NL192635C - Inrichting voor het meten van de concentratie van gas en/of dampvormige componenten van een gasmengsel. - Google Patents

Description

1 192635

Inrichting voor het meten van de concentratie van gas· en/of dampvormige componenten van een gasmengsel

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van de concentratie van gas- en/of 5 dampvormige componenten van een gasmengsel onder toepassing van optisch waarneembare reactiezones die uit gasproefbuisjes bestaan die een met de aan te tonen component reagerende stof bevatten, waarbij de verandering van de reactiezone door direkte waarneming en/of door een optisch- elektronische aftastinrichting kan worden geconstateerd.

Een dergelijke inrichting is bekend uit de Europese octrooiaanvrage 0.266.628, die een houder beschrijft 10 voor de parallelle rangschikking van verscheidene proefbuisjes die elk apart, maar gelijktijdig door een te meten gasmengsel kunnen worden doorstroomd. Hoewel deze inrichting naar behoren functioneert, is de omvang van de inrichting minder geschikt om metingen ter plaatse te verrichten.

De uitvinding heeft als doel de bekende inrichting met toepassing van proefbuisjes voor het onderzoek van een gas- en/of dampmengsel zo uit te werken dat de omvang van de inrichting gereduceerd kan 15 worden en dat bovendien een aantal van twee of meer proefreacties met relatief gering verbruik van reagentia kan worden uitgevoerd gepaard met een grote aanspreekgevoeligheid.

Hiertoe wordt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding gekenmerkt door verscheidene kanalen op een drager in de vorm van een chip aan te brengen die in een optisch-elektronische aftastinrichting verwisselbaar is geplaatst.

20 Daar de doorsnede van elk kanaal in de reactiezone klein kan zijn, bijvoorbeeld minder dan 1 mm2 of zelfs minder dan 10 μηn2 kan bedragen, biedt een dergelijke uitvoering van een inrichting met verscheidene kanalen, elk naar zijn aard een proefbuisje bij een geringe hoeveelheid van de stof voor het aantonen een zeer gevoelig bewijs van de bijbehorende schadelijke stof en wel al in concentraties waarbij proefbuisjes met normale afmetingen nog geen waarneembare verkleuringszone laten zien. De geringe behoefte aan de 25 stof voor het aantonen veroorzaakt door de doelmatig als wegwerpartikel uitgevoerde drager met de daarop aangebrachte kanalen slechts een relatief geringe belasting van het milieu. Bovendien is bij dergelijke microproefbuisjes (kanalen) slechts een doorzuigvolume van enkele ml/min per kanaal nodig. Dit betekent: zeer kleine pompen en daarbij een bedrijf met batterijen dat weinig stroom verbruikt.

De kanalen kunnen zijn aangebracht op de drager in uiteenlopende geometrische uitvoering, enkelvoudig 30 of in meervoud, spiraalvormig of zigzag-vormig met dezelfde aantoonstof of met twee verschillende aantoonstoffen. Hiermee kunnen zowel proefbuisjes waardoorheen een stroom gaat, als proefbuisjes die met diffusie werken worden gebruikt. In het geval van met diffusiewerkende proefbuisjes kan vanwege de geringe kanaaldoorsnede het daarvoor schakelen van een kalmeringstraject voor het bereiken van een ongestoorde diffusie achterwege blijven; zo vervangt de door de geringe doorsnede bepaalde smoorwerking 35 van het kanaal bij met doorstroming werkende proefbuisjes een aanvullende, de stroomsnelheid begrenzende smoring.

Ondanks de sterke smoorwerking van het kanaal ontstaat een voldoend snel voortschrijden van de verkleuringszone zodat een beoordeling van de aantoonzones door middel van snelle optische verwerking-seenheden zinvol is. Een in deze dimensionering gevormd kanaal maakt het ondanks de met voordeel 40 geringe indicatorhoeveelheden een zeer gevoelig bewijs van de te onderzoeken stof mogelijk. De nu geringe hoeveelheid indicatorstof in vergelijking met de bekende proefbuisjes met indicatorvullingen tot enkele cm3 heeft een gewenste en steeds belangrijkere geringe milieubelasting met verbruikte proefbuisjes tot gevolg.

De kanalen kunnen op een plaatvormige drager zijn geëtst. Een andere in voorkomend geval voordelige 45 mogelijkheid tot vervaardiging kan zijn dat het kanaal in een plaatvormige drager is tot stand gebracht door persvormen. Het kanaal kan daarnaast ingeslepen zijn op een plaatvormige drager. De plaatvormige drager kan bij voorkeur bestaan uit glas of keramiek, maar ook uit kunststof of metaal. In wezen zijn alle werkwijzen ter vervaardiging geschikt waarmee verdiepingen in lijnvorm met geringe diepte in metallische of niet-metallische materialen kunnen worden vervaardigd.

50 De optische-elektronische aftastinrichting die voor alle of voor een aantal kanalen gemeenschappelijk, respectievelijk toegevoegd aan de afzonderlijke kanalen kan zijn uitgevoerd, kan bijvoorbeeld zijn geconstrueerd volgens het Duitse inzageschrift 1.598.021 of het Duitse inzageschrift 2.628.790.

Een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, door dat de op de drager gevormde kanalen tot aan het gebruik zijn afgesloten met wegneembare afsluitelementen.

55 Net als bij gasproefbuisjes kan hierdoor een hermetische afsluiting van de kanalen tot aan het in gebruiknemen gerealiseerd worden. Tot dit doel kunnen op bekende wijze afbreekbare punten of met folie afgesloten eindopeningen worden toegepast die kunnen worden geopend door wegtrekken of door lyzoja 2 perforering.

Met een inrichting volgens de uitvinding is een aantal kanalen te verbinden met een optisch-elektronische aftastinrichting, respectievelijk na elkaar in het meetgebied van deze aftastinrichting te brengen, waarbij de door aftasting van de afzonderlijk kanalen bepaalde uitgangssignalen voor verwerking toe te voeren zijn aan 5 een microprocessor. Hierbij kunnen doelmatig alleen drempelwaardes, zoals kleurverzadiging en/of plaats van de lengteverkleuring als digitale meetwaardes worden benut. Een bepaling van een drempelwaarde voor kleurverzadiging veronderstelt dat met dergelijke microproefbuisjes ook kleurverzadigingsmetingen in tegenstelling tot kleurlengtemetingen kunnen worden uitgevoerd. Inderdaad is deze kanaalopstelling geschikt voor zowel kleurlengtemetingen als voor kleurverzadigingsmetingen bij gebruik van toepasselijke, 10 op zich bekende optische-elektronische aftastinrichtingen. De zo ontstane digitale monsters van de kanalen krijgen via een ROM-tabel de toevoeging aan de lijst van de betrokken stofgroepen en leveren eventueel ook aanwijzingen voor verdere metingen. De door aftasting van de afzonderlijke kanalen bepaalde en in de microprocessor ingevoerde uitgangssignalen kunnen bij gas-, respectievelijk dampmengsels van onbekende samenstelling ook door een in een geheugen vastgelegd plausibel model worden geanalyseerd, zodat ten 15 minste aanwijzingen naar de soort van de aanwezige schadelijke stoffen kunnen worden gegeven.

In zogenaamde "arrays” kunnen meervoudige plaatsingen van kanalen overeenkomstig afzonderlijke proefbuisjes bijeengebracht zijn, waarbij ook niet-specifieke kanalen, bijvoorbeeld voor zuren, gelijk aan bekende proefbuisjes voor twee of meer stoffen, kunnen zijn ingevoegd. Een bepaalde schadelijke stof brengt telkens een bepaalde kanaalcombinatie uit de Array tot reageren, en de gevonden aanwijzingen 20 worden ingevoerd in de microprocessor. Deze vermeldt vervolgens, eventueel aan de hand van het plausibele model, de vermoedelijk aanwezige schadelijke stof, respectievelijk de vermoedelijk aanwezige groepen van schadelijke stoffen.

Ter vervaardiging van dergelijke meettoestellen met de genoemde kanalen voor ammoniak of zoutzuur worden zo klein mogelijke glasbolletjes met een doorsnee van enkele micrometer of minder droog gemengd 25 met broomcresolgroen en op kunststof dragers gekleefd die door een passende mechanische werken (bijv. snijden) dienen voor het vervolgens bekleden van de kanalen. Volgens de sol-gel-werkwijze, volgens welke op traditionele wijze silicagel wordt bereid (siliciumoxide wordt gehydrolyseerd (hydrosol) dat door agglomeratie geleert tot een gel (hydrogel)), wordt het broomcresol groen als indicator gefixeerd op de oppervlakte van de bolletjes.

30 Nog nauwere kanaaldoorsnedes (capillairen) kunnen volgens dezelfde sol-gel-werkwijze rechtstreeks van een indicatorlaag worden voorzien. Dergelijke opgebrachte lagen kunnen ook door het op de oppervlakken kleven van poedervormig indicatorstof tot stand komen. De twee werkwijzen voor het aanbrengen van de laag onder vermelding van de geschikte componenten waaronder de geschikte kleefstof, zijn vermeld in het Duitse octrooischrift 1.037.725. De daar genoemde reagentia voor het aantonen van de daarmee reage-35 rende stoffen kunnen ook voor de toepassing bij het hier besproken aantoontoestel worden gebruikt.

In de tekening zijn uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding schematisch voorgesteld, waaruit nog verdere details van de uitvinding blijken; figuur 1 toont een bovenaanzicht op een drager met een meervoudige opstelling van kanalen, 40 figuur 2 toont een doorsnede langs de lijn ll-ll in figuur 1, figuur 3 geeft een frontaal aanzicht van een drager volgens figuur 1, figuur 4 is een bovenaanzicht op een andere uitvoering van een drager met een omweggeleiding van de kanalen, figuur 5 geeft de toelichting van de pompaansluiting in de dwarsdoorsnedevoorstelling van de drager in 45 afzonderlijke stappen, figuur 6 is een blokschema voor een meetinrichting voor toepassing in verbinding met een drager volgens de figuren 1 tot en met 5, en figuur 7 is een doorsnede door een van een bekledingslaag voorzien kanaal.

50 Figuren 1 tot en met 3 tonen een plaatvormige drager 2 waarin een meervoudige opstelling van kanalen 1 aanwezig is. De inlaat-, respectievelijk aanzuigopeningen van de kanalen 1 zijn afgesloten met een wegtrekbaar, respectievelijk perforeerbaar afsluitfolie 4 voorafgaand aan het in gebruiknemen. In de kanalen 1 bevinden zich passende reagentia voor de aan te tonen gascomponenten.

Voorafgaand aan de afzonderlijke kanalen 1 is aan de inlaatzijde een voorbedding 5, bijvoorbeeld voor 55 het afscheiden van vocht, geschakeld. De kanalen 1 zijn aan de bovenzijde van de drager afgedekt met een afdekplaat 3.

In de getoond uitvoering is voorzien dat de afzonderlijke kanalen 1 na elkaar in het werkingsgebied van

Claims (3)

3 192635 de in figuur 6 toegelichte optisch-elektronische aftastinrichting worden gebracht. Voor de hiertoe nodige verschuiving van de drager 2 dient een paar transportrollen 7, 8 van elastisch rubber die de rol spelen van een transportelement voor de drager 2. Bij de uitvoering van de drager volgens figuur 4 is een zigzag-vormige omweggeleiding van de afzonder-5 lijke kanalen 1 voorzien. De aanzuigopeningen van de kanalen monden in deze uitvoeringsvorm uit aan de bovenzijde van de drager 2 en zijn net als de inlaatopeningen van de kanalen afgedekt met de verbreekbare afsluitfolie 4. Figuur 5 licht het gebeuren bij het aansluiten van de aanzuigpomp 9 toe die het te onderzoeken gasmengsel telkens door het door de aftastinrichting bewaakte kanaal 1 heen zuigt. Met de aanzuigpomp 9 10 is een verschuifbare doorsteekaansluiting 10 verbonden die aan de zijde van de omtrek is afgedicht door middel van een elastische ringafdichting 6. Bij het naar voren schuiven van de doorsteekaansluiting 10 wordt de afsluitfolie 4 doorgestoken en wordt een door de elastische ringafdichting 6 afgedichte verbinding met de aanzuigpomp 9 tot stand gebracht. In het blokschema volgens figuur 6 wordt een optisch-elektronische aftastinrichting 11 getoond die een 15 lengte-aftasting van de in de afzonderlijke kanalen verkleurde laag mogelijk maakt. Dergelijke aftastinrichtingen zijn in verschillende uitvoeringen bekend en kunnen bijvoorbeeld zijn uitgevoerd met een LED-Array volgens het Duitse octrooischrift 26.28.790. De optisch-elektronische aftastinrichting neemt via een streepjescodelezer een op de plaatvormige drager 2 aan de kanalen 1 toegekende streepjescode op waarin de soort en het aantal van de aanwezige kanalen 20 zijn gecodeerd. Bovendien kan doelmatig in de optisch-elektronische aftastinrichting een plaatsmelder zijn opgenomen door welke wordt gegarandeerd dat zich het telkens te meten kanaal, respectievelijk een aantal gelijktijdig afgetaste kanalen bevinden in de voorziene positionering ten opzichte van de aftastinrichting. Het signaal van de optisch-elektronische aftastinrichting 11 wordt via een voorversterker 12 verder geleid in een foutherkenning die de ingelezen informatie controleert wat betreft juistheid, dat wil zeggen het signaal 25 als mogelijke meetuitkomst definieert. De door de foutherkenning 13 verder geleide signalen worden in een microprocessor 14 verwerkt als meetuitkomsten, d.w.z. eventueel vergeleken met een vooraf ingestelde drempelwaardezender en vastgelegd in een RAM-geheugen 15. Een klok 16 bestuurt het RAM-geheugen 15 en de microprocessor 14. 30 De microprocessor 14 bestuurt verder de afzuigpomp 9, alsmede een stappenmotor 17 overeenkomstig de inhoud van de streepjescode op de drager. Hierbij wordt de afzuigpomp 9 verbonden met het te onderzoeken kanaal telkens gedurende korte tijd voor het opwekken van de gewenste gasstroming in het kanaal 1 ingeschakeld. Na beëindiging van de meting aan een kanaal of aan een aantal gelijktijdig gemeten kanalen wordt de stappenmotor 17 ingeschakeld en wordt hierdoor de plaatvormige drager 2, bijvoorbeeld 35 door de in figuur 2 getoonde elastische transportrollen 7, 8 in de eerstvolgende meetpositie gebracht. Bij het bereiken op voorgeschreven wijze van deze meetpositie wordt opnieuw de pompaansluiting tot stand gebracht en wordt de aanzuigpomp 9 ingeschakeld. Deze processen herhalen zich tot alle kanalen van de drager zijn doorgemeten. De meetuitkomst wordt vervolgens in een weergeefinrichting 18 als een digitale weergave gepresenteerd. 40 Op doelmatige wijze kan met de microprocessor nog een in de tekening niet weergegeven ROM-geheugen zijn verbonden waarin een plausibel model is vastgelegd dat wordt vergeleken met de in het geheugen gebrachte meetuitkomsten. Hierbij kan bijvoorbeeld voor onbekende gasmengselsamenstellingen op grond van de vermelding op de drager, respectievelijk in zijn inleesbare streepjescode, worden onderscheiden of bepaalde kanaalcombinaties bijvoorbeeld de kanalen 2 en 3, verkleurd worden. In dit 45 geval komt de aanwijzing tot stand dat sterke zuren in het gasmengsel aanwezig moeten zijn wanneer de kanalen 2 en 3 specifiek algemeen gevoelig zijn voor sterke zuren onafhankelijk van hun samenstelling. In de doorsnede volgens figuur 7 is het kanaal (1) bekleed met een laag glasbolletjes (21) die met de sol-gel-werkwijze bedekt is met de indicator (22). De afzonderlijke bolletjes (21) zijn met een kleeflaag (23) op de wand van het kanaal gekleefd. 50

1. Inrichting voor het meten van de concentratie van gas- en/of dampvormige componenten van een 55 gasmengsel onder toepassing van optisch waarneembare reactiezones die uit gasproefbuisjes bestaan die een met de aan te tonen componenten reagerende stof bevatten, waarbij de verandering van de reactie-zone door directe waarneming en/of door een optisch-elektronische aftastinrichting kan worden geconsta- 192635 4 teerd, met het kenmerk, dat verscheidene kanalen (1) zijn aangebracht op een drager (2) in de vorm van een chip die in een optisch-elektronische aftastinrichting (11) verwisselbaar geplaatst kan worden.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de op de drager (2) gevormde kanalen (1) tot aan het gebruik zijn afgesloten met wegneembare afsluitelementen (4).

3. Drager voor toepassing in een meetinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de drager (2) is uitgevoerd met de in een aantal kanalen aanwezige reagerende stoffen als wegwerponderdeel. Hierbij 3 bladen tekening