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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schließt
ein Verfahren zur Untersuchung von Erdproben auf die Anwesenheit
möglicher
organischer Kontaminationen mit ein, und im speziellen auf die Anwesenheit
aromatischer Verbindungen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Kontamination von Erde durch organische kontaminierende Substanzen
ist aufgrund der möglichen
Umwelt-, Gesundheits- und Finanzproblemen die mit einer solchen
Kontaminationen in Verbindung gebracht werden ein großes Problem.
Mögliche
kontaminierende Substanzen schließen eine Anzahl von organischen
Materialien wie Rohöl,
fossile Brennstoffe, Schmieröle
und Fette, Lösungsmittel
und andere mit ein. Es ist sowohl ökonomisch als auch sozial wünschenswert
dazu in der Lage zu sein kontaminierte Flächen identifizieren zu können, so
daß potentielle
Risiken bestimmt werden können
und Abhilfemaßnahmen
ordentlich geplant und ausgeführt
werden können.
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Es
sind hochentwickelte Labortechniken verfügbar, um die Anwesenheit und
die Menge an kontaminierenden Substanzen in Erdproben zu messen.
Eine solche Technik ist die Auswertung der kontaminierenden Substanzen
unter Verwendung von Chromatographie. Hochentwickelte Labortechniken
sind jedoch teuer und sind deshalb üblicherweise unpraktisch bei
der Verwendung in großen
Standortüberprüfungen,
die voraussetzen, daß viele
Tests in einer systematischen Art und Weise durchgeführt werden.
Sie sind auch nicht gut für die
Verwendung im Einsatz geeignet. Es ist deshalb wünschenswert, über eine
Testtechnik zu verfügen,
die einfach und preiswert im Einsatz benutzt werden kann, um kontaminierte
Flächen
zu identifizieren. Sobald sie identifiziert sind, können genauere
Labortests durchgeführt
werden, um einzelne kontaminierende Substanzen zu identifizieren
und bei der Planung der Behebung zu assistieren, soweit notwendig.
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Es
wurden einige Einsatztesttechniken vorgeschlagen, bei welchen eine
Bodenprobe mit einem Lösungsmittel
extrahiert wird, um organische kontaminierende Substanzen zu entfernen.
Die Extraktphase wird dann analysiert, um Informationen, die die
Anwesenheit von kontaminierenden Substanzen und/oder die Menge an
Kontamination betreffen, zu erhalten. Eine Technik die vielfach
für Tests
im Einsatz verwendet wurde schließt die Anwendung von Infrarotspektroskopie,
um die Kohlenstoff-Wasserstoffbindungsstreckung
zu messen, mit ein und nutzt ein Chlorofluorokohlenstofflösungsmittel.
Chlorofluorokohlenstofflösungsmittel
sind jedoch ein großes
Umweltproblem und ihre Anwendung ist stark eingeschränkt. Eine
andere Technik schließt eine
indirekte Messung auf die Anwesenheit von kontaminierenden Substanzen
mit ein, indem auf einen Farbwechsel in der Extraktphase geachtet
wird, der durch die Anwesenheit einer Friedel-Crafts-Reaktion in
Anwesenheit eines Friedel-Crafts-Katalysators
ausgelöst
wird. Diese Technik nutzt jedoch ein Alkylhalid als Lösungsmittel,
wie z.B. Kohlenstofftetrachlorid, ein bekanntes Karzinogen. Diese
Technik schließt
deshalb eine ernste Gesundheitsgefahr mit ein. Um Umwelt- und Gesundheitsrisiken
zu minimieren, wäre
es wünschenswert
die Benutzung von halogenierten, organischen Lösungsmitteln wie Cholorfluorokohlenstoffen
und Kohlenstofftetrachlorid zu vermeiden.
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Eine
Technik, die vorgeschlagen wurde, schließt ein Immunoassay mit ein
und benutzt Methanol als Lösungsmittel.
Die Anwesenheit von kontaminierenden Substanzen wird indirekt in
einer Extraktphase gemessen, indem ein Farbwechsel beobachtet wird,
der mit der Aktivität
eines biologischen Agens zu tun hat, welches zu der Extraktphase
gegeben wird. Wie die Methode, die die Friedel-Crafts-Reaktion benutzt,
liefert die Immunoassaytechnik jedoch nur eine indirekte Anzeige
des Vorhandenseins von kontaminierenden Substanzen. Die Benutzung
einer indirekten Messung verkompliziert jedoch das Testen und liefert
eine zusätzliche Möglichkeit
einen Meßfehler
zu machen. Zusätzlich
ist die Immunossaytechnik, aufgrund der Benutzung eines biologischen
Agens nur über
ein geringe Temperaturbandbreite nutzbar und die Testkits haben
eine zur kurze Lagerfähigkeit.
Diese Einschränkungen
behindern die Anwendung der Immunossaytechnik bei vielen Einsätzen.
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Basierend
auf den signifikanten wirtschaftlichen, gesundheitlichen und ökologischen
Interessen bei der Bestimmung kontaminierter Flächen, wäre es vorteilhaft ein Einsatztestverfahren
bereitzustellen, das relativ preiswert, zuverlässig und sicher ist und das
gut geeignet für
die unterschiedlichen Bedingungen ist, die während des Testens im Einsatz
auftreten können.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein relativ preiswertes, sicheres und
effektives Verfahren zum Testen von Erdproben auf die Anwesenheit
von organischen, kontaminierenden Substanzen und speziell auf die
Anwesenheit aromatischer Verbindungen wie jene, die in Dieselkraftstoff
und anderen Schwerölen,
Kerosin, Kreosot, Kohleöl,
Teer oder Asphalt zu finden sind, bereit. Eine Erdprobe wird mit
einem Lösungsmittel
extrahiert, um mögliche
organische Verschmutzungen aus der Erdprobe zu beseitigen. Eine
flüssige
Extraktphase aus der Extraktion kann analysiert werden, um sie auf
die Anwesenheit von möglichen
organischen Verschmutzungen zu testen.
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In
einem Aspekt erlaubt die vorliegende Erfindung die Benutzung relativ
sicherer, nicht-toxischer und preiswerter, polarer organischer Lösungsmittel,
um Erdproben zu extrahieren, um sie auf Kontamination durch organische,
kontaminierende Substanzen zu untersuchen. Niedermolekulare Alkohole
und speziell Isopropylalkohol werden aufgrund ihrer relativ sicheren
und nicht-toxischen Natur und ihres relativ geringen Preises bevorzugt.
Niedermolekulare Alkohole sind auch sehr vielseitig verwendbar,
insofern als daß sie
eine Vielzahl organischer, kontaminierender Substanzen lösen und über weite
Temperaturbereiche eingesetzt werden können. Die Probleme, die mit
der Benutzung halogenierter Lösungsmittel,
wie Chlorofluorokohlenstoffen und Kohlenstofftetrachlorid in Verbindung
gebracht werden, werden so vermieden.
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Wenn
jedoch eine Erdprobe humoses Material enthält ist es möglich, daß eine falsche Indikation von Kontamination
auftreten kann, speziell bei der Benutzung polarer, organischer
Lösungsmittel,
wie niedermolekularer Alkohole, da humose Materialien oft in polaren
Lösungsmitteln
löslich
sind und speziell bei der Anwesenheit von Wasser. Um die Möglichkeit
falscher Indikationen von Kontaminationen bei der Anwesenheit humosen
Materials in einer Erdprobe zu reduzieren, stellt die vorliegende
Erfindung einen Trocknungsschritt bereit, welcher an einer Erdprobe
oder der Extraktphase durchgeführt
werden kann. Der Trocknungsschritt ist besonders bei einer nassen
Erdprobe nützlich,
da humoses Material dazu tendiert gemeinsam mit Wasser in das polare,
organische Lösungsmittel
zu extrahieren. Ein Trockenmittel wird zu der Erdprobe oder der
flüssigen Extraktphase
gegeben, um humoses Material zu binden und die Fähigkeit von humosen Material
zu vermindern, sich in der Extraktphase zu lösen oder in der Extraktphase
zu bleiben. Bevorzugte Trockenmittel schließen Verbindungen mit ein, die
ein alkalisches Erdmetall aufweisen. Oxide von alkalischen Erdmetallen
haben sich als besonders effektiv herausgestellt, die Fähigkeit
von humosen Material zu vermindern Einfluß auf den Test zu haben. Kalziumoxid
wird besonders bevorzugt, da es sehr effektiv bei der Bindung humosen
Materials ist und sehr leicht im Einsatz verwendet werden kann.
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In
einem Ausführungsbeispiel
wird das Extrakt auf mögliche
Kontamination untersucht, indem es zur Messung nur einigen wenigen
und vorzugsweise nur einem engen und diskreten Band ultravioletter
Strahlung ausgesetzt wird. Eine Reaktion des Extrakts auf jedes
der diskreten und engen Bänder
wird getrennt gemessen und ausgewertet, um eine Indikation der Kontamination
zu erhalten. Eine bevorzugte Meßauswertung schließt mit ein,
daß die
Absorption durch die Extraktphase einer einzelnen Wellenlänge ultravioletter
Strahlung bestimmt wird, um eine Indikation auf Kontamination zu
liefern. Die Absorptionsmessung kann sehr einfach im Einsatz durchgeführt werden
und kann mit einfacher, preiswerter Ausrüstung gemacht werden. Die Benutzung
eines teuren Abtastspektrometers kann vermieden werden, da es keine
Notwendigkeit gibt ein großes Spektrum
an Strahlungswellenlängen
abzutasten und auszuwerten. Zusätzlich
kann eine Messung einer fluoreszierenden Emission anstelle oder
zusätzlich
zur Absorptionsmessung durchgeführt
werden.
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Die
auf Ultraviolett basierende Meßtechnik
der vorliegenden Erfindung ist besonders nützlich bei der Identifizierung
von Kontaminationen durch aromatische Verbindungen. In vielen Fällen kann
es jedoch wünschenswert
sein auch auf nichtaromatische organische Verschmutzungen wie jene
durch die leichteren, aliphatischen Kohlenwasserstoffe die in Benzin
vorhanden sind und die nichtaromatischen Bestandteile vieler industrieller
Lösungsmittel
wie Trichloroethan zu testen. In einem anderen Ausführungsbeispiel
stellt die vorliegende Erfindung auch diese Möglichkeit bereit, zusätzlich zur
Ultraviolettmessung zur Entdeckung aromatischer Verbindungen, kann
eine Probe des Dampfs in der unmittelbaren Umgebung einer Erdprobe
genommen werden, um eine Indikation einer möglichen Kontamination durch
flüchtige,
organische Bestandteile, wie jene die in Benzin oder vielen industriellen
Lösungsmitteln
vorhanden sein können,
zu liefern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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1 zeigt ein Flußdiagramm
des Verfahrens eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt ein Flußdiagramm
des Verfahrens eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Testen von Erdproben
auf die Anwesenheit von organischen, kontaminierenden Substanzen
bereit. Das Verfahren ist besonders nützlich, um aromatische Verbindungen
wie jene, die in Dieselkraftstoff und anderen Schwerölen, Kerosin,
Kreosot, Kohleöl,
Teer oder Asphalt zu finden sind, zu identifizieren. Der grundlegende
Ablauf des Verfahrens ist in 1 zu
sehen. Eine Erdprobe 102 wird zum Testen bereit gestellt
und der Extraktion 104 ausgesetzt, wo ein Lösungsmittel 106 mit der
Erdprobe 102 in Kontakt gebracht wird, um mögliche organische,
kontaminierende Substanzen aus der Erdprobe 102 zu lösen. Das
Lösungsmittel 106 kann
jedes geeignete Lösungsmittel
sein, aber polare Lösungsmittel
wie niedermolekulare Alkohole werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit
der Einsatzfähigkeit über weite
Temperaturbereiche und ihrer Fähigkeit
ein Vielzahl von organischen, kontaminierenden Substanzen zu lösen, bevorzugt.
Isopropylalkohol wird, wie später
diskutiert wird, besonders bevorzugt. Die flüssige Extraktphase 110, bestehend
aus dem Lösungsmittel 106 und
organischen, kontaminierenden Substanzen, die aus der Erdprobe 102 extrahiert
hätten
werden können,
wird vom festen Rückstand 108 für die Messung 112 abgetrennt,
um die Anwesenheit möglicher,
organischer kontaminierender Substanzen festzustellen. Der feste
Rückstand 108 der Erdprobe
nach der Extraktion 104 wird üblicherweise als Abfall entsorgt.
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Die
Extraktion 104 kann im Einsatz durch Mischen der Erdprobe
mit dem Lösungsmittel
in einem geeigneten Gefäß, wie einem
Glasgefäß, durchgeführt werden.
Die Erdprobe 102 und das Lösungsmittel 104 sollten
gut gemischt werden, um einen guten Kontakt zwischen dem Lösungsmittel 106 und
der Erdprobe 102 zu gewährleisten.
Die Benutzung eines mechanischen Mixers wird bevorzugt. Der feste
Rückstand 108 kann mit
jeder Fest/Flüssigtrenntechnik
von der Extraktphase abgetrennt werden. Ein Trennverfahren ist die
Benutzung eines Filters, wie ein Spritzenfilter, auf welchem der
feste Rückstand
zurückbleibt
und durch welchen die Extraktphase 110 als Filtrat durchgeht.
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Während der
Messung 112 wird die flüssige
Extraktphase 110 auf die Anwesenheit organischer kontaminierender
Substanzen überprüft, die
aus der Erdprobe 102 extrahiert hätten werden können. Obwohl
jede Analysetechnik verwendet werden kann, schließt die Messung 112 üblicherweise
eine spektroskopische Messung mit ein, um eine direkte Messung der
Anwesenheit organischer, kontaminierender Substanzen zu bieten. Die
Probleme die mit indirekten Meßtechniken
in Verbindung gebracht werden, werden auf diese Art und Weise vermieden.
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Es
können
jedoch Probleme während
der Messung 112 auftreten, wenn die getestete Erdprobe
humoses Material aufweist. Es ist möglich, daß humoses Material in einer
Erdprobe während
der Extraktion 104 in das Lösungsmittel extrahiert werden
kann und eine falsche Indikation von Kontamination liefern kann,
besonders wenn die Messung 112 eine ultraviolettspektroskopische
Meßtechnik,
wie unten diskutiert, benutzt. Das Potential für eine falsche Indikation von
Kontamination ist besonders groß,
wenn ein polares Lösungsmittel
wie Isopropylalkohol benutzt wird, da humoses Material generell
hochlöslich
in polaren Lösungsmitteln
ist, und problemlos aus der Erdprobe 102 extrahiert werden
kann, besonders wenn Wasser in der Erdprobe 102 vorhanden
ist. So wie es hier benutzt wird, bezieht sich humoses Material
auf natürlich
vorkommendes organisches Material im Erdboden, entstanden aus der
Verrottung von Blättern,
Holz und anderem pflanzlichen Material. Humoses Material kann z.B.
Huminsäure,
Fulvosäure
und/oder Humin enthalten.
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Es
wurde entdeckt, daß ein
Trocknungsschritt verwendet werden kann, um die Möglichkeit
einer falschen Indikation von Kontamination wenn humoses Material
in der Erdprobe 102 anwesend ist, zu reduzieren. 2 zeigt ein Prozeßablaufdiagram
für ein
Ausführungsbeispiel
des Verfahrens der hier vorliegenden Erfindung, welches einen solchen
Trocknungsschritt mit einschließt.
Vor der Extraktion 104 wird die Erdprobe 102 der
Trocknung 120 ausgesetzt, bei welcher ein Trockenmittel 122 mit
der Erdprobe 102 in Kontakt gebracht wird. Das Trockenmittel
trocknet Wasser, das in der Erdprobe 102 anwesend sein
könnte
und reduziert so die Fähigkeit
der humosen Materialien in der Erdprobe, sich im Lösungsmittel 106 während der
Extraktion 104 zu lösen.
Auf diese Art und Weise wird die Möglichkeit reduziert, daß humoses
Material in der Extraktphase 110 anwesend ist und aus diesem
Grund, daß eine
falsche Indikation von Kontamination das Ergebnis der Messung 112 ist.
Obwohl es bevorzugt wird, daß der
Trocknungsschritt 120 vor der Extraktion 104 ausgeführt wird, wie
in 2 gezeigt wird, könnte der
Trocknungsschritt 120 alternativ auch auf die Extraktion 104 folgen
und direkt mit der Extraktphase 110 durchgeführt werden.
In diesem Fall würde
die Extraktphase 110 in Kontakt mit dem Trockenmittel 122 gebracht
werden, um das Wasser in der Extraktphase 110 zu trocknen
und das humose Material zu binden, so daß es leicht aus der Extraktphase
entfernt werden kann, zum Beispiel durch Filtrieren. Obwohl der
Trocknungsschritt 120 nicht notwendig ist, wenn die Erdprobe
kein humoses Material enthält,
ist es immer ratsam den Trocknungsschritt zur Sicherheit durchzuführen.
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Jeder
Zusatz kann als Trockenmittel 122 verwendet werden, der
im ausreichenden Maße
dazu in der Lage ist, die Fähigkeit
von humosem Material sich in im Lösungsmittel 106 zu
lösen oder
darin gelöst
zu bleiben, zu reduzieren. Da humoses Material dazu tendiert sich
mit Wasser aus einer Erdprobe zu extrahieren sind bevorzugte Zusätze hygroskopisch
und dazu in der Lage Wasser zu binden und Wasser im Wesentlichen
davon abzuhalten sich im Lösungsmittel 106 zu
lösen oder
darin gelöst
zu bleiben. Eine bevorzugte Klasse von Zusätzen schließt Verbindungen mit ein, die
ein divalentes Kation haben und speziell ein divalentes Kation eines
alkalischen Erdmetalls. Oxide von alkalischen Erdmetallen werden
aufgrund ihrer hohen Affinität
für Wasser
und ihrer Fähigkeit
relativ unlösliche
Hydroxide zu bilden, besonders bevorzugt. Obwohl Magnesiumoxid und
Kalziumoxid gut funktionieren ist Kalziumoxid besser, da es sich
einfacher mit einer Erdprobe mischen läßt, speziell wenn diese naß ist, ohne
Verklumpen, was den Trocknungsschritt 120 oder die Extraktion 104 erschweren
könnte.
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Das
Trockenmittel 122 sollte in einer solchen Menge zugegeben
werden, die ausreichend ist um im Wesentlichen alles Wasser das
in der Erdprobe 102 vorhanden ist, zu trocknen. Üblicherweise
sollte ein Gramm des Trockenmittels 122 pro Gramm der Erdprobe 102 sogar
für sehr
nasse Erdproben ausreichen, aber zusätzliches Trockenmittel kann,
wenn gewünscht,
zugegeben werden. Der Trocknungsschritt 120 ist leicht
im Einsatz durchzuführen.
Einfaches mechanisches Rühren
des Trockenmittels 122 mit der Erdprobe 102 ist
ausreichend für
adäquates
in Kontakt bringen.
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Das
Lösungsmittel 106,
das im Extraktionsschritt verwendet wird kann jedes Lösungsmittel
sein, daß sich
dafür eignet,
mögliche
kontaminierende Substanzen zu lösen,
aber es ist vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel. Zum Beispiel kann
ein schwach polares Kohlenwasserstofflösungsmittel wie zum Beispiel n-Heptan
verwendet werden. Das Lösungsmittel
sollte geeignet sein, aromatische Verbindungen wie jene, die mit
Dieselkraftstoff und anderen Schwerölen, Kerosin, Kreosot, Kohleöl, Teer
oder Asphalt in Verbindung gebracht werden, zu lösen. Diese aromatischen Verbindungen
schließen
polyaromatische Kohlenwasserstoffe, die besonders geeignet für den Nachweis
gemäß des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung sind, mit ein.
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Polare,
organische Lösungsmittel
die dazu in der Lage sind Wasser zu lösen, funktionieren gut, da
jedwedes Wasser, daß während der
Extraktion 104 extrahiert wird, eine einzelne Phase mit
dem Lösungsmittel 106 in
der Extraktphase 110 bildet und so eine leichte Messung
der einzelnen Phase während
der Messung 112 erlaubt. Es ist nicht notwendig Wasser
aus der Extraktphase zu entfernen. Sauerstoffgesättigte, organische Verbindungen
und besonders die niedermolekularen Alkohole sind bevorzugte, polare,
organische Lösungsmittel.
Die niedermolekularen Alkohole (C1–C5 Alkohole) sind vielseitig,
da sie eine Vielzahl von kontaminierenden Substanzen lösen können und über weite
Temperaturbereiche eingesetzt werden können. Die niedermolekularen
Alkohole sind relativ sicher und einfach zu verwenden, ohne signifikantes
Risiko ernsthafter Gesundheits- oder Umweltbeeinträchtigungen,
wenn sie richtig angewandt werden. Besonders bevorzugt unter den
niedermolekularen Alkoholen ist Isopropylalkohol, welcher eine große Flexibilität und Vielseitigkeit
bei niedrigen Kosten erlaubt und sicher und effektiv im Einsatz
benutzt werden kann. Alternativ kann ein Kohlenwasserstofflösungsmittel,
welches keine ultraviolette Strahlung absorbiert, wie n-Heptan, benutzt werden,
vorausgesetzt die Erdprobe 102 wurde ausreichend getrocknet.
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Das
Lösungsmittel 106 sollte
in einer Menge zugegeben werden, die ausreicht, um im Wesentlichen alle
organischen, kontaminierenden Substanzen die in der Erdprobe 102 vorhanden
sein können,
zu extrahieren. Für
Isopropylalkohol ist eine Menge von 10 ml Lösungsmittel 106 pro
Gramm der Erdprobe 102 üblicherweise
ausreichend.
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Die
Messung 112 zur Identifizierung möglicher, organischer, kontaminierender
Substanzen in der Extraktphase 110 kann jede geeignete
Meßtechnik
mit einschließen.
In einem Aspekt jedoch liefert die vorliegende Erfindung eine einfache
Methode zum Nachweis der Anwesenheit aromatischer, kontaminierender
Substanzen, wie jene, die in Dieselkraftstoff und anderen Schwerölen, Kerosin,
Kreosot, Kohleöl,
Teer oder Asphalt gefunden werden. Um die Benutzung von teuren Abtastspektrometern
zu vermeiden wird die Bestrahlung nur mit einer begrenzten Anzahl,
diskreter Wellenlängen
durchgeführt.
Die Extraktphase 110 wird einer ultravioletten Strahlungsquelle
ausgesetzt und eine Reaktion der Extraktphase 110 auf die
ultraviolette Strahlung wird ausgewertet. Die Anzahl an diskreten
Wellenlängen
welchen die Extraktphase 110 ausgesetzt wird, sollte nicht mehr
als 10 sein und vorzugsweise drei oder weniger. Es sollte bemerkt
werden, daß mit
einer diskreten Wellenlänge
gemeint ist, daß die
Extraktphase 110 einem sehr engen Band an ultravioletter
Strahlung ausgesetzt wird, welches die interessante Wellenlänge enthält. Die
gewünschte
Wellenlänge
sollte in einem engen und diskreten Band von Wellenlängen sein,
das enger als 5 Nanometer ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
wird eine besonders einfache aber effektive Auswertung durchgeführt, indem
die Extraktphase 110 einer einzelnen, diskreten Wellenlänge ultravioletter
Strahlung ausgesetzt wird. Eine einzelne Wellenlänge wird aus Gründen der
Einfachheit bevorzugt. Zum Beispiel kann die Extraktphase ultravioletter
Strahlung einer Wellenlänge
von 254 Nanometern in einem Spektrometer ausgesetzt werden, welches
die Menge an ultravioletter Strahlung die von der Extraktphase 110 absorbiert
wird, messen kann. Die Absorptionsmessung liefert eine direkte Indikation
der Anwesenheit aromatischer, organischer, kontaminierender Substanzen
in der Extraktphase. Die Absorptionsablesung kann mit der Reaktion
vorbestimmter Standardlösungen
verglichen werden, um die ungefähre
Menge an Kontamination zu bestimmen. Aufgrund der Variationen in
der Zusammensetzung von verschiedenen kontaminierenden Substanzen,
einschließlich
Unterschiede zwischen einzelnen Dieselkraftstoffen, können die
durchschnittlichen Absorptionsgrade für eine bestimmte Kraftstoffart
als ungefähre
Indikationen von Kontamination verwendet werden. Wenn der Ursprung
der Kontamination jedoch bekannt ist, können Standardlösungen hergestellt
werden, die das bekannte Ursprungsmaterial verwenden, um die Genauigkeit
zu verbessern. Als ein Beispiel für die Absorptionsmessung der
vorliegenden Erfindung wird die Extraktphase 110 ultravioletter
Strahlung einer Wellenlänge
von 254 Nanometern ausgesetzt. Strahlung aus einer Quelle wie einer
Quecksilberlampe könnte
gefiltert werden, um ein schmales Band an Strahlung zu liefern,
welches ungefähr
die Wellenlänge
hat, der die Extraktphase 110 ausgesetzt wird. Eine Photodiode
zur Bestimmung der gewünschten
Wellenlänge
kann verwendet werden, um die Strahlung zu messen, die durch die
Extraktphase hindurch geht, um so die Absorption zu bestimmen.
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Obwohl
es nicht so einfach ist wie die Absorptionsmessung ist, kann auch
eine Messung der fluoreszierenden Emissionen aus der Extraktphase 110,
in Reaktion auf Anregung durch ultraviolette Strahlung, anstatt
der Absorptionsmessung durchgeführt
werden. Einen fluoreszierende Emission zeigt die Anwesenheit organischer,
kontaminierender Substanzen an. Zum Beispiel kann die Extraktphase 110 mit
einer Wellenlänge von
254 Nanometern angeregt werden und die Emission einer Wellenlänge von
340 Nanometern kann gemessen werden, um eine Indikation der Anwesenheit
kontaminierender Substanzen zu liefern. Wieder kann die Intensität der fluoreszierenden
Emission mit vorher vorbereiteten Standardlösungen verglichen werden, um
eine Indikation der Menge an Kontamination zu liefern. Mehrere anregende
Wellenlängen
könnten
mit mehreren fluoreszierenden Emissionsmessungen verwendet werden.
Zum Beispiel könnten
anregende Wellenlängen von
254 Nanometern und 280 Nanometern mit entsprechenden Messungen der
Emissionswellenlängen
bei 340 Nanometern und 450 Nanometern verwendet werden. Vorzugsweise
werden jedoch nicht mehr als 10 diskrete, anregende Wellenlängen verwendet
und nicht mehr als 10 diskrete Emissionswellenlängen werden gemessen.
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Es
ist möglich
in der Messung 112 beides, die Absorptionsinformation und
die Information der fluoreszierenden Emission, zu kombinieren. Zum
Beispiel könnte
die Absorption auf einer Linie mit der Strahlungsquelle gemessen
werden und die fluoreszierende Emission könnte in einem 90° Winkel zur
Strahlungsquelle gemessen werden. Es können zahlreiche Vergleiche
zwischen den Absorptionsmessungen und den Messungen der fluoreszierenden
Emission angestellt werden und zwischen mehrfachen Messungen der
fluoreszierenden Emission, um bei der Bestimmung der kontaminierenden
Substanzen und der Aufdeckung der Herkunft der kontaminierenden
Substanzen zu helfen, wenn dies gewünscht wird.
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Wie
bereits bemerkt besteht bei der beschriebenen Anwendung einer spektroskopischen
Meßtechnik, basierend
auf ultraviolett, egal ob sie die Messung der Absorption oder der
fluoreszierenden Emissionscharakteristiken mit einschließt, die
Möglichkeit
einer falschen Indikation von Kontamination, wenn die Erdprobe 102 humoses
Material enthält.
Humoses Material kann ultraviolette Strahlung absorbieren und kann
auch, in Reaktion auf ultraviolette Strahlung fluoreszieren. Deshalb
wird es bevorzugt, daß die
Trocknung 120, wie vorher beschreiben, angewandt wird.
Die Kombination aus der Anwendung des Trocknungsschritts, um Probleme
zu reduzieren die auftreten können
wenn humoses Material vorhanden ist, mit der sehr einfachen, spektroskopischen
Meßtechnik
und besonders der Absorptionstechnik, liefert einen vielseitiges
und relativ preiswertes und sicheres Verfahren, um Erdproben auf
kontaminierende Substanzen zu testen.
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Die
Ultraviolettmeßtechniken
der vorliegenden Erfindung sind, wie erwähnt, gut geeignet um aromatische,
kontaminierende Substanzen zu identifizieren. Viele organische kontaminierende
Substanzen, wie Benzin und viele industrielle organische Lösungsmittel,
enthalten jedoch wenige oder keine aromatische Bestandteile. Mit
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, auf
flüchtige,
nicht-aromatische Verbindungen zu testen, die üblicherweise in Benzin und
vielen industriellen Lösungsmitteln,
wie Trichloroethylen, vorhanden sind, zusätzlich zum Testen auf aromatische,
kontaminierende Substanzen, wie bereits beschrieben. Flüchtige,
organische Bestandteile können
getestet werden, indem eine Probe des Gasraums in unmittelbarer
Umgebung der Erdprobe 102 genommen wird, zum Beispiel mit
einem Flammionisationsdetektor oder einem Photoionisationsdetektor,
bevor die Trocknung 120 oder die Extraktion 104 durchgeführt wird.
Zum Beispiel könnte
der Deckel eines Glasgefäßes mit
einer Entnahmeöffnung
versehen werden, um eine Probenentnahme der Umgebung über der
Erdprobe in dem Glasgefäß zu erlauben.
Die Erdprobe 102 könnte
dann getrocknet, extrahiert und gemessen werden, wie vorher bereits
beschrieben. Alternativ könnte
eine erste Portion der Erdprobe 102 verwendet werden, um
die Anwesenheit flüchtiger,
aromatischer Bestandteile zu bestimmen und eine zweite Portion der
Erdprobe 102 könnte
für die
Messung organischer, kontaminierender Substanzen extrahiert werden,
wie vorher bereits beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun weiter durch die folgenden, nicht
einschränkenden
Beispiele beschrieben.
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BEISPIELE 1–20
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Die
Beispiele 1–20
zeigen falsche Indikationen von Kontamination, die durch die Anwesenheit
humosen Materials verursacht werden können und die Benutzung von
Kalziumoxid als Trockenmittel, um die Möglichkeit einer falschen Indikation
von Kontamination zu reduzieren.
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Die
Tests werden an vier verschiedenen Böden durchgeführt: Einem
sandigen Boden, einem schlammigen Boden, einem lehmigen Boden und
einer kommerziell erhältlichen
Pflanzerde, die eine beträchtliche Menge
an humosen Material enthält.
Zwei Reihen an Tests werden für
jede An von Probe durchgeführt.
In der ersten Testreihe sind die Proben Leerwerte und enthalten
keine Kontaminationen. In der zweiten Testreihe werden die Proben
mit einem kommerziell erhältlichem
Dieselkraftstoff Nr. 2 versetzt, um 400 Milligramm Diesel pro Kilogramm
Boden zu gewährleisten.
In jeder Testreihe werden fünf
verschiedene Testproben für
jeden Bodentyp wie folgt hergestellt. (1) eine Bodenprobe von 10
Gramm ohne zugegebenes Wasser; (2) eine Bodenprobe von 10 Gramm
mit 2,5 Milliliter Wasser; (3) eine Bodenprobe von 10 Gramm mit
2,5 Milliliter Wasser, die mit 5 Gramm Kalziumchlorid getrocknet
wurde; (4) eine Bodenprobe von 10 Gramm mit 10 Milliliter Wasser; (5)
eine Bodenprobe von 10 Gramm mit 10 Milliliter Wasser, die mit 15
Gramm Kalziumchlorid getrocknet wurde;
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Für jeden
Test wird die Probe extrahiert, indem die Probe in eine Flasche
gegeben wird und 100 Milliliter Isopropylalkohol als Extraktionslösungsmittel
zugegeben werden. Die Probe und das Extraktionslösungsmittel werden für drei Minuten
mit einem Magnetrührer
vermischt. Der Mischung wird dann erlaubt sich abzusetzen und der Überstand
wird in eine 10 Milliliter Spritze gefüllt und durch einen 0,45 Mikron Spritzenfilter
gefiltert. Das Filtrat wird dann in ein Shimadzu Modell LJV-265
Abtastspektrophotometer gegeben und die Absorption der ultravioletten
Strahlung bei einer Wellenlänge
von 254 Nanometern wird gemessen und mit Standardlösungsmessungen,
die vorher mit verschiedenen Konzentrationen von Dieselkraftstoff
in Isopropylalkohol durchgeführt
wurden, verglichen.
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Die
Ergebnisse der Beispiel 1–20
werden in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Ergebnisse der Leerwertproben
zeigen, daß die
Leerwertergebnisse im Allgemeinen für die sandigen, schlammigen
und lehmigen Böden
akzeptabel niedrig sind. Die Probe der Pflanzerde jedoch, die eine
beträchtliche
Menge an humosem Material aufweist, zeigt eine sehr hohe Leerwertabsorption,
die wenn sie nicht in Betracht gezogen wird, eine falsche Indikation
von Kontamination zur Folge haben würde. Die Leerwertergebnisse
sind sogar noch höher wenn
die Proben der Pflanzerde Wasser enthalten was vermuten läßt, daß nasse
Erdproben die humoses Material aufweisen besonders anfällig für eine falsche
Indikation von Kontamination sind. Durch die Zugabe von Kalziumoxid
jedoch werden alle Leerwertabsorptionsergebnisse auf ein akzeptabel
niedriges Maß reduziert. Die
Daten für
die versetzten Proben läßt vermuten,
daß Isopropylalkohol
ein wirksames Lösungsmittel
zur Extraktion der Dieselverschmutzungen aus den Bodenproben ist.
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BEISPIELE 21–36
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Die
Beispiel 21–36
zeigen die Benutzung zahlreicher Trockenmittel, um Problem zu vermindern,
die durch die Anwesenheit humosen Materials in einer flüssigen Extraktphase
auftreten können.
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Eine
Testlösung,
die 35 Milligramm Huminsäure
pro Liter destilliertem Wasser enthält, wird hergestellt. Eine
50 Milliliter Probe der Lösung
wird ultravioletter Strahlung von 254 Nanometern ausgesetzt und
die Absorption der ultravioletten Strahlung bei dieser Wellenlänge wird
bestimmt. Zu weiteren 50 Milliliter Proben werden 1 Gramm und 5
Gramm Mengen von verschieden Trockenmitteln gegeben. Diese Proben
werden gefiltert, um Feststoffteilchen zu entfernen und das Filtrat
wird ultravioletter Strahlung von 254 Nanometern ausgesetzt und
die Absorption bei dieser Wellenlänge wird bestimmt.
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Die
Ergebnisse der Beispiele 21–36
werden in Tabelle 2 gezeigt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß alkalische
Erdmetallzusammensetzungen Alkalimetallzusammensetzungen überlegen
sind. Kalziumoxid, Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid liefern die
niedrigsten Meßergebnisse,
was darauf hinweist, daß sie besonders
effektiv dabei sind, Huminsäure
daran zu hindern, die Absorptionsmessungen zu beeinflussen.
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BEISPIELE 37–52
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Die
Beispiele 37–52
zeigen die Zugabe verschiedener Trockenmittel zu Erdproben aus Pflanzerde, welche
einen hohen Gehalt an humosem Material enthält.
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Die
Proben werden aus 2,5 Gramm Pflanzerde und 2,5 Milliliter destilliertem
Wasser hergestellt. Fünf Gramm
verschiedener Trockenmittel werden zugegeben und gut mit den Proben
vermischt. Die Mischung wird dann durch die Zugabe von 50 Millilitern
Isopropylalkohol zur Mischung und dreiminütigem Rühren der Mischung auf einem
Magnetrührer
extrahiert. Die extrahierten Proben werden dann gefiltert und das
Filtrat aus jedem Test wird ultravioletter Strahlung von 254 Nanometern
ausgesetzt und die Absorption bei 254 Nanometern wird bestimmt.
Es werden zwei Tests für
jedes Trockenmittel durchgeführt.
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Die
Ergebnisse der Beispiele 37–52
werden in Tabelle 3 gezeigt und weisen darauf hin, daß alkalische Erdmetallverbindungen
besser funktionieren als Alkalimetallverbindungen. Auch scheinen
Kalziumoxid und Magnesiumoxid besser zu sein als die anderen Trockenmittel.
Kalziumoxid wird jedoch bevorzugt, da as sich einfacher mit der
Erdprobe mischen läßt und sich
leicht rühren
läßt, im Gegensatz
zu als Magnesiumoxid und einigen anderen Trockenmitteln, die dazu
tendieren zu verklumpen oder zementartige Stücke zu bilden, die Einfluß auf die
Testvorgänge
haben könnten.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wurden detailliert beschrieben. Es sollte
erkannt werden, daß jedes
Element dieser beschrieben Ausführungsformen
mit Elementen jeder anderen Ausführungsform
in jeder Kombination kombiniert werden kann. Zum Beispiel kann jede
Kombination aus Lösungsmittel,
Trockenmittel und Meßtechnik
benutzt werden. Weiterhin werden Modifikation und Adaptionen der
offenbarten Ausführungsformen,
jenen die sich auf diesem Gebiet auskennen, offensichtlich sein.
Es ist eindeutig zu verstehen, daß solche Modifikation und Adaptionen
im Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt,
mit eingeschlossen sind.
