FI75055B - Foerfarande foer observerande av ingredienshalter av gas. - Google Patents

Description

1 75055

MENETELMÄ KAASUN VIERASAINEPITOISUUKSIEN HAVAITSEMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä kaasun vierasainepit visuuksien havaitsemiseksi, jossa menetelmässä kaasu ja sen sisältämät aineet ionisoidaan ionisaatiotilassa.

5 Useita erilaisia tarkoituksia varten pyritään kaasuissa olevien vieraiden aineiden pitoisuuksia havaitsemaan ja mittaamaan. Erityisesti analysoitaessa kaasusta tiettyjä suhteellisen pieniä määriä sisältäviä aineosia, voivat kaasun epäpuhtaudet häiritä havaitsemista. Yleensä kaasuista, 10 tyhjiöpumpulla harvennetusta kaasusta tai höyrystettyjen kiinteiden tai nestemäisten aineiden höyrystä suoritettaviin erilaisten molekyylien ja molekyyliryhmien havaitsemiseen liittyy nykyisin ongelmia. Varsinkin ilmassa olevien myrkyllisten aineiden, kuten teollisuudesta ilmaan vahingossa päässeet myrkylliset aineet tai hengitysilmaan levi-15 tetyt hermo- ja muunlaiset taistelukaasut, havaitseminen nopeasti ja luotettavasti on vaikeaa.

Tällä hetkellä käytetään useimmin analyysimenetelmiä hyväksikäyttäen kaasukromatografien EC-detektoria, joissa mene-20 telmissä radioaktiivisen säteilyn annetaan ionisoida kanto-kaasua ja siinä olevia vieraiden aineiden molekyylejä, kantokaasun ionisoitujen molekyylien annetaan osittain viivästyksen avulla rekombinoitua, minkä jälkeen mitataan kaasun ionit. Näin saadaan esim. kantokaasuun höyrysty-• 25 neistä orgaanisista aineista mitattava signaali. Tähän samaan periaatteeseen perustuvia mittauslaitteistoja on myös valmistettu hermokaasujen analysointiin ilmasta. Näitä laitteistoja on kahdenlaisia: ensimmäisessä sovelluk sessa ionisoidut molekyylit ohjataan labyrinttiin, jossa 30 ilman omien molekyylien annetaan rekombinoitua ja orgaanisten molekyylien aiheuttama ionivirta mitataan tämän jälkeen. Toisessa sovelluksessa kevyiden ilmamolekyylien pääsy ioni-mittaustilaan estetään jännitteisillä hiloilla. Tämä käytössä oleva menetelmä ja laitteistot sen soveltamiseksi 75055 eivät ole tarpeeksi herkkiä mitattaessa pieniä pitoisuuksia kuten hermokaasuja tai vastaavia ilmasta tai ne antavat signaalin myös muista kaasun sisältämistä aineista tai epäpuhtauksista, kuten tupakansavusta, pakokaasuista, rä-5 jähdyskaasuista, suojasavuista tms. aineista. Lisäksi signaalin aiheuttajana voi olla esim. äkillinen ilman kosteuden kasvu, joten mittaustulos on epätarkka ja epävarma.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä, jonka 10 avulla kaasumaisesta olotilasta mitataan ja havaitaan kaasussa olevia erilaisia vierasainekomponentteja, niiden laatu ja määrä. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä tiettyjen pienienkin ainemäärien havaitsemiseksi mahdollisesti häiritsevien muiden ainemäärien ja 15 epäpuhtauksien joukosta luotettavasti ja nopeasti. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä varsinkin vaarallisten aineiden, kuten esim. hermokaasujen tai vastaavien, havaitsemiseksi ja näiden aineiden koostumuksen ja laadun havaitsemiseksi ja mittaamiseksi.

20

Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaan kaasu ja sen sisältämät aineet johdetaan 25 erilaisia sähkökenttiä omaavien kammioiden läpi ja ainakin yhden kammion läpi kulkenut kenttävirta mitataan, jolloin mittauksesta saadaan signaali, joka kuvaa vieraiden aineiden esiintymistä kaasussa. Koko kaasu ensin ionisoidaan ja tämän jälkeen erilaisissa sähkökentissä käsitellään virtaa-30 vaa kaasua. Ainakin yhdestä sähkökenttäkammiosta mitataan jännitelevyjen välinen virta. Sen jälkeen kun ionisoitua kaasuvirtaa on käsitelty erilaisilla sähkökentillä, voidaan jo yhdellä virtamittauksella analysoida esimerkiksi suuri-molekyylisiä orgaanisia molekyylejä ilmasta. Keksinnön 35 tunnusomainen piirre on se, että käytetään hyväksi erilaisten molekyylien liikkumis- ja rekombinointikykyä erilaisissa sähkökentissä kun koko kaasua on ensin ionisoitu.

li 75055

Menetelmä toimii ilmanpaineessa tai alipaineessa, esim. tyhjiöpumpulla harvennetussa ilmassa. Menetelmää voidaan käyttää myös useissa eri kemian analyysimenetelmissä, kuten kaasukromatografin detektorissa tai nestekromatografioiden 5 detektorissa, kun aineet ensin lämmitetään tai painetta alentamalla saatetaan kaasumaiseen tilaan. Näin saadaan analyyseihin lisää erottelukykyä. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan lisäksi mitata konsentraatioita halutusta aineryhmästä tai jakaa ryhmää alaluokkiin, esim. 10 määrittää hermokaasun laatu.

Keksinnön edullisessa sovelluksessa mitataan erilaisia sähkökenttiä omaavista kahdesta tai useammasta kammiosta niiden läpikulkeneet virrat ja virtasignaalien määrien ja 15 suhteiden perusteella tehdään analyysi tutkittavista aineista. Tällöin voidaan saada erilaisia molekyyliryhmiä eroteltua toistaan tyypillisten virtasignaalien avulla eri kohdista.

20 Seuraavaksi keksintöä selvitetään tarkemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää erästä sovellusta laitteistosta keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi poikkileikattuna ja : sivulta katsottuna, ja 25 kuva 2 esittää erästä toista sovellusta laitteistosta keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi poikkileikattuna ja sivulta katsottuna.

Kuvassa 1 esitetyssä sovelluksessa on esitetty keksinnön 30 mukaisen menetelmän periaate. Laitteistoon kuuluu ionisaa-tiotila 1, kammiot 2 sekä mittarit 3. Kammioihin 2 on muodostettu jännitelevyillä 2 erisuuruiset poi kittaiset sähkökentät 6. Ionisaatitilassa käytetään sopivaa radioisotooppia, jonka säteilyn avulla kaasun ionisoin-35 ti tapahtuu. Tutkittava kaasu imetään tässä sovelluksessa sisäänottoaukon 4 kautta ionisaatiotilaan 1 ja sieltä ionisoitu kaasu johdetaan peräkkäisten kammioiden läpi ulosme-noaukon 5 kautta pois laitteistosta. Virtaus saadaan aikaan 4 75055 tässä sovelluksessa kammioiden jälkeen sijoitetulla ilma-pumpulla, jolla kaasu ja sen aineosat imetään analyysilaitteiston läpi. Ionitilassa ionisoituneet molekyylit ja fragmentoituneet molekyylit kuljetetaan kammioiden läpi ja 5 kammioissa olevien erilaisten sähkökenttien läpi. Tällöin molekyylit pyrkivät ajan kuluessa rekombinoitumaan eli hävittämään varauksensa ja erilaisilla sähkökentillä myös poistetaan ioneja järjestelmästä. Kuvassa jännitteet muodostavat maahan kytkettyjen alalevyjen kanssa kenttä-10 viivoja kulkutilaan, ja kun maavirtaan kytketään vahvistimet 3, päästään signaalia käsittelemään. Asettamalla kaksi tai useampia virtausmittauksia samaan virtauskanavaan voidaan eri suuruisia sähkökenttiä käytettäessä saada erilaisia molekyyliryhmiä eroteltua toisistaan tyypillisten 15 virtasignaalien avulla eri kohdista. Kullekin molekyyli-ryhmälle ominaisia virran signaalien arvoja havannoimalla saadaan havannointi- ja mittaustulos.

Kuvassa 2 esitetyssä sovelluksessa ionisaatiotila 1 on kes-20 kellä pääasiassa levymäistä kappaletta, jossa kammiot on sijoitettu ionisaatiotilan molemmin puolin rinnakkain, lonisaatiotilaan on yhdistetty useita kammioita tai ainakin yhdestä kammiosta muodostettuja kanavia säteettäisesti. Tässä sovelluksessa kammion seinämät on muodostettu jänni-25 televyistä 2 ja jännitelevyjen väliin on sijoitettu mittaus levy 7. Mittauslevy on jaettu osiin ja sijoitettu jännitelevyjen väliin siten, että sen ja jännitelevyjen välinen välimatka vaihtelee. Tällöin on jännitelevyjen väliin muodostettu ainakin kaksi pienkammiota, joiden 30 sähkökentän voimakkuus vaihtelee toisistaan. Tutkittava kaasu johdetaan ionisaatiotilasta ulos vaihdellen kaasun kulkureittiä eri puolilla mittauslevyä käyttäen hyväksi mittauslevyn aukkoja. Mittauslevyn osat on kiinnitetty toiseen jännitelevyyn. Mittauslevyistä mitataan virta maa-35 ta vasten vahvistimien 3 avulla. Ionisaatiotilasta lähtee useita mittauskanavia (kuvassa kaksi kanavaa) ja jännitele-vyt ovat eri potentiaalissa mittauslevyyn 7 nähden. Tällöin 5 75055 päästään mittaamaan signaaleja heti ioni soinnin jälkeen esim. päinvastaisissa sähkökentissä maata vasten. Vieras-ainepitoisuus havaitaan ja mitataan johtamalla ionisoitua kaasua laitteiston kanaviin, joissa on erilaisia sähkökent-5 tiä omaavia kammioita, ja mittaamalla kammioiden läpi kulkenutta kenttävirtaa saadaan mittausarvot.

Kuvassa 2 esitetyn rakenteen eräänä hyvänä puolena on se, että mittauskohdat voidaan tehdä esim. elektroniikkapiiri- 10 levylle suoraan ja jännitelevyt ovat eristeiden päällä suojalevyinä rakenteelle. Tälläisellä kaksikanavaisella analysaattorilla voidaan mitata hermokaasujen pitoisuuksia, 3 jotka ovat jopa alle 0,1 mg/m , kun yleensä häly tysra jana esim. sariinille pidetään 0,5 mg/m . Tupakansavun, palo-35 kaasujen, räjähdekaasujen ja suojasavujen aiheuttamat väärät signaalit voidaan eliminoida tälläisellä monimit-tauksella.

Keksintöä ei rajata esitettyihin edullisiin sovellusmuotoi-20 hin vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Keksintö ei liity pelkästään hermokaasujen analysointiin ilmasta vaan sitä voidaan käyttää yleensä kaasusta, tyhjiöpumpulla harvennetusta kaasusta tai höyrys-tettyjen kiinteiden tai nestemäisten aineiden höyrystä 25 suoritettavaan erilaisten molekyylien ja molekyyliryhmien havaitsemiseen ja analysointiin.

Claims (5)

75055

1. Menetelmä kaasun vierasainepitoisuuksien havaitsemiseksi, jossa menetelmässä kaasu ja sen sisältämät aineet ionisoidaan ionisaatiotilassa (1), tunnettu siitä, että kaasu ja sen sisältämät aineet johdetaan erilaisia 5 sähkökenttiä (6) omaavien kammioiden (2) läpi ja ainakin yhden kammion läpi kulkenut kenttävirta mitataan (3), jolloin mittauksesta saadaan signaali, joka kuvaa vieraiden aineiden esiintymistä kaasussa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että erilaisia sähkökenttiä omaavista kahdesta tai useammasta kammiosta mitataan niiden läpikul-keneet virrat ja virtasignaalien määrien ja suhteiden perusteella tehdään analyysi tutkittavista aineista. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ionisoitu kaasu johdetaan peräk käin järjestettyihin kammioihin, joista mitataan niiden läpikulkeneet virrat. 20

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ionisoitu kaasu jaetaan ainakin kahteen, rinnakkain järjestettyyn, ainakin yhdestä kammiosta muodostettuun kanavaan, ja jokaisesta kanavasta vähin- 25 tään yhdestä kammion mittaussignaalista saatujen signaalien perusteella tehdään analyysi.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n -n e t t u siitä, että ionisoitu kaasu johdetaan kulkemaan 30 kammioon (2) sijoitetun, osiin jaetun virranmittauslevyn (7) ja kammion seinämät muodostavien jännite levyjen välissä vaihdellen kaasun kulkureittiä eri puolilla mittauslevyä ja mittaus levyjen etäisyyden jännitelevystä vaihdellessa muodostetaan kammioon kaksi tai useampia pienkammioita, 35 joiden sähkökentän voimakkuus eroaa toisistaan. Il PATENTKRAV 7505 5