DE7916943U1

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Info

Publication number: DE7916943U1
Application number: DE7916943U
Authority: DE
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1978-06-09
Publication date: 1979-11-29

Description

Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55101, V.St.A.

Überwachungsvorrichtungen mit kontrollierter Empfindlichkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft VoirLchtungen zum Messen der Menge mindestens einer gewählten Komponente einer Strömungsmittelmischung. Insbesondere betrifft sie Überwachungsvorrichtungen bzw. Monitore für die quantitative Ermittlung von Umwelt-. Schadstoffen in Strömungsmitteln wie Luft, Wasser usw.

In den letzten Jahren hat man zunehmend versucht, den Industriearbeitern eine Arbeitsumgebung zu geben, die frei ist von gefährlichen Konzentrationen an toxischen Stoffen. Die "Occupational. Safety and Health Administration" (OSHA) des Ministeriums für Arbeit der V.St.A. hat Bestimmungen herausgegeben, nach denen Industriegebiete und -Umgebungen überwacht werden müssen, um zu bestimmen, wie stark die Arbeiter verschiedenen gefährlichen Gasen ausgesetzt sind. Normen sind aufgestellt worden, die die Menge eines bestimmten gefährlichen Gases begrenzen, der ein

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Arbeiter für eine vorgegebene Zeitspanne ausgesetzt sein darf.

Um zu bestimmen, wie stark eine Einzelperson einem bestimmten Stoff ausgesetzt ist, müssen Proben der den Stoff enthaltenden Strömungsmittelmischung genommen werden. Im allgemeinen hat man die Probenentnahme mit Pumpen oder evakuierten Kammern durchgeführt, um ein definiertes Volumen eines einen Schadstoff enthaltenden Strömungsmittels durch ein geeignetes Euter oder in einen Behälter zu schicken. Diese Probenentnahme wurde erheblich vereinfacht und verbessert durch die Einführung diffusionsgesteuerter Monitore, wie sie die US-PSn 5924 219 und 3 950 beschreiben. Diese Vorrichtungen nutzen die Brownsche Molekularbewegung aus, um die Probenübergabe an ein Auffangmedium zu steuern. Sie sind im Gewicht leicht, unauffällig und wirtschaftlich und erfordern keine externe Energiequelle. Sie weisen ein Gehäuse mit einer Sammelschicht auf, die selektiv den oder die Schadstoff(e) aus dem umgebenden Strömungsmittel auszieht oder sonstwie mit ihm in Wechselwirkung tritt; weiterhin enthält sie eine oder mehr poröse Dämpfungsschichten über der Öffnung des Gehäuses. Das umgebende Strömungsmittel strömt in die Einrichtung ein, indem es durch die Dämpfungsschicht diffundiert, während die gewählte Komponente durch eine ruhende Strömungsmittelschicht zur Sammelschicht diffundiert. Die ruhende Schicht nimmt innerhalb des Gehäuses das Volumen ein, das vom umgebenden Strömungsmittel durch die äußere Dämpfungsschicht getrennt ist. Die Dämjfpfungsschicht(en) und die ruhende (n) Schicht (en) reduzieren

erheblich die unerwünschten Auswirkungen einer Bewegung des
Strömungsmittels relativ zur Vorrichtung. Nachdem die gewählten Schadstoffe von der Sammelschicht aufgenommen worden sind, läßt die Konzentration des Schadstoffs im umgebenden Strömungsmittel durch Analyse der Sammelschicht unter Verwendung einer Vielzahl herkömmlicher Verfahren bestimmen, die von der Chemie der
Sammelschicht und dem zu überwachenden Schadstoff abhängen.

In einer diffusionsgesteuerten Überwachungseinrichtung der oben beschriebenen Art ist erwünscht, folgende Einflußgrößen zu maximieren: (1) die Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit, (2) die Einstellung der Empfindlichkeit über einen breiten Bereich der
Konzentration an Schadstoffen, und (2) die Gleichmäßigkeit des
Molekül- oder Atomflusses an der Sammelschicht. Die Vorrichtungen des Standes der Technik bieten keine optimale Kombination dieser drei Eigenschaften insgesamt. Insbesondere erlauben die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik keine hohe Empfindlichkeit
(zum Einsatz in Umgebungen mit niedriger Konzentration), ohne
auch die Unabhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit zu
beeinträchtigen.

Die Geschwindigkeitsunabhängigkeit bei einem Diffusionsmonitor
betrifft die Freiheit von den Auswirkungen einer veränderlichen Geschwindigkeit des Strömungsmittels unmittelbar am Monitor. Zum Verständnis dieser Eigenheit soll auf folgendes verweisen sein:

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Die von einem Diffusionsmonitor aufgenommenen Probenmoleküle müssen durch (1) eine äußere Grenzschicht mit variablem Widerstand gegen den Durchgang von Molekülen und (2) eine interne Ruheschicht strömen, deren Widerstand gegen den Durchgang von Molekülen verhältnismäßig konstant ist.

Die externe Grenzschicht befindet sich außerhalb der außenliegenden Dämpfungsschicht und der Widerstand dieser Schicht ändert sich mit den Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels. Die interne ruhende Schicht ist zwischen der äußeren Dämpfungsschicht und der Sammelschicht eingebettet und ihr Widerstand bleibt konstant, wenn die Schicht selbst ruhend bleibt.

Sind die stärksten Schwankungen des Widerstands der externen Grenzschicht klein gegenüber dem Widerstand der internen ruhenden Schicht, hat der Monitor eine hohe Geschwindigkeitsunabhängig-· keit. Indem man das Verhältnis des inneren zum äußeren Widerstand erhöht, kann man die Geschwindigkeitsunabhängigkeit verbessern. In der vorliegenden Erfindung wird die Geschwindigkeitsunabhängigkeit erhöht, ohne daß man den Molekülfluß an der Sammelschicht abschwächt.

In den Vorrichtungen des Standes der Technik wie den der US-PS 3 950 980 erfolgt die Empfindlichkeitseinstellung, indem man die Dicke der Dämpfungsschichten und der ruhenden Schicht ändert.

Stärker dämpfende Dämpfungsschichten - wie poröse Plättchen aus teilchenförmigen Material - verringern die in die Vorrichtung eindringende Menge des Strömungsmittels und damit die Empfindlichkeit. Weniger stark dämpfende Dämpfungsschichten und eine dünnere Ruheschicht erlauben einer größeren Menge Strömungsmittel, in die Voidchtung einzuströmen, und erhöhen damit deren Empfindlichkeit. Eine Erhöhung der Empfindlichkeit durch Einsatz schwächer dämpfender Dämpfungsschichten und dünnerer Ruheschichten erreichte man bisher aber nur auf Kosten der Geschwindigkeitsunabhängigkeit ·

Die vorliegende Erfindung enthält Mittel, mit denen sich eine hoh£ Empfindlichkeit ohne Einbuße an Geschwindigkeitsunabhängigkeit erreichen läßt. Weiterhin sind Mittel entdeckt worden, um die Empfindlichkeit zu reduzieren, ohne eine stärker dämpfende Dämpfungseinrichtung verwenden zu müssen. Man erhält daher nunmehr eine über einen sehr breiten Bereich wirkende Kontrolle über die Empfindlichkeit der Vorrichtung, ohne dabei deren Geschwindigkeit*! Unabhängigkeit aufgeben zu müssen. Diese Kontrolle macht es möglich, einen Mehrkammer-Monitor herzustellen, dessen einzelne Kammern unterschiedliche Empfindlichkeit aufweisen und dessen Sammelschichten jeweils separat analysiert werden können.

Im Stand der Technik verursachte die Verwendung restriktiver Dämpfungseinrichtungen wie beispielsweise poröser Platten und/ oder Diffusionsgitter, obwohl in vielen Anwendungen ausreichend, zuweilen einen ungleichmäßigen Fluß bei Empfindlichkeitssteuerung

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über einen breiten Bereich und Geschwindigkeitsunabhängigkeit.

Die vorliegende Erfindung ergibt also Überwachungsvorrichtungen bzw. Monitore, deren Empfindlichkeit sich einem breiten Bereich von Konzentrationen des zu überwachenden Schadstoffs anpassen läßt. Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung Mittel, die eine regelmäßige und gleichmäßige Ablagerung des aufgesammelten Schadstoffs gewährleisten« Bei jeder gegebenen Konzentration des Schadstoffs gewährleistet die vorliegende Erfindung die Geschwindigkeit sunabhängigkeit, während sie die Stärke des Molekülflusses an der Sammelschicht wählbar hält. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung eingesetzt werden zur Herstellung von Mehrkammer-Vorrichtungen, in denen die Kammern unterschiedlich empfindlich sind; derartige Vorrichtungen arbeiten präzise über einen breiten Bereich von Schafstoffkonzentrationen. Versieht man die Sammelschicht (en) derartiger Mehrkamm-Vorrichtungen mit einer Sichtanzeige wie beispielsweise einer geeichten Farbänderung, kann der Benutzer an der fortschreitenden Farbänderung von der empfindlichsten zur unempfindlichsten Kammer erkennen, wie stark er einem bestimmten Schadstoff ausgesetzt ist.

Wird ein Bestandteil eines Strömungsmittels in einer festen Konzentration ermittelt, bestimmt sich die Empfindlichkeit eines Monitors aus den pro Flächeneinheit aufgenommenen bzw. umgesetzten Molekülen. Je größer die Anzahl der Moleküle pro Flächeneinheit, desto höher die Empfindlichkeit des Monitors; die

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Empfindlichkeit nimmt ab, wenn weniger Moleküle pro Flächeneinheit der Sammelschicht aufgenommen werden. Der molekulare Flug (J) der zu bestimmenden Komponente auf die Sammelschicht in einer Diffusionsüberwachungseinrichtung steht im Zusammenhang mit deren Empfindlichkeit.

Der molekulare Fluß (J) ist definiert als die an der Sammelschich· pro Flächeneinheit derselben ankommende zeitbezogene Molekülanzahl

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Nach der Integration ergibt sich die Anzahl der innerhalb der Zeitspanne (t) auf der Fläche (A) aufgefangenen Moleküle zu

n/A = jt + K

wobei η die Gesamtzahl der aufgefangenen Moleküle und K eine Integrationskonstante sind. Die pro Flächeneinheit aufgefangene oder umgesetzte Gesamtmolekülzahl ist also direkt proportional der Empfindlichkeit des Monitors und auch direkt proportional dem molekularen Fluß an der Sammelschicht des Monitors. Die Empfindlichkeit der Diffusionsmonitore läßt sich dann einstellen, indem man den molekularen Fluß der zu erfassenden Komponente auf die Sammelschicht steuert. Eine Überwachungseinrichtung wie die

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in Fig. 2 dargestellte weist ein zylindrisches Gehäuse auf, durch das die Moleküle hindurch diffundieren müssen, bevor sie die Sammelschicht erreichen. Der molekulare I¹IuB (J) (Moleküle pro Sekunde und QuadratZentimeter) auf der Sammelschicht einer solcheji Vorrichtung läßt sich mit dem ersten Diffusionsgesetz nach Fick ausdrücken zu

in dem D der binäre Diffusionskoeffizient und dc/dx der Konzentrationsgradient innerhalb des Gehäuses ist. Am Eingang des Diffusionsgehäuses, wo χ = 0 gilt, ist die Konzentration (C) im wesentlichen gleich der Umluftkonzentration C.. An der Sammelschicht, für die χ = 1 (1 = Dicke des Gehäuses), ist die Konzentration C . Der obige Zusammenhang läßt sich in einer Dimension zu

J = (C₁ - C₀) . D/l

integrieren. Der molekulare I"luß (J) ist also invers proportional zur Dicke (1) des Diffusionsgehäuses und direkt proportional der Differenz zwischen der Konzentration (C.) am Eingang und der Konzentration (0_Q) an der Sammelschicht dieses Diffusionsgehäuses Verwendet man eine solche Überwachungsvorrichtung zur Entnahme von Proben eines Strömungsmittels mit fester Konzentration (C.) aus der Umgebung, ist die Dicke (1) des Diffusionsgehäuses ein

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Mittel, um den molekularen Fluß (J) an der Sammelschicht und damit die Empfindlichkeit des Monitors einzustellen.

Nach der vorliegenden EifLndung lassen sich der molekulare Fluß zur Sammelschicht und damit die Empfindlichkeit steuern, indem man die geometrische Gestalt der Diffusionskammer oder des Durchflußkanals unmittelbar an der Sammelschicht und/oder die entsprechende Flächengröße der Sammelschicht und die Flächengröße des Kammereingangs variiert. Bei einem zylindrischen Diffusionsgehäuse mit glatten verti&kalen Seitenwänden, wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Diffusion eindimensional, da der Gradient der molekularen Konzentration mit der Dickenachse verläuft. Hat das Diffusionsgehause keine glatten vertikalen Seitenflächen, erfolgt die Diffusion in mehr als einer Dimension, da der Konzentrationsgradient mehr Richtungen als eine hat.

Diese mehrfach gerichteten Gradienten waren in den Vorrichtungen des Standes der Technik, wie sie beispielseeise die US-PS 3 950 980 beschreibt, so stark vorhanden, daß sie im Innern der porösen Dämpfungsschichten lagen. In diesen Fällen wirkten sie aber immer so, daß sie den molekularen Fluß an der Sammelschicht abschwächten, und das Vorhandensein der Dämpfungsschicht bewirkten zuweilen eine ungleichmäßige Ablagerung von Molekülen. Indem man nach der vorliegenden EifLndung (1) die Größe und die Gestalt der Kammer und (2) das Verhältnis der Fläche der Sammelschicht zur Fläche des Kammereingangs einstellt, kann man den molekularen Fluß und damit die Empfindlichkeit an der Sammel-

schicht verstärken oder abschwächen und auch regelmäßig einen gleichmäßigen molekularen Fluß und eine Geschwindigkeitsunabhängigkeit erreichen. Es lassen sich also Einkammer-Monitore herstellen, um das Vorhandensein von Schadstoffen in der Umluft über einen sehr breiten Konzentrationsbereich ermitteln zu können.

Obgleich die von der Erfindung erbrachte Empfindlichkeitssteuerung sich nutzbringend auch in Einkammer-Monitoren einsetzen läßt, ist sie besonders nützlich für Mehrkammer-Monitore, bei denen die Empfindlichkeit in bestimmten Schritten von Kammer zu Kammer zunimmt.

Die vorliegende Erfindung schafft Vorrichtungen zur Messung der Menge mindestens einer gewählten Komponente in einer Strömungsmittelmischung. In der Vorrichtung ist eine Sammelschicht mit einer Frontalfläche zur Aufnahme der gewählten Komponenten angeordnet. Die Sammelschicht wird von einem Boden getragen. Die Sammelschicht kann als Boden dienen, wenn sie selbsttragend ist und der Kontakt mit dem umgebenden Strömungsmittel nur in der Kammer stattfindet. Die Sammelschicht ist von Sperrmitteln umgeben, die mindestens eine Kammer mit einem Eingang bilden, durch den die Strömungsmittelmischung in die Kammer diffundiert und in der die Sammelschicht sich befindet. Eine im wesentlichen ruhende Schicht eines Strömungsmittels ist in der Kammer angeordnet. Das Verhältnis der Fläche des Kammereingangs zur Frontalfläche der Sammelschicht ist vorbestimmt, um eine Meßvorrichtung

zu erstellen, in der der Konzentrationsgradient der gewählten Komponenten in der Kammer nichtlinear ist und einen Molekulartransport durch die Kammer zwischen dem Kammereingang und der Sammelschicht ergibt, der konvergent, divergent oder beides ist. Demgegenüber können die nichtgewählten Komponenten des Strömungsmittels regellos in die und aus der Kammer diffundieren.

Ist das Verhältnis (r) der Kammereingangsfläche zur Frontalfläche der Sammelschicht größer als eins und/oder ist die Gestalt der ruhenden Schicht derart, daß der Molekulartransport konvergent ist, werden die in die Kammer eindringenden Schadstoffmoleküle pro Flächeneinheit der Sammelschicht konzentriert. Eine derartige Vorrichtung zeigt eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber einer solchen, bei der (r) gleich oder kleiner als eins ist, und arbeitet dementsprechend genauer bei der Überwachung von Umgebungen, in denen die Schadstoffkonzentration gering ist. Der hier benutzte Ausdruck "Kammereingangsfläche" soll die ebene Fläche der größten Öffnung am Kammereingang bezeichnen. Der hier für die Sammelschicht benutzte Ausdruck "Frontalfläche" bezeichnet eine 1:1-Projektion der ebenen oder scheinbaren Fläche, nicht die tatsächliche Flächengröße des porösen Materials, die größer sein kann.

Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung eingestellt werden kann ohne Einbuße an einer gleichmäßigen Molekülablagerung oder Gesehwindigkeitsunabhängigkeit, indem man die Gestalt und folglich den inneren Widerstand

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der Kammer aus ruhendem Strömungsmittel an der Sammelschicht gegenüber dem molekularen Fluß variiert. Vorrichtungen, bei denen die Wandungen der Kammer allgemein unter einem spitzen Winkel zur Ebene einer gegebenen Sammelschicht verlaufen, weisen einen höheren Widerstand auf; der Molekulartransport ist dann divergent. Vorrichtungen, bei denen die Kammerwandungen unter einem stumpfen Winkel zur Ebene einer Sammelschicht der gleichen Größe verlaufen, weisen einen verringerten Innenwiderstand, eine erhöhte Empfindlichkeit und einen konvergenten Molekulartransport auf. Die Wandungen der Kammer können auch gekrümmt sein, um den Kammerwiderstand gegenüber dem Molekularfluß zu erhöhen oder zu verringern, und damit die Empfindlichkeit zu verringern bzw. zu erhöhen, selbst wenn das Verhältnis (r) der Kammereingangsfläche zur Sammeischichtflache gleich ist. Eine Konvergenz oaer Divergenz der Kammerwände läßt sich auch stufenweise - im Gegensatz zu stetig konvergierenden oder divergierenden Innenflächen - erreichen.

Der Ausdruck "Kammer", wie er hier verwendet ist, bezeichnet den zwischen der Sammelschicht und der Dämpfungsschicht bzw., falls mehr als eine Dämpfungsschicht vorliegt, der innersten Dämpfungsschicht befindlichen Teil der Vorrichtung; Kanäle in der Dämpfungsschicht oder dem Diffusionsgitter gelten im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht als T_eil der "Kammer". Weiterhin verläuft die Kammer nicht in sätmlichen Vorrichtungen notwendigerweise über die gesamte Entfernung von der Sammelschicht zur Dämpfungsschicht. In einigen von ihnen ist die Dämpfungsschicht

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geringfügig über die die Kammer bzw. Kammern der Vorrichtung bildenden Wände angehoben, um die Dämpfungsschicht am Rand lagern zu können und - im Fall von Mehrkammer-Vorrichtungen - eine Dämpfungsschicht zu erlauben, die mehr als eine Kammer bedient. Bei derartigen Vorrichtungen liegt ein flacher gemeinsamer Eingangsbereich bzw. eine Vorkammer vor, die aber nicht als Teil der "Kammer" der vorliegenden Vorrichtung gelten soll.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben werden.

Pig. 1 ist eine Draufsicht eines Monitors nach dem Stand der Technik beispielsweise der US-PS 3 929 219;

Fig. 2 ist ein Schnitt auf der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt einer Überwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit erhöhter Empfindlichkeit;

Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine Überwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit verringerter Empfindlichkeit;

Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung ähnlich der in Fig. 4 gezeigten_y bei der ein Strömungsmittel-Sammelteil an der porösen Sperrschicht vorliegt;

Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine Überwachungsvorrichtung mit Wandungen, die stufenweise zur Sammelschicth konvergieren

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Fig. 7 ist eine Di^aufsicht einer Mehrkammer-Überwachungsvorrichtung mit unterschiedlicher Empfindlichkeit;

Fig. 8 ist ein Schnitt auf der Linie 8-8 der Fig. 7;

Fig. 9 ist eine Draufsicht einer Mehrkammer-Überwachungseinrichtung ;

Fig. 10 ist ein Schnitt auf der Linie 10-10 der Fig. 9;

Fig. 11 ist ein Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung, die
die Fig. 10 zeigt;

Fig. 12 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der

Überwachungseinrichtung der Fig. 9-11 von der Seite und zeigt deren verschiedene Bestandteile;

Fig. 13 ist eine Draufsicht einer Mehrkammer-Überwachungsvorrichtung ;

Fig. 14- ist ein Schnitt auf der Linie 14-14 der Fig. 13;

Fig. 15 ist ein Schnitt durch eine Einkammer-Überwachungsvorrichtung mit sehr hoher Empfindlichkeit; und

Fig. 16 und 17 sind an verschiedenen Vorrichtungen aufgenommene Kurven der Empfindlichkeit als Funktion kontrollierter Parameter.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist geeignet für die Verwendung zum Messen der Menge einer gewählten Komponente

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eines Strömungsmittels in einer Mischimg. Sie kann von Personen getragen oder in einer Umgebung angeordnet werden, der Proben gewählter Komponenten entnommen werden sollen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Überwachungsvorrichtung 20 nach dem Stand der Technik, bei der keine Einrichtungen zur Erhöhung oder Verringerung der Empfindlichkeit vorgesehen sind außer dem Verkürzen oder Verlängern des zylindrischen Diffusionsgehäuses. Die Vorrichtung 20 ist in der Draufsicht allgemein kreisrund und weist eine vom Boden 24- getragene Sammelschicht 22 auf. Der Boden 24 geht in die Seitenwände 26 über und bildet mit diesen gemeinsam ein Gehäuse 28, das die Sammelschicht 22 enthält. Die Sammelschicht ist im Gehäuse 28 mit einem Haltering 30 festgelegt. Über die Öffnung des Gehäuses 28 liegt eine poröse Dämpfungsschicht 32, die der Strömungsmittelmischung erlaubt, in das Gehäuse 28 einzudiffundieren,und die Auswirkung des außen sich bewegenden Strömungsmittels auf die Genauigkeit der Vorrichtung erheblich reduziert. Das Strömungsmittel im Gehäuse 28 ist im wesentlichen ruhend. Die Seitenwände 26 enden an den freien Kanten mit einem Rand, der eine Nut 34- enthält, die einen Haltering 36 herausnehmbar aufnimmt, um die poröse Dämpfungsschicht 32 in der Solllage zu halten und dicht abzuschließen. Auf einer Seite der Vorrichtung steht aus den Wänden 26 eine Lasche 38 mit einer öffnung 40 vor, mit der die Vorrichtung auf geeignete Weise in einer gewählten Lage - beispielsweise nahe dem Atembereich eines Arbeiters - angebracht werden kann.

Das Verhältnis (r) der Frontalfläche (Kammereingangsfläche) der porösen Dämpfungsschicht 32 und der Frontalfläche der Sammelschicht 22 ist im wesentlichen gleich eins. Folglich wird der molekulare Fluß an der Oberfläche der Sammelschicht weder verstärkt noch abgeschwächt.

Die Fig. 3 zeigt eine typische Überwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die gegenüber der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 eine verbesserte Empfindlichkeit zeigt. Die Vorrichtung 42 ist in der Draufsicht ebenfalls im wesentlichen rund. Sie unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung nach dem Stand der Technik jedoch in zweifacher Hinsicht. Zunächst ist die Frontalfläche der Dämpfungsschicht 44 beispielsweise 5Ctoal größer als die Frontalfläche der Sammelschicht 46. Darüber hinaus ist die Gestalt der Kammer 38 durch das Hinzufügen von Innenwänden 50 abgeändert, die nicht rechtwinklig zur Ebene der Sammelschicht 46, sondern stumpfwinklig zur Sammelschicht verlaufen, so daß eine nach unten sich verjüngende kegelstumpf förmige Kammer entsteht, bei der die Sammelschicht 46 die Spitze des Kegels und die Dämpfungsschicht 44 dessen Grundfläche bilden. Während der Probenentnahme ist der molekulare Fluß an der Sammelschicht gegenüber dem der Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 um das Verhältnis der Durchmesser von Kammereingangsfläche und Frontalfläche der Sammelschicht beispielsweise um etwa das 700-fache stärker. Diese Vorrichtung ist brauchbar für die Entnahme von Schadstoffproben aus Umgebungen, die sehr kleine Schadstoffkonzentrationen enthalten. Die Flächengröße der Sammel-

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schicht 4-6 beträgt etwa 20 % der der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2. Folglich sind die Kosten der Samme1schicht im Vergleich zu der der Vorrichtung in der Fig. 1 erheblich geringer. Da weiterhin die gesamte molekulare Strömung über die Dämpfungsschicht wesentlich schwächer ist, d.h. 13 bis 14- % des Flusses bei der Vorrichtung der Fig. 1 und 2, verringern sich die Probenfehler infolge der UmStrömungsgeschwindigkeit an der Vorrichtung. Die Verringerung der sich aus den Extremen der Umströmungsgeschwindigkeit ergebenden Fehler ergibt sich aus der Erhöhung des Verhältnisses des Innen- zum Außenwiderstand gegenüber der Molekülströmung. Der Innenwiderstand gegenüber der Molekülströmung hängt von der Gestalt und Größe der Kammer an der Sammelschicht und von (r) ab. Der Außenwiderstand ist eine Funktion der Umströmungsf geschwindigkeit und der Fläche und Dicke der Grenzschicht des Strömungsmittels an der äußersten Dämpfungsschicht der Vorrichtung. Mit zunehmenden Verhältnis des Innen- zum Außenwiderstand, nehmen die von der UmStrömungsgeschwindigkeit verursachten Fehler ab. Die vorliegende Erfindung kombiniert eine Verringerung der Geschwindigkeitsfehler mit einer Verstärkung des molekularen Flusses an der Sammelschicht. In vielen Erfindungen muß man einen Kompromiß zwischen erwünschten Eigenschaften hinnehmen. In der vorliegenden Erfindung lassen sich eine erhöhte Empfindlichkeit und verringerte Geschwindigkeitseffekte gleichzeitig erreichen, und beide sind wünschenswert.

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Die Überwachungsvorrichtung 52 der Fig. 4- hat eine geringere Empfindlichkeit gegenüber der Anordnung der Fig. 1 und 2 und ist gedacht zum Einsatz in Umgebungen, in denen die Konzentration des zu überwachenden Schadstoffs hoch ist. Die Kammereingangsfläche unter der Dämpfungsschicht 5^ beträgt beispielsweise 1/50 der Frontalfläche der Sammelschicht 56. Die Seitenwände 58 verlaufen nicht rechtwinklig zur Sammelschicht 56» sondern unter einem spitzen Winkel zu ihr. Die Wände 58 sind einwärts geneigt und bilden eine kegelstumpfförmige Kammer 60, die die Sammelschicht 56 enthält, die die Grundfläche des Kegels bildet, während die Dämpfungsschicht an der Spitze des Kegels liegt. Die Sammelschicht 56 wird von einem Haltering 62 in der Sollage festgehalten. Im Vergleich zu den Anordnungen der Fig. 1 und 2 ist der molekulare Fluß an der Sammelschicht erheblich schwächer, d.h. für die hier dargestellte Anordnung um etwa 86 %. Ein Nachteil einer solchen Einrichtung ist, daß der molekulare Fluß in dem unmittelbar an die Dämpfungsschicht 54- angrenzenden Teil der Kammer 60 etwa 7mal stärker ist als bei den Vorrichtungen der Fig. 1 und 2. Als Ergebnis dieses starken molekularen Flusses unmittelbar an der porösen öffnung der Vorrichtung nehmen die geschwindigkeitsbedingten Probenfehler zu - insbesondere die durch geringere Um- ; Strömungsgeschwindigkeiten verursachten. Der Grund hierfür hängt j damit zusammen, daß die geschwindigkeitsbedingten Probenfehler j bei der Vorrichtung der Fig. 3 geringer sind. Im Fall eines j

Überwachungsvorrichtung nach Fig. 4- ist der Grenzschichtwiderstand wesentlich höher als der des Monitors der Fig. 3. Daher ist das Verhältnis des Innenwiderstands (der Ruheschicht) zum Außen-

widerstand (der äußeren Grenzschicht) kleiner und die Geschwindigkeitsfehler sind daher größer. Die Kammer 60 ist so gestaltet, daß man eine gleichmäßige Ablagerung der Moleküle erhält.

Die Überwachungsvorrichtung 64 nach Fig. 5 ist wie die der Fig. 4 zur Probenentnahme in Umgebungen gedacht, die den zu erfassenden Schadstoff in hoher Konzentration enthalten. Sie ist jedoch geringfügig modifiziert, um die bei der Anordnung nach Fig. 4 auftretenden geschwindigkeitsbedingten Fehler abzuschwächen. Die Frontalfläche der Dämpfungsschicht 66 vergrößert sich dabei auf etwa die der Fig. 1. In die Vorrichtung über die Dämfpfungsschicht 66 eindringendes Strömungsmittel erreicht zunächst einen Sammelteil 68, den die Innenwandungen 70 bilden, die vom Rand aus einwärts geneigt sind und einen nach unten verjüngten Kegelabschnitt mit einer Öffnung 72 an der Spitze bilden, die in die Kammer 74 über der Sammelschicht 76 mündet. Die Innenflächen der Kammer 74 sind unter einem spitzen Winkel mit der Ebene der Sammelschicht 76 geneigt. In dieser Ausführungsform ergibt die verringerte Fläche der Öffnung 72 im Verhältnis zur Frontalfläche der Sammelschicht 76 (beispielsweise 1 : 49) eine geringere Empfindlichkeit. Der Geschwindigkeitsfehler dieser Vorrichtung ist um etwa die prozentuale Zunahme der Frontalfläche der Dämpfungsschicht 66 geringer als der der Fig. 4. Der molekulare Fluß an der Oberfläche der Sammelschicht 76 ist geringer als der der Vorrichtung der Fig. 4, da der Sammelabschnitt 68 den Widerstand gegen die Molekularbewegung erhöht.

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Die Überwachungseinrichtung 78 der Fig. 6 unterscheidet sich von der Anordnung nach den Pig. 1 und 2 in einer Dämpfungsschicht 80, die eine wesentlich größere Fläche hat als die Frontalfläche der Sammelschicht 82. Die Empfindlichkeit dieser Vorrichtung ist etwa gleich der dor Anordnung der Fig. 3 und das Verhältnis der Kammereingangsfläche zur Frontalfläche der Sammelschicht ist etwa das gleiche. Die Kammer 84 hat Wände, die über eine Folge von fünf Stufen 86 von der Dämpfungsschicht 80 zur Sammelschicht 82 konvergieren. Der Innenwiderstand gegen den molekularen Fluß durch die ruhende Schicht läßt sich auf mindestens zwei Wegen verändern: (1) durch Indern der Geometrie der ruhenden Schicht, wie in Fig. 3 und (2) durch Indern der Frontalfläche der Sammelschicht bezüglich der Kammereingangsfläche. Im letzteren Fall läßt der Innenwiderstand sich durch Verringern der frontalen Sammelschichtfläche für eine gegebene Kammereingangsfläche erhöhen, obgleich das Volumen der ruhenden Schicht im wesentlichen gleichbleibt. Auf diese Weise erhöht man die Empfindlichkeit und verringert die Geschwindigkeitsfehler. Die Vorrichtung 78 nach der Fig. 6 weist ein Scharnier 88 am Boden auf, das erlaubt die Bodenplatte 90 zu öffnen, so daß man Zugang zur Sammelschicht erhält. Enthält die Samme1schicht eine Chemikalie, die bei einer vorgegebenen Schadstoffkonzentration ihre Farbe ändert, läßt die Konzentration sich visuell feststellen. Wahlweise kann die Bodenplatte 90 der Vorrichtung aus transparentem Werkstoff - beispielsweise einem optisch klaren Polymerisat - hergestellt sein, so daß die Bodenplatte bei Sichtanzeige-Vorrichtungen nicht scharnierartig angebracht zu sein

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Die Pig. 7 und. 8 zeigen eine Mehrkammer-Überwachungsvorrichtung 92, bei der die Empfindlichkeit sich von Kammer zu Kammer infolge der Formgebung der Kammern an den Sammelschichten ändert. Die Dämpfungsschicht 94 ist randgelagert und verläuft über die Oberseite der Vorrichtung. In die Vorrichtung durch die Dämpfungsschicht 94 eintretendes Strömungsmittel gelangt in die Vorkammer 96 und von dort in eine der Kammern 98, 100 oder 102. Die Sammelschicht 104 verläuft über den gesamten Boden der Vorrichtung, obgleich nur diejenigen Teile der Sammelschicht 104 genutzt werden, die unmittelbar an die Kammern 98, 100, 102 angrenzen. Die Empfindlichkeit der Kammer 98 mit der abgeschnittenen eiförmigen bzw. "Geschoß"-Form ist überraschenderweise höher als die der Kammer 100 mit dem kegelstumpfförmigen Querschnitt, die ihrerseits empfindlicher ist als die Kammer 102 mit dem "Trompeten"-Querschnitt, d.h. mit gegenüberliegenden konvexen Querschnittskonturen. Vermutlich wird der molekulare Fluß an der Oberfläche der Sammelschicht in der Kammer 98 gegenüber den Kammern 100 und 102 infolge des geringeren Innenwiderstands der Kammer verstärkt, d.h. des Innenwiderstands der ruhenden Schicht, durch die die Moleküle zur Sammelschicht hindurchdiffundieren müssen. Beim Übergang des Kammerprofils von der Kammer 98 zur Kammer 100 zur Kammer 102, nimmt die Empfindlichkeit ab, obgleich das Verhältnis (r) gleichbleibt.

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Die Pig. 9 bis 12 zeigen eine weitere Mehrkammer-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Die in der Fig. 9 gezeigte Vorrichtung 106 ist in der Draufsicht allgemein rund. In der Fig. 12 sind die verschiedenen Teile der Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Bodenplatte 108 auf, die die Sammelschicht 110 trägt. Die Seitenwände 112 verlaufen vertikal von der Bodenplatte 108 ab und bilden einen flachen Behälter mit einem offenen Ende. Die einzelnen Kammern der Vorrichtung sind durch die Platten 114, 116 gebildet, die jeweils eine Vielzahl runder Löcher 118 bzw. 120 enthalten. Die Platten sind miteinander durch drei Paßschrauben 122 ausgerichtet, die in der Fig. 11 dargestellt sind. Die Löcher 120 in der Platte 116 bilden den Oberteil der Kammer, und einige von ihnen haben einen größeren, andere einen kleineren Durchmesser als die entsprechenden Löcher 118 in der Platte 114, die den Unterteil der Kammern bilden. Wie geschnitten in Fig. 10 gezeigt, bestimmt der Durchmesser oecl.es der Löcher in der Platte 114 die Flächengröße der Sammelschicht jeder Kammer. Der Durchmesser jedes; Lochs der Platte 116 bestimmt die Oberflächengröße am Eingang zu jeder Kammer. In einigen Fällen ist das Loch in der Platte 114 größer als das Loch in der Platte 116, mit dem es fluchtet. Entsprechend kann in einigen Fällen das Loch in der Platte 114 kleiner als das Loch in der Platte 116 sein, mit dem es fluchtet, so daß man eine Kammer erhöhter Empfindlichkeit erhält. Die Kammern sind so angeordnet, daß sich eine stufenweise Zunahme der Empfindlichkeit ergibt. Die Dämpfungsschicht 124 ist auf die

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Platte 115 aufgelegt und von dieser durch den Wulst 126 geringfügig beanstandet, der vom Umfang der Platte 116 her vorsteht und eine gemeinsame Vorkammer bildet. Der Ring 128 verläuft um die Bestandteile der Vorrichtung herum und hält sich zusammen.

Die Pig. 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Mehrkammer-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, bei der die einzelnen Kammern in eine einzige Platte eingeformt und in der Gestalt allgemein kegelstumpfförmig sind. Wie gezeigt, ist die Vorrichtung in der Draufsicht allgemein rechteckig. Sie besteht aus einer Bodenplatte 132 und den Seitenwänden 134» die einen flachen Behälter bilden, in dem sich die Sammelschicht 136 befindet. Die Platte 138, die in den Behälter paßt, enthält eine Anzahl konischer Löcher 140, die eine Vielzahl von Kammern bilden. Das Verhältnis des Durchmessers dieser Öffnungen auf der einen Seite zu den Durchmessern der öffnungen auf der anderen Seite der Platte variiert von weniger als eins über eins bis größer als eins. Die Neigung der Innenflächen ist also bei den Kammern unterschiedlich. Die Kammern sind von der unempfindlichsten zur empfindlichsten angeordnet. Enthält die Sammelschicht 136 ein Material, das seine Farbe bei einer vorbestimmten Schadstoffmenge ändert, kann man eine Vorrichtung herstellen, bei der die Sammelschichten der Kammern nacheinander die Farbe wechseln, während der Träger dem Schadstoff mehr und mehr ausgesetzt ist. Die Boden-|- platte 132 kann mit einem Scharnier versehen sein, wie die Pig. 14 zeigt, damit der Benutzer die Vorrichtung bequem öffnen kann, um die Farbe jeder Kammer zu beobachten. Alternativ kann man die

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Bodenplatte transparent ausführen.

Die Fig. 15 zeigt eine Vorrichtung 142 nach der vorliegenden Erfindung mit sehr hoher Empfindlichkeit. Die Sammelschicht 144 wird von einem Substrat 146 getragen, das über den Boden 148 der Vorrichtung mit einem pfostenartigen Element I50 angehoben angeordnet ist. Die Sperre bzw. Dämpfungsschicht 152 umgibt die Sammelschicht zu einer allgemein kugelförmigen Kammer. Das Verhältnis der Oberflächengröße der Dämpfungsschicht 152 zur Flächengröße der Sammelschicht 144 sowie der Innenwiderstand der die ruhende Schicht darstellenden Kammer sind derart, daß die Empfindlichkeit maximal wird. Die Vorrichtung ist zum Einsatz in Umgebungen gedacht, in denen der zu erfassende Schadstoff in sehr geringen Konzentrationen vorliegt.

Die in den Fig. 16 - I7 enthaltenen Diagramme sind im Zusammenhang mit den unten ausgeführten Beispielen erläutert.

Im Einsatz werden die Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung einer Strömungsmitbeimischung über eine abgemessene Zeitspanne ausgesetzt. Die Sammelschicht in der Vorrichtung nimmt dabei fortwährend einen bestimmten Schadstoff auf. Am Ende der Zeitspanne wird die Sammelschicht analysiert. Der höhere molekulare Fluß an der Sammelschicht erlaubt die Konzentration von Schadstoffen in Sammelsubstanzen wie aktivierte Holzkohle, Chromasorb 102 der Fa. Johns-Manville sowie den Sorptionsmätbeln XAD-2 und XAD-4 der Fa. Rohm & Haas. Andererseits erlaubt die Ver-

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ringerung des molekularen Fluß in die Sammelschicht hinein das Überwachen hoher Schadstoffkonzentrationen ohne Überlasten des Sorptionsmittels. Die Analyseverfahren sind u.a. die Gaschromatographie, IR-Massenspektroskopie u.a., und die Verbindung kann zur Analyse thermisch oder mit Eluiermitteln wie CS₂ eluiert werden. Colorimetrische Reaktionen lassen sich durch Vergleich mit Normfarben oder mit Farbdichtemessern analysieren.

Die Erfindung soll mit den folgenden Beispielen, die die Erfindung nicht einschränken, weiter erläutert werden.

Beispiel 1

Es wurde eine Vorrichtung wie die der Fig. 13» 14- mit 20 konischen Kammern hergestellt, bei der das Verhältnis der Durchmesser am Kammereingang zum Durchmesser der Sammelschicht unterschiedlich war. Die Kammerdicke betrug 10 mm. Die Kammereingänge waren mit "Celgrad" der Fa. Celenese, einem mikroporösen Polypropylen, abgedeckt. Eine Wasserstoffsulfid-Sammelschicht wurde hergestellt, indem Whatman-Papier Nr. 5 in eine 1#ige Lösung von Bleinaphthenat in Methyläthylketlon getaucht und nach dem Tauchen ein Teil des behandelten Papiers in die oben erläuterte Mehrkammer-Vorrichtung eingelegt und Luft mit 12 ppm Wasserstoffsulf id über verschiedene Zeiträume ausgesetzt wurde. Für jedes Zeitintervall wurde ein frsjiches Stück dss behandelten Papiers benutzt; die Intervalle betrugen 10 min, 15 min, 30 min und 60 min. Das behandelte Papier zeigte eine Serie von dunklen BiI-

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- 29 - I

dern, deren Intensität sich von Kammer zu Kammer als Ergebnis des Einflusses des Wasserstoffsulfids änderte. Die optische Dichte des Filterpapiers in den Kammern wurde mit einem MacBeth-Reflexionsdichtemesser gemessen. Fünf der Kammern enthielten Bilder, die sich mit diesem Durchmesser nicht messen ließen. Aus dieser Messung ließ sich genau die Zeit abschätzen, nach der das Bild Jeder Kammer eine optische Dichte von 50 °/> des Maximalwerts erreichte. Die Empfindlichkeit jeder Kammer ist proportional dem Verhältnis des Durchmessers des Kammereingangslochs (d.) zum Lochdurchmesser (dg) an der Sammelschicht. Die für jede Kammer zum Erreichen der gewählten optischen Dichte erforderliche Zeit ist invers proportional der Empfindlichkeit. In der folgenden Tabelle I ist die Zeit angegeben, die zum Erreichen von 50 % der maximalen optischen Dichte für jede Kammer erforderlich war. Die Empfindlichkeit jeder Kammer (d^/do = r) und deren Reziprokwert (dg/dxj = 1/r) sind in der Tabelle ebenfalls angegeben. Die Fig. 16 zeigt die Werte als Kurve.

	t I I < I ί I	^d1 (mm)	• · t · · · · ·	• · t • · t ·	1	F J I	Behandlungs zeit (Minuten)	S Ψ
		2,3	* t Il · · t	• · 4 t t · I	reziproke Empfindlich keit (l/r)		61	ί
		2,8	- 30	-	4,4		53
	3,0	Tabelle	3,6	46
	3,3	Empfind lichkeit (r)	3,3	38
Kammer Nr.	3,8	0,23	3,0	32
1	4,3	0,28	2,6	28
2	5,1	0,30	2,3	24
3	5,7	0,33	2,0	21
4	6,4	0,38	1,8	19
5	7,2	0,43	1,6	16
6	8,9	0,51	1,4	13
7	10,0	0,57	1,1	10
8	10,0	0,64	1,0	8
9	10,0	0,72	0,8	6
10	10,0	0,89	0,6	3
11		1,00	0,4
12	1,22
13	1,64
14	2,38

Wie die Fig. 16 zeigt, ist die Zeit zum Erreichen einer gewählten optischen Dichte linear abhängig vom Reziprokwert der Empfindlichkeit (d₂/d₁).

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- 31 -

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Beispiel 2

Es wurde eine der in Pig. 9 bis 12 gezeigten entsprechende Mehrkammer-Vorrichtung hergestellt; sie enthielt 15 zylindrische Zellen. Die Platte 114 war 1,1 mm, die Platte 13,6 mm dick. Eine Wasserstoffsulfid-Sammelschicht wurde hergestellt, indem Whatman-Papier Nr. 5 in eine Lösung mit 2 % Silbernitrat, 1 % Salpetersäure, 5 % Glycerol und 20 % Methanollösung getaucht wurde. Nach dem Trocknen wurden die Teile des behandelten Papiers in die oben erläuterte Mehrkammer-Vorrichtung eingesetzt und unterschiedlich lange Luft mit 40 ppm Wasserstoffsulfid ausgesetzt. Die optische Dichte der gedunkelten Bilder unter jeder Kammer wurde jeweils mit dem Reflexionsdurchmesser bestimmt.

Es ergab sich, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung mit den zylindrischen Kammern proportional dem Quadrat des Verhältnisses des Eingangsdurchmessers (d^,) des Lochs zum Lochdurchmesser (dp) an der Sammelschicht war. Die Zeit, die jede Kammer zum Erreichen einer gewählten optischen Dichte braucht, ist also umgekehrt proportional dem quadratischen Verhältnis d^/dp.

Die zum Erreichen von 85 % der maximalen optischen Dichte erforderliche Behandlungszeit ist in der Tabelle 2 angegeben, desgl die als das Verhältnis d^/dp ausgedrückte Empfindlichkeit, deren Quadrat (d^/dg) und die Reziprokwerte derselben. Die Werte sind in der Fig. 17 als Kurve aufgetragen.

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Tabelle 2

	Kammer	6
	Nr.	7
		8
'■"-	2	9
	3	10
	/1	11
■j ; 5	12

....	13

d'l (mm)	Empfindlichkeit ₂	0,012	reziproke Empfindlichkeit ₂	82,6	Behandlungszeit (Minuten)
1,1	0,11	0,017	9,1	59,2	573
1,3	0,13	0,029	*7,7*	34,6	425
1,7	0,17	0,040	5,9	25,0	278
2,0	0,20	0,063	5,0	16,0	215
2,5	0,25	0,078	4,0	12,8	163
2,8	0,28	0,102	3,6	9,8	143
3,2	0,32	0,130	3,1	7,7	123
3,6	0,36	0,185	2,8	5,4	108
4,3	0,43	0,250	2,3	4,0	95
5,0	0,50	0,314	2,0	3,2	88
5,6	0,56	0,397	1,8	2,5	80
6,3	0,63	0,504	1,6	2,0	78
7,1	0,71	0,689	1,4	1,5	73
8,4	0,83	1,000	1,2	1,0	70
10,0	1,00	1,0'	68

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Il Tl

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Il Il

- 33 -

Großes Lochende der Sammelschicht zugewandt:

Kleines Lochende der Sammelschicht zugewandt:

12 ppm, 6 min

Geschoß Kegel Trompete

0,16 0,11 0,07 0,44 0,38 0,28

Wie die I¹Ig. 17 zeigt, ist die Zeit bis zum Erreichen der ge- | wählten optischen Dichte eine lineare !Punktion des Quadrats des Verhältnisses

Beispiel 3

Als Beweis für die Auswirkung einer Formänderung der Kammer diente folgender Versuch. Eine der in Fig. 8 gezeigten entsprechende Vorrichtung wurde mit drei Kammern hergestellt. Die weiten Enden hatten einen Durchmesser von 10,5 nun» d-ie engen Enden einen Durchmesser von 2,5 mm. Jede Kammer war 10 mm dick.

Eine der Kammern war kegelstumpfförmig, die andere trompetenförmig, die dritte geschoßförmig.

Diese Vorrichtung wurde mit dem HpS-Indikatorpapier aus dem Beispiel 1 getestet. In einem Versuch lag die Sammelschicht (HoS-Indikatorpapier) auf den weiten, in einem zweiten Test auf den schmalen Öffnungen. Die Ergebnisse - in Form von optischen Dichtewerten des Reflexionsdurchmessers - waren wie folgt:

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C C I Il ·»· <l It I ttt

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- 34- -

In beiden Fällen reagierte die trompetenförmige Kammer am langsamsten, die geschoßförmige Kammer am schnellsten.

Beispiel 4-

Dieses Beispiel zeigt die Empfindlichkeitszunahme, die sich aus einer Verringerung der Fläche einer Gold-Sammelschicht ergibt, die Quecksilberatome durch Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit erfaßt. Überwachungseinrichtungen mit einer Goldfolie zur Erfassung von Quecksilberdämpfen sind ausführlich in der US-PS 3 924 219 beschrieben.

Vier Überwachungsvorrichtungen (3M-Quecksilberdampf-Monitor Nr. 3600) mit einer etwa 0,015 /um dicken, 3»3 nun breiten und etwa 14,0 mm langen Goldfolie wurden hergestellt, wobei die Folie zu einem Schlangenmuster auf eine glatte Polystyroloberfläche aufgetragen wurde. Die Goldfläche war mit einem schlangenförmig geführten Kanal einer Breite und Gesamtlänge gleich denen der Goldfläche ausgerichtet. Der Kanal war etwa 6,6 mm tief. Über die Kanalöffnung war eine Celgard-Dämpfungsschicht gelegt.

Fünf andere Monitore wurden auf die gleiche Weise und mit den gleichen Merkmalen hergestellt, wobei jedoch die Goldfläche nur 0,7 mm breit war. Die zur Wechselwirkung mit den Quecksilberatomen verfügbare Oberfläche war also gegenüber den breiteren Folien aus der ersten Gruppe von Überwachungseinrichtungen auf etwa 21 # verringert.

Als diese beiden Gruppen von Monitoren identisch 3»02 Std. lang mit 0,9935 mg Quecksilber pro nr Luft behandelt wurden, zeigte die erste Gruppe eine durchschnittliche Widerstandsänderung von 3,75 #, die andere (mit der schmaleren Goldfolie) eine Widerstandsänderung von 8,32 %. Was das absdute Empfindlichkeitsverhältnis anbetrifft, reagierten die Überwachungseinrichtungen mit der schmaleren Goldfolie 2,22-fach stärker als die anderen Monitore. Sie lassen sich also bei einer entsprechend geringeren Quecksilberkonzentration verwenden.

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Claims

(Neue) Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Messen der Menge mit einer gewählten Komponente in einer Strömungsmittelmischung mit (a) einer Sammelschicht mit einer Frontalfläche, an der die gewählte Komponente aufgenommen wird, (b) einem die Sammelschicht tragenden Boden und (c) einer Sperreinrichtung, die die Sammelschicht umschließt und mindestens eine Kammer mit einem Eingang bildet, durch den die Strömungsmittelmischung in die Kammer diffundiert, wobei eine im wesentlichen in Ruhe befindliche Strömungsmittelschicht in der Kammer entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Kammereingangsfläche zur Frontalfläche der Sammelschicht vorbestimmt ist und die Querschnittsfläche der Kammer sich zwischen der Kammereingangsfläche und der Sammelfläche verändert, wobei die Kammer entweder in Richtung auf die Kammereingangsfläche oder auf die Sammelfläche konvergiert.

2. Vorrichtung zum Messen der Menge mindestens einer gewählten Komponente einer Strömungsmittelmischung mit (a) einer Sammelschicht mit einer Frontalfläche zur Aufnahme der gewählten Komponente, (b) einem die Sammelschicht tragenden Boden und (c) einem Körperelement mit Wandungen, die mindestens eine Kammer mit gegenüberliegenden Enden bilden, wobei an einem der Enden die Sammelschicht und am anderen der Enden eine poröse Dämpfungsschicht liegen, wobei das Strömungsmittel in der Kammer sich im wesentlichen im Ruhe-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine Vielzahl allgemein zylindrischer Abschnitte aufweist, deren Durchmesser zur Sammelschicht hin. abnehmen.

I 4·. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

j Kammer eine Vielzahl allgemein zylindrischer Abschnitte auf-

weist, deren Durchmesser zur Sammelschicht hin zunehmen.

j 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

j Kammer die Gestalt eines Kegelstumpfes hat.

! 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die i Kammer im Querschnitt abgeschnitten eiförmig gestaltet ist.

zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen sich verändernden Querschnitt zwischen den beiden gegenüberliegenden Enden hat, so daß sie sich zu einem der Enden hin verjüngt.

HER/am

7· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Vertikalschnitt die Kammer gegenüberliegende konvexe Wandungen hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen eine Vielzahl von Kammern mit jeweils einer Vielzahl von allgemein zylindrischen Abschnitten mit unterschiedlicher Querschnittsfläche aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die meisten der Kammern kegelstumpfförmig geformt sind.