hinein
zu. Die Probe wird im Reaktionsgefäß 5 mit Hydroxyl-Radikalen
oxidiert.
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Gleichzeitig
wird der Durchflussregler 15 im Probenahmeventil 12 um
180° zurückgedreht
und auf seine Ausgangsposition zurückgebracht, die in 6(a) gezeigt wird. Die Probenpumpe 7 wird
rückwärts betrieben,
wodurch die Probenleitung 11 geleert wird. Günstigerweise
wurde zum gleichen Zeitpunkt das verbrauchte Fluid von einer vorherigen
Reaktion beim Ablassen durch den Abflussauslass in einem Behälter gesammelt,
ein in der Bypassleitung 18 eingebautes Reinigungsventil 110 kann
aktiviert werden, während
die Probenpumpe 7 rückwärts läuft, und
dieses säurehaltige
Material wird dann dazu verwendet, die Probenleitung 11 ohne
die Verwendung zusätzlicher
Chemikalien zu waschen und sauber zu halten. Dies ist in 5 deutlicher
zu sehen.
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Wenn
die Oxidation abgeschlossen ist, wird die Säurepumpe 47 betrieben
und der pH-Wert
im Reaktionsgefäß 5 wird
auf einen pH-Wert unter 1 reduziert. In der Flüssigkeit enthaltenes Kohlendioxid wird
vom Sauerstoffstrom ausgeperlt.
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Die
Säure enthält auch
eine kleine Menge Katalysator, z. B. Mangan. Dieser wird als Katalysator
in der Reaktion verwendet und ist erwünscht, da er Oxalat in Kohlendioxidgas
umwandelt. Zweck des Katalysators ist es, Störungen vom Oxalat zu beseitigen
(er unterstützt
auch die 100%-ige Rückgewinnung
von sämtlichem
Kohlenstoff). Durch Verwenden einer Kombination von Säuren mit
und ohne Katalysator kann diese Methode auf das Messen von Oxalaten
in der Probe ausgedehnt werden.
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Wenn
sämtliches
Kohlendioxid freigesetzt worden ist, öffnet sich das dem Reaktionsgefäßauslass 35 nachgestellte
Absperrventil 57, das Abzugsventil 46 schließt sich
und die Flüssigkeit
im Reaktionsgefäß 5 wird
in die Probenkammer 57 abgelassen. Ein Abflussventil 62 der
Probenkammer 57 wird geschlossen, so dass die Flüssigkeit
in der Probenkammer 57 eingeschlossen bleibt.
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An
diesem Punkt beginnt die Stickstoffanalyse der Flüssigkeit
in der Probenkammer 57. Um Zeit zu sparen, wird aber der
bereits beschriebene Oxidationsprozess wiederholt, um eine neue
Probenflüssigkeit
zum Testen vorzubereiten. Vor Aufnahme der Probenflüssigkeit.
in der Probenkammer 57 wird der Messteil 3 auf
die Analyse vorbereitet, indem die Messzelle 68 mit klarem
Wasser gefüllt
wird, das von der Wasserpumpe 95 durch die Zuführleitung 64 zugeführt wird,
und für
die klare Wasserprobe wird ein Leerwertspektrum gewonnen.
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Die
Analysepumpe 58 wird betrieben, bis die Messzelle 68 voll
von oxidierter Probe ist, die von der Analysepumpe 58 aus
der Probenkammer 57 gefördert
wird. Die Lichtquelle 67 wird eingeschaltet. Die Lichtquelle 67 kann
günstig
von einer Deuteriumlampe bereitgestellt werden, die eine gute spektrale
Leistung von unter 200 nm bis über
400 nm liefert. Andere Lichtquellen können zum Messen in anderen Spektralbereichen
verwendet werden. Das Spektrum wird mit dem Detektor 69 gemessen,
der ein Photodiodenarray hat. Die Hauptmessfrequenz ist 217 nm und
andere Frequenzen können
zum Vergleich verwendet werden. Dieses Spektrum wird mit dem für das klare
Wasser erhaltenen Leerwertspektrum, wie oben erwähnt, verglichen und die Messung
wird berechnet, um ein Maß des
Gesamtstickstoffgehalts in der Probe zu erhalten.
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Das
Stickstoffmesssystem wird dann gereinigt. Die Analysepumpe 58 läuft in Rückwärtsrichtung
und leert die Zuführleitung 64.
Das Abflussventil 62 öffnet
sich, ein Spülventil 63 ändert seinen
Zustand, so dass ein Sauerstoffgasstrom vom Durchflussregler 45 die
Flüssigkeit
in der Probenkammer 57 durch das Abflussventil 62 und
zum Abfluss 23 hinaus zwingt.
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Das
Reinigungsventil 91 ändert
seinen Zustand und die Reinigungspumpe 85 wird etwa zwei Sekunden
lang betrieben, wobei sie die Messzelle 68 mit einem Reinigungsfluid
ausspült.
Eine typische Reinigungslösung
ist HCl in Wasser, etwa 1,8 N. Dieses Reinigungsfluid bleibt etwa
eine Minute lang in der Messzelle 68. Die Reinigungspumpe 85 wird dann
zwei Sekunden lang betrieben und dann zwei Sekunden lang rückwärts betrieben.
Dies bewirkt, dass das verunreinigte Reinigungsfluid den Abfluss 72 hinab
gedrückt
wird und gleichzeitig das zum Spülen
des kontaminierten Reinigungsfluids aus der Messzelle 68 verwendete
Reinigungsfluid wiedergewonnen wird. Wenn die Reinigungspumpe 85 etwa zwei
Sekunden lang rückwärts gelaufen
ist, sollten die Messzelle 68 und die Leitungen vom Reinigungsventil 91 zum
Abfluss dann leer sein.
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Das
Spülventil 101 wird
dann geöffnet
und die Wasserpumpe 95 wird etwa zwanzig Sekunden lang
betrieben, wobei sie Spülwasser
in die Zufuhrleitung 64 füllt und jedwede Spuren von
Reinigungsfluid aus der Messzelle 68 wascht und die Messzelle 68 mit
klarem Wasser füllt,
so dass sie zum Messen des Leerwertspektrums bereit ist, wie bereits
beschrieben. Dieser oben beschriebene Prozess wird dann in zeitlich
festgelegten Intervallen nach Bedarf wiederholt.
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In 2,
auf die jetzt Bezug genommen wird, ist ein weiteres Flüssigkeitsanalysegerät gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, das allgemein mit
der Bezugsnummer 120 gezeigt wird. Dieses ist dem mit Bezug
auf 1 bereits beschriebenen Flüssigkeitsanalysegerät weitgehend ähnlich und
gleichen Teilen sind die gleichen Bezugsnummern zugeordnet. Der
Messteil 3 des Flüssigkeitsanalysegeräts 120 weist
in diesem Fall ferner eine Reagenzienpumpe 121 auf, die
einen Einlass 122 hat, der durch ein Saugrohr 123 mit
einem Reagenzienbehälter 124 verbunden
ist. Ein Auslass 125 des Reagenzienrohrs 121 mündet durch
Rohr 126 in die Zuführleitung 64.
In der Zuführleitung 64 ist ein
Mischer 127, der fakultativ eine Heizung oder eine Hydrolysiereinheit
aufweist, zum Mischen von Reagenz mit der aus der Analysepumpe 58 ausgelassenen
Probenflüssigkeit,
bevor das Gemisch dem Detektor 66 zugeführt wird, bereitgestellt.
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Im
Betrieb wird die Flüssigkeitsprobe
auf die gleiche Weise wie zuvor für das Flüssigkeitsanalysegerät von 1 beschrieben
im Reaktionsgefäß vorbereitet
und der Probenkammer 57 zugeführt. Zur Stickstoffanalyse
läuft die
Analysepumpe 58 und nach einer kurzen Verzögerung von
etwa drei Sekunden läuft
auch die Reagenzienpumpe 121. Die aus den Pumpen 58, 121 ausströmenden Fluids
vermischen sich in der Gemischröhre 127.
Wenn es gemischt ist, wird das Gemisch in die Messzelle 68 gepumpt
und gemessen, im typischen Fall bei einer einzelnen Wellenlänge. Sowohl
Stickstoff als auch Phosphat können
auf 400 nm gemessen werden. Die Messung wird anhand dieser Ablesung
und dem Leerwertspektrum berechnet. Der Messteil 3 wird
auf die gleiche Weise gereinigt, wie bereits für das Flüssigkeitsanalysegerät von 1 beschrieben
wurde. Der Prozess wird in zeitlich festgelegten Intervallen wiederholt.
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In 3,
auf die nun Bezug genommen wird, ist ein weiteres Flüssigkeitsanalysegerät gemäß einer
dritten Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, das allgemein mit
der Bezugsnummer 130 gezeigt wird. Dieses Flüssigkeitsanalysegerät 130 ist
dem bereits beschriebenen Flüssigkeitsanalysegerät weitgehend ähnlich und
gleichen Teilen sind die gleichen Bezugsnummern zugeordnet. In diesem
Fall wurden die Messteile 3 der in 1 und 2 gezeigten Analysegeräte im Wesentlichen
kombiniert und die Funktionsweise ist weitgehend gleich. Zum Zuführen von
Flüssigkeit
aus der Probenkammer 57 durch einen separaten Stickstoffdetektor 66(a) bzw.
Phosphatdetektor 66(b) ist aber eine separate Stickstoffanalysegerätpumpe 58(a) bzw.
Phosphatanalysegerätpumpe 58(b) bereitgestellt.
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4 stellt
ein weiteres Flüssigkeitsanalysegerät gemäß einer
vierten Ausgestaltung der Erfindung dar, das allgemein mit der Bezugsnummer 140 gezeigt
wird. Teilen, die den bereits beschriebenen ähnlich sind, sind die gleichen
Bezugsnummern zugeordnet. Dies ist im Wesentlichen das gleiche wie das
in 1 gezeigte Flüssigkeitsanalysegerät, außer dass
in diesem Fall ein Kohlendioxidanalysegerät 141 in das Auslassrohr 43 zwischen
dem Reaktionsgefäß 5 und
dem Ozonvernichter 44 eingebaut ist. Analysegeräte, wie
z. B. Infrarot-Analysegeräte, für andere
Stoffe könnten
hier ebenfalls eingefügt sein.
Das Kohlendioxidanalysegerät 141 misst
das Kohlendioxidgas, das aus der oxidierten Lösung im Reaktionsgefäß 5 freigesetzt
wird, wenn der pH-Wert auf eins reduziert wird. Mit einer angemessenen
Kalibrierung kann die Gasmessung in Gesamtkohlenstoff oder gesamten
organischen Kohlenstoff umgewandelt werden, wenn der gesamte anorganische Kohlenstoff
bekannt ist. Das Kohlendioxidanalysegerät 141 oder sonstige
Analysegerät
könnte
auf Wunsch ebenfalls in eines der in den 2, 3 und 5 gezeigten
Flüssigkeitsanalysegeräte eingefügt sein.
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In
diesem Fall ist auch ein Dreiwege-Säureregelventil 142 in
der Säurezuführleitung 52 bereitgestellt.
Dieses Ventil 142 hat einen Einlass 143, der mit dem
Auslass 49 der Säurepumpe 47 verbunden
ist, einen ersten Ventilauslass 144, der mit dem Reaktionsgefäß 5 verbunden
ist, und einen zweiten Ventilauslass 145, der an die Baseneinlassleitung 26 angeschlossen
ist zum Zuführen
von Säure
zum Baseneinlass 25 des Probenahmeventils 12.
Normalerweise ist der zweite Auslass 145 geschlossen und
der erste Auslass 144 ist offen. Diese Konfiguration entspricht
der in 1 gezeigten Konfiguration. Das Ventil 142 kann
zum Schließen
des ersten Auslasses 144 und zum Öffnen des zweiten Auslasses 145 umgeschaltet
werden. Dadurch kann Säure
mit der Flüssigkeitsprobe
zum Reaktionsgefäß 5 zugeführt werden,
um anfänglich
den pH-Wert zu senken. Kohlendioxid kann abgezogen werden, um den
gesamten anorganischen Kohlenstoff zu messen, der in der Probe anwesend
ist, bevor das Ventil 142 umgeschaltet wird und die Base
in das Reaktionsgefäß 5 gegeben
wird.
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In 5,
auf die nun Bezug genommen wird, ist ein weiteres Flüssigkeitsanalysegerät gemäß einer
fünften
Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, das allgemein von der Bezugsnummer 150 gezeigt wird.
Teilen, die den bereits beschriebenen ähnlich sind, sind die gleichen
Bezugsnummern zugeordnet. Dies ist weitgehend dem in 1 gezeigten
Flüssigkeitsanalyegerät ähnlich,
in diesem Fall ist aber für das
Reinigen der Probenzuführleitung 11 durch
Sammeln der verbrauchten Chemikalien für das Reaktionsgefäß 5 gesorgt.
Diese werden in einem Gefäß 151 gesammelt,
das einen Sicherheitsüberlauf 152 zu
dem Abfluss 23 hat. Wenn die Probenpumpe 7 rückwärts läuft und
das Reinigungsventil 110 geschaltet wird, so dass die obere
Leitung 154 offen ist und die untere Bypass-Abzugsleitung 155 geschlossen
ist, werden die verbrauchten Chemikalien aus dem Gefäß 151 gebracht
und durch das Probenventil 12 und in den Einlass 11 und
durch die Probenpumpe 7 und durch die Einlassleitung 9 hinaus
gesaugt, um die Probenschleife zu reinigen.
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7 zeigt die Funktionsweise des Ventils 12 für sehr kleine
Proben. In 7(a) wird die Probenflüssigkeit
von Probenpumpe 7 durch Ventil 12 zur Bypassleitung 18 gepumpt.
Die Steuerung 15 wird dann um 180° gedreht, wie in 7(b) gezeigt, und die Probe zur Analyse im Flüssigkeitsbehälter im Ventil 12 verwendet.
Das Volumen dieser Probe beträgt
0,08 ml. Die Probe wird von der Base oder Säure, wo zutreffend, die durch
Leitung 26 zugeführt wird,
in das Reaktionsgefäß 5 gespült. Die
Steuerung 15 wird dann zur Aufnahme der nächsten Probe
um 180° auf
die in 7(a) gezeigte Position gebracht.
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Die
Konzentration diverser Stoffe in der oxidierten Lösung kann
entweder direkt oder mit kolorimetrischen Verfahren wie den nachstehend
dargelegten gemessen werden.
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Gesamtphosphoranalyse
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Der
Gesamtphosphor wird mit dem kolometrischen Vanadomolybdophosphorsäure-Verfahren (Standard
Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition,
1998, APHA, AWWA, WEF, Verfahren 4500-P B und C) gemessen. Der Grundsatz
dieses Verfahrens ist, dass in phosphathaltigen Lösungen Ammoniummolybdat
in einem Säuremedium
reagiert und eine Heteropolysäure,
Molybdophosphorsäure,
bildet. Das in der Analyse verwendete Reagenz wird Vanadat-Molybdat-Reagenz
genannt. In Anwesenheit von Vanadium bildet sich die Vanadomolybdophosphorsäure (gelbe
Farbe). Die Intensität
der gelben Farbe bei 400 nm ist proportional zur Phosphatkonzentration
in der Lösung.
Die obigen Methoden messen gesamten reaktiven Phosphor, gesamten
säurehydrolisierbaren
Phosphor, Gesamtphosphor (nach Oxidation mit Ozon und Hydroxyl-Radikalen)
und gesamten organischen Phosphor.
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Gesamtstickstoffanalyse
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Der
Gesamtstickstoff in Proben (mit Ozon und Hydroxyl-Radikalen oxidiert)
wird mit dem UV-spektrophotometrische Untersuchungsverfahren (Standard
Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition,
1998, APHA, AWWA, WEF, Method 4500-NO3 B)
gemessen. Der Grundsatz dieser Methode ist, dass die Extinktion
von UV-Licht bei 217–220
nm proportional zur Nitratkonzentration in der Lösung ist. Die Oxidation mit
Ozon und Hydroxyl-Radikalen erlaubt das Messen des Gesamtstickstoffs,
der Ammoniakstickstoff, organischen Stickstoff und Nitrit einschließt.
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Der
Gesamtstickstoff kann auch mit einem kolorimetrischen Verfahren
gemessen werden. Das bei diesem Verfahren verwendete Reagenz ist
ein Säurereagenz.
Der Grundsatz dieser Methode ist, dass die Extinktion bei 40 nm
aufgrund der Bildung der gelben Farbe zwischen Nitrat und Säurekomplex proportional
zur Nitratkonzentration in der Lösung
ist. Nach der Oxidation mit Ozon und Hydroxyl-Radikalen kann diese
Methode den Gesamtstickstoff einschließlich Ammoniakstickstoff, organischem
Stickstoff und Nitrit messen.
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Gesamtkupferanalyse
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Das
Gesamtkupfer wird mit dem Bathocuproin-Verfahren (Standard Methods
for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition,
1998, APHA, AWWA, WEF, Method 3500-Cu C.) gemessen. Der Grundsatz
dieser Methode ist, dass Kupferion mit Bathocuproin-Disulfonat-Reagenz
ein wasserlösliches
orangefarbiges Chelat bildet. Die Extinktion der Farbe bei 848 nm
ist proportional zu der Kupferkonzentration in der Lösung. Nach
der Oxidation mit Ozon und Hydroxyl-Radikalen können alle Kupferverbindungen
enthaltenden Flüssigkeitsproben
mit diesem Verfahren analysiert werden.
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Gesamtaluminiumanalyse
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Das
Gesamtaluminium wird mit dem Eriochrom-Cyanin-R-Verfahren (Standard
Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition,
1998, APHA, AWWA, WEF, Method 3500-A1 B) gemessen. Der Grundsatz
dieser Methode ist, dass Aluminumlösungen mit Eriochrom-Cyanin-R-Farbstoff
einen roten bis rosafarbenen Komplex bilden, der bei 535 nm maximale
Extinktion aufweist. Die Stärke
der entwickelten Farbe ist proportional zu der Aluminiumkonzentration
in Lösung.
Nach Oxidation mit Ozon und Hydroxyl-Radikalen können alle Aluminumverbindungen
enthaltenden Flüssigkeitsproben mit
dieser Methode analysiert werden.
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Durch
Anwenden ähnlicher
Standardmessmethoden können
auch andere Stoffe, wie z. B. Kobalt, Mangan, Nickel usw., unter
Verwendung der Verfahren und Vorrichtung der Erfindung in der oxidierten
Lösung
analysiert werden.
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Man
wird verstehen, dass der Messteil des Analysegeräts wie in 1 gezeigt
angepasst werden kann, um eine direkte Messung von z. B. Stickstoff
in der Probe unter Verwendung eines Photodiodenarrays in dem Detektor
zu liefern. Alternativ kann der Messteil zum Zugeben von Farbstoffreagenz,
wie in 2 gezeigt, vor Analyse und Detektion einer einzelnen
charakteristischen Wellenlänge
ausgeführt werden.
Verschiedene Reagenzien können
für die Assoziation
mit verschiedenen gefleckten Stoffen, die das Analysegerät messen
soll, bereitgestellt werden.
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In
der Beschreibung gelten die Begriffe „umfassen, umfasst, umfasste
und umfassend" oder
jede Variation davon und die Begriffe „aufweisen, aufweist, aufwies
und aufweisend" oder
jede Variation davon als völlig
miteinander austauschtbar und ihnen ist die weiteste mögliche Auslegung
zu gewähren und
umgekehrt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die im Vorangehenden beschriebenen Ausgestaltungen
begrenzt, sondern kann im Rahmen der angehängten Ansprüche in Aufbau und Detail variiert
werden.