NL8601272A - METHOD AND INSTRUMENT FOR SELECTIVE CHEMICAL DETECTION. - Google Patents
METHOD AND INSTRUMENT FOR SELECTIVE CHEMICAL DETECTION. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8601272A NL8601272A NL8601272A NL8601272A NL8601272A NL 8601272 A NL8601272 A NL 8601272A NL 8601272 A NL8601272 A NL 8601272A NL 8601272 A NL8601272 A NL 8601272A NL 8601272 A NL8601272 A NL 8601272A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- component
- parameter
- response
- instrument according
- concentration
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 title description 41
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title description 17
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 29
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 10
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 25
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000003570 air Substances 0.000 description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000006101 laboratory sample Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
- G01N27/123—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature
- G01N27/124—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature varying the temperature, e.g. in a cyclic manner
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Description
'* «'* «
B Br/Bl/Se/üS Dept.Energy-2 NLB Br / Bl / Se / üS Dept. Energy-2 NL
"Werkwijze en instrument voor selektieve chemische detectie"."Method and instrument for selective chemical detection".
-1- r-1- r
De uitvinding heeft betrekking op analyse-inrichtingen en meer in het bijzonder op inrichtingen voor de detectie van de aanwezigheid van chemische stoffen in tot stroming in staat zijnde media, zoals 5 lucht-of andere gasstromen.The invention relates to analyzers and more particularly to devices for detecting the presence of chemicals in flowable media, such as air or other gas streams.
De inrichting is in het bijzonder van toepassing op het identificeren van onbekende bestanddelen van een tot stroming in staat zijnd monster, zoals toxische, gevaarlijke of andere chemische stoffen.In particular, the device applies to identifying unknown components of a flowable sample, such as toxic, hazardous or other chemicals.
10 Er zijn vele situaties, waarin een snelle identificering van een chemisch bestanddeel van een tot stroming in staat zijnd monster noodzakelijk is.There are many situations where rapid identification of a chemical component of a flowable sample is necessary.
Zo is het bijvoorbeeld in de chemische procesindustrie dikwijls noodzakelijk een uit een fabriek als produkt 15 afkomstig(e) gas of damp of effluent te kontroleren, is het bij de medische diagnose dikwijls van essentieel belang snel de concentratie van gassen in proefmonsters of bloed of uitgeademde lucht te bepalen, komt men in een analyse laboratorium dikwijls te staan voor de 20 noodzaak de concentratie van een eerste gasvormige chemische stof en de aanwezigheid van een andere te meten en deze situatie wordt gegeven in een gaschromatografische detector.For example, in the chemical process industry it is often necessary to control a gas or vapor or effluent from a factory as product 15, it is often essential in the medical diagnosis to quickly determine the concentration of gases in test samples or blood or exhaled To determine air, an analysis laboratory often faces the need to measure the concentration of a first gaseous chemical and the presence of another, and this situation is given in a gas chromatographic detector.
8 S 3 1 2 7 2 ---- -2- « »8 S 3 1 2 7 2 ---- -2- «»
Er zijn vele andere gevallen, waarin het noodzakelijk of gewenst is de concentratie van gassen snel en selektief te bepalen.There are many other cases where it is necessary or desirable to determine the concentration of gases quickly and selectively.
Het is tegenwoordig mogelijk stoffen selek-5 tief te analyseren onder toepassing van kostbare en omvangrijke analyseapparatuur. Hiertoe is het gewoonlijk noodzakelijk een monster van het gas te verkrijgen en het naar een laboratorium te zenden om het op afstand te laten analyseren. Dit is een kostbaar en tijdrovend 10 proces.It is now possible to selectively analyze substances using expensive and bulky analysis equipment. To do this, it is usually necessary to obtain a sample of the gas and send it to a laboratory for remote analysis. This is an expensive and time consuming process.
Semi-draagbare uitvoeringsvormen van meer effektieve laboratoriumapparatuur zijn in de afgelopen jaren in de handel gebracht. Dergelijke instrumenten bezitten echter bepaalde inherente beperkingen.Semi-portable embodiments of more effective laboratory equipment have been marketed in recent years. However, such instruments have certain inherent limitations.
15 Gaschromatografische inrichtingen kunnen niet op continue wijze voor bewaking als funktie van de werkelijke tijd worden bedreven. Infraroodanalyse inrichtingen vereisen een verfijnd optisch systeem met een vrij lange absorptie-weg, hetgeen bijdraagt tot de volumineusheid , het 20 gewicht en de onhandelbaarheid ervan. Verder moeten dergelijke instrumenten gewoonlijk worden bediend en moeten de resultaten ervan geïnterpreteerd worden door goed getrainde deskundigen.Gas chromatographs cannot be operated continuously for real-time monitoring purposes. Infrared analyzers require a sophisticated optical system with a fairly long absorption path, which contributes to its bulk, weight and unwieldiness. Furthermore, such tools usually have to be operated and their results interpreted by well-trained experts.
Vele bestaande aftastinrichtingen zijn niet 25 in staat chemische bestanddelen in kleine concentraties te detecteren, in het bijzonder indien het bestanddeel in hoofdzaak niet-reaktief is. In de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial No.585.721 , ingediend 2 maart 1984, is een aftastinrichting geopenbaard, die katalytisch 30 met het van belang zijnde bestanddeel reageert onder vorming van een chemisch aktief afgeleid produkt, dat gemakkelijk kan worden vastgesteld, maar deze inrichting en de meeste halfdraagbare of ter plaatse bruikbare inrichtingen zijn niet selektief-en meestal speciaal ont-35 worpen voor de detectie van een bepaald chemisch bestand- 8801272 » * -3- deel en niet ontworpen voor zowel de detectie als de identifikatie van een onbekend bestanddeel.Many existing sensors are unable to detect chemical components in small concentrations, especially if the component is substantially non-reactive. U.S. Patent Application Serial No. 585,721, filed March 2, 1984, discloses a sensing device which reacts catalytically with the component of interest to form a chemically active derivative which is readily identifiable, but this device and most semi-portable or field-usable devices are non-selective, and usually specially designed for the detection of a particular chemical component, and are not designed for both detection and identification of an unknown component.
Er zijn detectie-inrichtingen ontwikkeld, waarin een reeks elektrochemische aftastinrichtingen 5 wordt gebruikt, die elk op ëén of meer te voren bepaalde wijzen of onder één of meer tevoren bepaalde omstandigheden worden bedreven, waarbij de gezamenlijke responsies geanalyseerd worden om de identifikatie van één van een aantal gassen te verschaffen. Dergelijke detectieinrich-10 tingen zijn geopenbaard in de Amerikaanse octrooiaanvrage serial no.585.699, ingediend 2 maart 1984. Dergelijke inrichtingen zijn echter wel in staat verschillende bestanddelen te identificeren, maar echter slechts een klein aantal tenzij een groot aantal aftastinrichtingen 15 wordt gebruikt, waardoor de inrichting duurder en ingewikkelder en minder geschikt voor draagbaar gebruik ter plaatse wordt.Detection devices have been developed using a series of electrochemical sensors 5, each operating in one or more predetermined ways or under one or more predetermined conditions, analyzing the joint responses to identify one of a number. number of gases. Such detection devices are disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 585,699, filed March 2, 1984. However, such devices are capable of identifying various components, but only a small number unless a large number of sensing devices are used, whereby the furnishing becomes more expensive and complicated and less suitable for portable use on site.
Voor vrijwel alle vroegere detectie-inrichtingen wordt een aftastinrichting gebruikt, 20 die een stationair uitgangssignaal afgeeft, dat verandert, indien het chemische/fysische milieu verandert. Dergelijke inrichtingen zijn in het algemeen ontworpen met het doel alle gevoeligheid te beperken tot slechts één milieuparameter of chemische stof, zodat een nuttig 25 bewakings- en meetwerktuig voor deze parameter of chemische stof wordt verschaft. Het bereiken van dit doel in de praktijk is echter buitengewoon moeilijk. Zo kunnen bijvoorbeeld druktransducers gevoelig zijn voor tempera-tuurvariaties en bezitten aftastinrichtingen voor 30 methaan de neiging op de meeste koolwaterstoffen aan te spreken. Dikwijls moeten kostbare maatregelen worden genomen om deze kruisgevoeligheid tot een minimum te beperken.For almost all prior detection devices, a sensor is used that delivers a stationary output signal that changes as the chemical / physical environment changes. Such devices are generally designed to limit all sensitivity to only one environmental parameter or chemical to provide a useful monitoring and measuring tool for this parameter or chemical. However, achieving this goal in practice is extremely difficult. For example, pressure transducers can be sensitive to temperature variations and methane sensors tend to target most hydrocarbons. Costly measures often have to be taken to minimize this cross sensitivity.
Typische chemische aftastinrichtingen worden gedefinieerd als inrichtingen, waarvan een uitgangskarak-35 teris-tiek (b.v. stroomsterkte, spanning, absorptie, weer- S δ 012 72 -4- stand, fluorescentie, grootte, enz.) een wijziging ondergaat bij blootstelling aan de van belang zijnde chemische stof. De verandering van de responsie wordt gewoonlijk onderzocht bij het evenwicht of de 5 stationaire toestand en de grootte van de responsie wordt in verband gebracht met de concentratie.Typical chemical sensing devices are defined as devices whose output characteristics (eg, current, voltage, absorption, resistance, fluorescence, size, etc.) are subject to change upon exposure to the important chemical. The change in response is usually examined at equilibrium or steady state and the magnitude of response is related to concentration.
Grote zorg wordt besteed aan het verzekeren, dat de inrichting zo wordt gekonstrueerd, dat de responsie alleen optreedt, indien de van belang zijnde chemische 10 stof aanwezig is. Deze benadering vanuit de stationaire toestand verschaft niet voldoende gegevens om honderden of mogelijk duizenden chemische stoffen , die aanwezig kunnen zijn in een monster, te analyseren onder toepassing van één enkele aftastinrichting, enkel instrument 15 of aftastreeks.Great care is taken to ensure that the device is constructed so that the response occurs only when the chemical of interest is present. This steady state approach does not provide enough data to analyze hundreds or possibly thousands of chemicals that may be present in a sample using a single scanner, single instrument, or scan sequence.
US-A-4.399.684 openbaart een methode voor het meten van gassen, waarbij een gasaftastinrichting van metaaloxide tijdens het blootstellen aan een gasmonster achtereenvolgens wordt verhit en gekoeld.US-A-4,399,684 discloses a method of measuring gases, wherein a metal oxide gas sensor is successively heated and cooled during exposure to a gas sample.
20 Het octrooischrift openbaart, dat tijdens een dergelijk cyclisch thermisch verloop een continue, van de concentratie afhankelijke, unieke signatuur voor verschillende gasconcentraties wordt ontwikkeld. Deze signatuur bestaat uit een verhouding van twee steekproeven van het uit-25 gangssignaal van de aftastinrichting, die op te voren bepaalde tijdstippen van de thermische cyclus worden genomen. Deze signatuur verschaft voldoende informatie om de gasconcentratie te identificeren door vergelijking met gestandaardiseerde signaturen voor bekende concentraties. 30 Daar de ontwikkelde signaturen van de concentratie afhankelijk zijn, kunnen zij echter niet worden gebruikt voor het identificeren van een onbekend bestanddeel van het monster. Het octrooischrift suggereert, dat de beschreven methode gebruikt kan worden voor het identificeren van 35 een onbekend gas, maar het geeft geen toelichting hoe een 8601272 * v r· ~D~ dergelijke identifikatie zou kunnen worden uitgevoerd.The patent discloses that during such a cyclic thermal course a continuous concentration dependent unique signature is developed for different gas concentrations. This signature consists of a ratio of two samples of the sensor output signal taken at predetermined times of the thermal cycle. This signature provides sufficient information to identify the gas concentration by comparison to standardized signatures for known concentrations. However, since the developed signatures depend on the concentration, they cannot be used to identify an unknown component of the sample. The patent suggests that the disclosed method can be used to identify an unknown gas, but it does not explain how such an identification could be performed.
De uitvinding heeft in het algemeen ten doel een verbeterde inrichting en werkwijze voor de detectie te verschaffen, waardoor de nadelen van de vroegere 5 inrichtingen en methoden worden vermeden, terwijl ver dere konstrukties- en bedrijfsvoordelen worden verschaft.The object of the invention is generally to provide an improved device and method of detection, which avoids the drawbacks of the earlier devices and methods, while providing further construction and operating advantages.
Een belangrijk doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het identificeren van een onbekend bestanddeel van een tot stroming in 10 staat zijnd mondstuk, welke werkwijze op unieke wijze geschikt is voor toepassing ter plaatse.An important object of the invention is to provide a method for identifying an unknown component of a flowable nozzle, which method is uniquely suitable for on-site use.
Een ander doel van de uitvinding, dat verband houdt met de bovenvermelde doelstelling, is het verschaffen van een werkwijze voor het bepalen van de concentra-15 tie van de geïdentificeerde chemische stof.Another object of the invention, related to the above object, is to provide a method for determining the concentration of the identified chemical.
Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze van het bovenvermelde type, waarmee het mogelijk is een groot aantal chemische bestanddelen te identificeren onder toepassing van één 20 enkel aftastorgaan.Another object of the invention is to provide a method of the above-mentioned type, which makes it possible to identify a large number of chemical constituents using a single scanner.
Een ander doel van de uitvinding, dat verband houdt met de bovenvermelde doelstellingen, is het verschaffen van een werkwijze van het bovenvermelde type, waarbij een aftastinrichting in dynamisch bedrijf 25 wordt gebruikt voor het bepalen van de dynamische of met een chemische reaktie verband houdende parameter.Another object of the invention, related to the above objects, is to provide a method of the above-mentioned type, wherein a dynamic mode sensor is used to determine the dynamic or chemical reaction related parameter.
Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een detectie-inrichting, die de werkwijze van de bovenvermelde doelstellingen in zich herbergt.Another object of the invention is to provide a detection device which houses the method of the above objects.
30 Nog een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijke detectie-inrichting, waarbij het aftastorgaan door energiemodulatie wordt bedreven.Yet another object of the invention is to provide such a detection device, in which the sensor is operated by energy modulation.
Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een aftastinrichting van het bovenvermelde 35 type, die van een eenvoudige en ekonomische konstruktie is >t ί ^ 'J ή Ί > *Another object of the invention is to provide a scanning device of the above-mentioned type, which is of a simple and economical construction> t ί ^ 'J ή Ί> *
- - ’r : £ / L- - ‘r: £ / L
\ -6- en gekenmerkt is door een kleine compacte afmeting.-6- and is characterized by a small compact size.
Nog een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en inrichting voor de detectie van het bovenvermelde type, die een snelle 5 en selektieve bepaling van de identiteit en de concen tratie van chemische bestanddelen verschaft.Yet another object of the invention is to provide a method and apparatus for the detection of the above-mentioned type, which provides a rapid and selective determination of the identity and concentration of chemical components.
Een ander doel van de uitvinding is een werkwijze en inrichting voor de detectie van het bovenvermelde type te verschaffen, die de detectie van zeer 10 geringe concentratiewaarden van chemische bestanddelen mogelijk maakt.Another object of the invention is to provide a method and apparatus for the detection of the above-mentioned type, which enables the detection of very low concentration values of chemical components.
Deze en andere doelstellingen van de uitvinding worden bereikt door een werkwij ze te verschaffen voor het identificeren van een bestanddeel van een tot 15 stroming in staat zijnd monster, die het kenmerk bezit dat het tot stroming in staat zijnde monster blootgesteld wordt aan een aftasteenheid, die een energietoevoer bezit en geschikt is om met het bestanddeel in wisselwerking te treden voor het teweeg brengen van responsie, welke 20 wisselwerking een parameter bezit, die met het in wissel werking verkerende bestanddeel varieert, de energietoevoer gemoduleerd wordt voor het teweeg brengen van een gemoduleerde responsie, die evenredig is met de genoemde parameter en de parameter van de modulatie van de respon-25 sie gemeten wordt voor het identificeren en/of kwantitatief bepalenvan het bestanddeel.These and other objects of the invention are achieved by providing a method for identifying a component of a flowable sample, which is characterized in that the flowable sample is exposed to a scanning unit, which has an energy supply and is capable of interacting with the component to produce response, which interaction has a parameter which varies with the interacting component, the energy supply is modulated to produce a modulated response , which is proportional to said parameter and the response modulation parameter is measured to identify and / or quantify the component.
De binnentredende chemische stof wordt met andere woorden tot omzetting gebracht, waarbij de mate van de reaktie op cyclische wijze of volgens een ander regelmatig patroon 30 wordt gemoduleerd en deze mate van reaktie gevolgd wordt door het aftastorgaan. De bij deze gemoduleerde registratie ontwikkelde informatie is voldoende om de identiteit en concentratie van de chemische stof te verschaffen, die deze aftastinrichting binnentreedt.In other words, the entering chemical is reacted, the degree of the reaction being modulated cyclically or according to another regular pattern, and this degree of reaction being followed by the sensor. The information developed in this modulated recording is sufficient to provide the identity and concentration of the chemical entering this sensor.
35 Andere doelstellingen, voordelen en nieuwe 3501272 -7- aspekten van de uitvinding zullen ten delen in de volgende beschrijving worden uiteengezet en zullen ten dele de deskundigen op dit gebied duidelijk worden bij bestudering van het volgende of kunnen bij het in de praktijk 5 brengen van de uitvinding worden geleerd. De doelstellingen en voordelen van de uitvinding kunnen worden gerealiseerd en bereikt met behulp van instrumenteringen en combinaties, die in het bijzonder in de volgende conclusies zijn aangegeven.Other objects, advantages and novel aspects of the invention will be set forth in part in the following description and will in part become apparent to those skilled in the art upon consideration of the following or may practice the following. learned the invention. The objects and advantages of the invention can be realized and achieved with the aid of instrumentations and combinations, which are particularly indicated in the following claims.
10 Om een begrijpen van de uitvinding te ver gemakkelijken, is in de bijgaande tekeningen een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan weergegeven, bij bestudering waarvan aan de hand van de volgende beschrijving, de uitvinding, de constructie en werking daarvan en vele van de 15 voordelen ervan zonder meer begrepen zullen worden en duidelijk zullen worden.In order to facilitate an understanding of the invention, the accompanying drawings illustrate a preferred embodiment thereof, upon which the following description will readily understand the invention, its construction and operation and many of its advantages. and become clear.
Figuur 1 is een blokschema van een detectie-inrichting, die volgens de uitvinding is gekonstrueerd en die de aspekten van de uitvinding in zich herbergt; 20 Figuur 2 is een verder blokschema van de aftastinrichting, die een bepaald type aftastinrichting en een modulator meer in bijzonderheden weergeeft,Figure 1 is a block diagram of a detection device constructed in accordance with the invention and incorporating the aspects of the invention; Figure 2 is a further block diagram of the scanner, showing in more detail a particular type of scanner and a modulator,
Figuur 3A is een grafiek van de modulatie van de temperatuur van het verhittingselement.Figure 3A is a graph of the modulation of the temperature of the heating element.
25 Figuur 3B is een grafiek van het gemoduleerde uitgangssignaal van de aftastinrichting op dezelfde tijdsbasis als figuur 3A, indien het toegevoerde gas 200 rpm cyclohexaan in lucht is; enFigure 3B is a graph of the modulated output from the sensor on the same time basis as Figure 3A, if the gas supplied is 200 rpm cyclohexane in air; and
Figuur 4 is een grafiek van de parameter h/a 30 als funktie van de psuedo-aktiveringsenergie voor de vorming van elektrochemisch aktieve verbindingen aan een Rh gloeidraad, die de karakteristieke pseudo-aktiverings-energie voor een aantal verschillende chemische stoffen weergeeft.Figure 4 is a graph of parameter h / a 30 as a function of the psuedo activation energy for the formation of electrochemically active compounds on an Rh filament, showing the characteristic pseudo activation energy for a number of different chemicals.
35 In het meest algemene aspekt betreft de uit- SS11272 -8- vinding het ontwikkelen van een grote hoeveelheid informa- , tie of gegevens met betrekking tot een bemonsterd milieu onder toepassing van één enkele aftastinrichting volgens de techniek van het moduleren van de signalen van de 5 aftastinrichting. Meer in het bijzonder is de uitvinding gelegen in de energiemodulatie van een wisselwerking tussen de aftastinrichting en de te detecteren bestanddelen, waardoor een gemoduleerd uitgangssignaal uit de detectie-inrichting wordt ontwikkeld en deze gemoduleerde 10 informatie gebruikt wordt voor het afleiden van een parameter (die verband houdt met de kinetische of thermo-dynamische eigenschappen van een chemische stof of een chemische reaktie), welke parameter gebruikt kan worden voor het bepalen van de identiteit en de concentratie 15 van het van belang zijnde bestanddeel. Hoewel het mogelijk is een aantal verschillende typen aftastinrichtingen en . modulatie-inrichtingen te gebruiken voor het bepalen van verschillende parameters , die specifiek zijn voor een van belang zijnde chemische stof, wordt bij de onderstaande 20 beschreven voorkeursuitvoeringsvorm de thermische modulatie van een elektrochemisch aftastsignaal gebruikt voor het bepalen van een kinetische parameter, die representatief is voor de "aktiveringsenergie" van een chemische reaktie met lucht voor de chemische stof, die met behulp 25 van het aftastsysteem (modulator en aftastorgaan) moet worden gedetecteerd, geïdentificeerd en kwantitatief worden bepaald.In the most general aspect, the invention SS11272-8 develops a large amount of information or data related to a sampled environment using a single sensor according to the technique of modulating the signals of the 5 scanning device. More particularly, the invention resides in the energy modulation of an interaction between the sensing device and the components to be detected, whereby a modulated output signal is generated from the sensing device and this modulated information is used to derive a parameter (that relationship with the kinetic or thermodynamic properties of a chemical or chemical reaction), which parameter can be used to determine the identity and concentration of the component of interest. Although it is possible a number of different types of sensors and. to use modulation devices to determine various parameters specific to a chemical of interest, in the preferred embodiment described below, the thermal modulation of an electrochemical scanning signal is used to determine a kinetic parameter representative of the "activation energy" of a chemical reaction with air for the chemical to be detected, identified and quantitated using the sensing system (modulator and sensing means).
In figuren 1 en 2 is nu een detector, in het algemeen aangeduid met het verwijzingscijfer 10, weer-30 gegeven, die volgens de uitvinding is gekonstrueerd en de aspekten van de uitvinding in zich herbergt. De detector 10 omvat een gasmenger 11, een luchttoevoer 12 en een andere toevoer, die met behulp vaneen geschikte afsluiter gekoppeld wordt met hetzij een luchttoevoer 13, hetzij een 35 toevoer 14 van te bemonsteren gas. Met deze opstelling kan 8601272 -9- of lucht uit de omgeving, die te detecteren chemische bestanddelen bevat, direkt aan de gasmenger 11 worden afgegeven of kunnen te identificeren laboratoriummonsters in de gasmenger 11 met lucht tot een gewenst concentratie 5 gebied worden gemengd vö6r de analyse door de modulator /aftastinrichting. Het zal duidelijk zijn, dat de gasmenger 11 facultatief is en dat desgewenst lucht uit de omgeving of een andere bron van een te detecteren monster direkt met de rest van de detector 10 zou kunnen worden 10 gekoppeld.Figures 1 and 2 now show a detector, generally indicated by reference numeral 10, which is constructed in accordance with the invention and which houses the aspects of the invention. The detector 10 comprises a gas mixer 11, an air supply 12 and another supply, which is coupled by means of a suitable valve to either an air supply 13 or a supply 14 of gas to be sampled. With this arrangement, ambient air 8601272-9 containing chemical components to be detected can be delivered directly to the gas mixer 11 or laboratory samples to be identified in the gas mixer 11 can be mixed with air to a desired concentration range prior to analysis. by the modulator / scanner. It will be understood that the gas mixer 11 is optional and, if desired, air from the environment or other source of a sample to be detected could be coupled directly to the rest of the detector 10.
De gasmenger 11 bezit een afvoer 15, die gekoppeld is met de toevoer van een aftasteenheid 20.The gas mixer 11 has a discharge 15, which is coupled to the supply of a scanning unit 20.
De aftasteenheid 20 omvat meer in het bijzonder een elektrochemische aftastinrichting 21, die gekoppeld is met 15 een potentiostaat 22 voor het regelen van elektrodespan-ningen en het uitvoeren van een elektro-oxidatie of elektro-reduktie van de chemische stoffen, die de aftastinrichting binnentreden. De aftasteenheid 20 omvat eveneens een gloeidraad 23 voor het verhitten van het 20 gasmonster, voordat het in de elektrochemische aftast inrichting 21 wordt toegelaten. De gloeidraad 23 dient niet alleen als verhitter, maar werkt bij voorkeur eveneens als een katalytische of chemische reaktor.More specifically, the sensing unit 20 includes an electrochemical sensing device 21 coupled to a potentiostat 22 for controlling electrode voltages and performing an electro-oxidation or electro-reduction of the chemicals entering the sensing device. The sensing unit 20 also includes a filament 23 for heating the gas sample before admitting it to the electrochemical sensing device 21. The filament 23 not only serves as a heater, but preferably also functions as a catalytic or chemical reactor.
De gloeidraad 23 kan uit een geschikt materiaal, bijvoor-25 beeld edele metalen, zoals Pt , Pd, Rh, Au, Ir , of een andere katalysator bestaan afhankelijk van de typen te detecteren chemische bestanddelen en de bepaalde toegepaste elektrochemische aftastinrichting 21. Bij een proefmodel van de uitvinding is de gloeidraa-d 23 vervaar-30 digd uit een edel metaal, zoals Rh, maar het zal duide-lij zijn, dat niet-edel metaal katalysatoren, zoals wolfraam of molybdeen, eveneens zouden kunnen worden toegepast.The filament 23 may consist of a suitable material, for example precious metals, such as Pt, Pd, Rh, Au, Ir, or other catalyst depending on the types of chemical components to be detected and the particular electrochemical sensor 21 employed. As a test model of the invention, the filament 23 is made from a noble metal such as Rh, but it will be clear that non-noble metal catalysts such as tungsten or molybdenum could also be used.
Verder kan elke "microkatalytische" reaktor worden gebruikt, 35 die in staat is een herhaalbare en snelle (b.v. sneller 8601272 -10- dan de responsie van de aftastinrichting) modulatie te verschaffen.Furthermore, any "microcatalytic" reactor can be used, which is capable of providing repeatable and rapid (eg, faster 8601272-10 than the response of the sensor) modulation.
De gloeidraad 23 is gekoppeld met een modulator 30, die een stroombron 31, een funktiegenera-5 tor 32, en een stroomversterker 33 omvat. Meer in het bijzonder is de stroombron 31 gekoppeld met zowel de funktiegenerator 32 als met de stroomversterker 33.The filament 23 is coupled to a modulator 30, which includes a power source 31, a function generator 32, and a power amplifier 33. More specifically, the power source 31 is coupled to both the function generator 32 and the power amplifier 33.
De funktiegenerator 32 geeft een uitgangssignaal met een te voren bepaalde golfvorm, zoals een zaagtandgolf, 10.. af, die via de stroomversterker 33 op een aansluitklem van de gloeidraad 23 wordt aangelegd. De andere aansluitklem van de gloeidraad 23 is via een amperemeter 34 met de stroombron 31 verbonden. Een voltmeter 35 kan over de aansluitklemmen van de gloeidraad 23 worden 15 verbonden. Het zal duidelijk zijn, dat de stroom door de gloeidraad en daardoor de temperatuur ervan gemoduleerd wordt door het uitgangssignaal van de funktiegenerator 32, zoals onderstaand meer in bijzonderheden zal worden uiteengezet.The function generator 32 outputs an output signal of a predetermined waveform, such as a sawtooth wave, 10 which is applied to a terminal of the filament 23 via the current amplifier 33. The other terminal of the filament 23 is connected to the power source 31 via an ammeter 34. A voltmeter 35 can be connected across the terminals of the filament 23. It will be appreciated that the current through the filament and thereby its temperature is modulated by the output signal of the function generator 32, as will be explained in more detail below.
20 Het gasmonster verlaat de elektrochemische aftastinrichting 21 en gaat door een stromingsmeter 36 en een pomp 37 naar een geschikte afzuigkap (niet weergegeven) en dergelijke. Hierdoor wordt een veilige afvoer van alle chemische stoffen verschaft, die toxisch 25. of gevaarlijk kunnen zijn.The gas sample leaves the electrochemical sensor 21 and passes through a flow meter 36 and a pump 37 to a suitable hood (not shown) and the like. This provides a safe disposal of all chemicals that can be toxic or dangerous.
De elektrochemische aftastinrichting 21 produceert een elektrisch uitgangssignaal, dat gevormd wordt door de potentiostaat 22 en uitgelezen wordt door een elektronische verwerker 40, die een microproces-30 sorschakeling kan omvatten. Bij voorkeur omvat de verwerker 40 een vergelijkingsschakeling 41, die het uitgangssignaal van de aftasteenheid 20 ontvangt en die tevens gekoppeld is met een geschikt geheugen 42, zoals een halfgeleidergeheugen. Gestandaardiseerde responsieparame-35 ters voor een aantal verschillende chemische bestanddelen 8501272 -11- worden in het geheugen 42 opgeslagen. De modulatie van de gloeidraad 23 veroorzaakt een overeenkomstige modulatie van het uitgangssignaal van de elektrochemische aftastinrichting 21 voor het vormen van de karakteristieke 5 uitgangsresponsieparameter. Deze responsieparameter wordt in de vergelijkingsschakeling 41 vergeleken met de gestandaardiseerde responsieparameters, die in het geheugen 42 zijn opgeslagen en indien een evenbeeld wordt vastgesteld, wordt een geschikte indikatie van de identiteit 10 en de concentratie van het gedetecteerde chemische bestanddeel in een indikator 43 verschaft, die van elk gewenst type kan zijn. Zo kan de indikator 43 een aflezing in digitale weergave verschaffen, zoals een CRT of ander type weergave.The electrochemical sensor 21 produces an electrical output signal, which is formed by the potentiostat 22 and is read by an electronic processor 40, which may comprise a microprocessor circuit. Preferably, the processor 40 comprises a comparison circuit 41, which receives the output signal from the scanning unit 20 and which is also coupled to a suitable memory 42, such as a semiconductor memory. Standardized response parameters for a number of different chemical components 8501272-11 are stored in memory 42. The modulation of the filament 23 causes a corresponding modulation of the output signal of the electrochemical sensor 21 to form the characteristic output response parameter. This response parameter is compared in the comparator circuit 41 to the standardized response parameters stored in the memory 42, and if an image is determined, an appropriate indication of the identity 10 and the concentration of the detected chemical component in an indicator 43 is provided, which can be of any type. For example, the indicator 43 can provide a digital display reading, such as a CRT or other type of display.
15 De werking van de detector 10 zal nu tevens aan de hand van figuren 3A en 3B bij wijze van voorbeeld worden toegelicht met betrekking tot de detectie van cyclohexaan. Voor dit doel is de elektrochemische aftastinrichting 21 een CO-aftastinrichting en is de 20 gloeidraad 23 een Rh-gloeidraad. Met 200 rpm cyclohexaan verontreinigde lucht wordt over de gloeidraad 23 geleid en vervolgens naar de aftastinrichting 21. Bij voorkeur is de modulator 30 in staat de temperatuur van de gloeidraad 23 te variëren tussen omgevingstemperatuur en 25 ongeveer 1500°C, hoewel het eigenlijke trajekt van de variatie bepaald zal worden door het uitgangssignaal van de funktregenerator 32.The operation of detector 10 will now also be explained by way of example with reference to Figures 3A and 3B with regard to the detection of cyclohexane. For this purpose, the electrochemical sensor 21 is a CO sensor and the filament 23 is an Rh filament. Air contaminated with 200 rpm cyclohexane is passed over the filament 23 and then to the sensing device 21. Preferably, the modulator 30 is capable of varying the temperature of the filament 23 between ambient temperature and about 1500 ° C, although the actual range of the variation will be determined by the output signal of the function regenerator 32.
De gloeidraad 23 brengt een pvrolysereaktie van cyclohexaan teweeg volgens de reaktievergelijking 30 cyclohexaan + lucht(20%zuurstof)=CO+produkten.The filament 23 induces a precolysis reaction of cyclohexane according to the reaction equation 30 cyclohexane + air (20% oxygen) = CO + products.
Bij lage temperaturen, bijvoorbeeld minder dan ongeveer 200°C treedt weinig of geen pyrolyse van cyclohexaan opr d.w.z., dat de reaktiesnelheid bij deze temperatuur zeer 35 klein is en de elektrochemische aftastinrichting 21 daarom 3601272 -12- nul afleest. Indien de temperatuur wordt verhoogd, begint deze reaktie met een aanzienlijke snelheid te verlopen en reageert de aftastinrichting 21 op de toename van de CO concentratie.At low temperatures, for example less than about 200 ° C, little or no pyrolysis of cyclohexane occurs, i.e., that the reaction rate at this temperature is very low and the electrochemical sensor 21 therefore reads 3601272-12. When the temperature is raised, this reaction begins to proceed at a significant rate and the sensor 21 responds to the increase in the CO concentration.
5 De gebruikelijke kinetische uitdrukking voor de snelheid van de CO-produktie is d/ CO //dt=r/cyclohexaan//iucht//C/ waarin /0/ de concentratie van de katalysator is, ^ gewoonlijk genomen in de eerste macht, en r de snelheids-konstante is. De concentratie van lucht of cyclohexaan kan tot elke macht worden genomen. De snelheidskonstante kan worden geschreven als 15 r= A e-E/kt waarin A een pre-exponentiele faktor is, t de absolute temperatuur is, k de konstante van Boltzmann is en E de aktiveringsenergie voor de reaktie is.The usual kinetic expression for the rate of CO production is d / CO // dt = r / cyclohexane // air // C / where / 0 / is the concentration of the catalyst, usually taken in the first power, and r is the rate constant. The concentration of air or cyclohexane can be taken to any power. The rate constant can be written as 15 r = A e-E / kt where A is a pre-exponential factor, t is the absolute temperature, k is Boltzmann's constant and E is the activation energy for the reaction.
20 In dit geval produceert de funktiegenerator 32 een uitgangssignaal in zaagtandgolfvorm, hetgeen aanleiding geeft tot een zaagtandmodulatie van de temperatuur van de gloeidraad volgens de golfvorm 50 in figuur 3A, waarbij de temperatuur in verloop van 25 ongeveer 40 sekonden een gehele cyclus doorloopt.In this case, the function generator 32 produces a sawtooth waveform output, which gives rise to a sawtooth modulation of the filament temperature according to the waveform 50 in Fig. 3A, with the temperature going through an entire cycle over about 40 seconds.
De temperatuur beweegt tussen een laagste punt 51 van ongeveer 600°C en een hoogste punt 52 van ongeveer 1000°C. Deze modulatie van de temperatuur van de gloeidraad doet de mate van CO-produktie kontinu wisselen onder vor-30 ming van een gemoduleerd uitgangssignaal van de aftastinrichting 21, zoals aangegeven door de golfvorm 60 in figuur 3B. De rechte 61 in fig.3B geeft de achtergrond-of grondlijnwaarde aan, dat is het uitgangssignaal, dat door de aftastinrichting 21 wordt geproduceerd in respon-35 sie op zuivere lucht, waarbij het werkelijke responsiesig- 8601272 -13- naal op zuivere lucht aangegeven is door een gedeelte 62 van de golfvorm. Wanneer het gasmonster, dat het cyclohexaan als verontreiniging bevat, aan de aftastin-richting 21 wordt toegelaten, neemt de responsie ervan 5 toe en benadert deze een stationaire waarde, die door het rechter gedeelte van de golfvorm 60 is aangegeven. Zoals blijkt is deze responsie een gemoduleerd signaal 63, dat wisselt tussen bovenste pieken 64 en onderste pieken 65. De amplitude van piek tot piek van het 10 signaal 63 is a - b, waarbij a de afstand tussen de grondlijn 61 en de bovenste piek 64 is en b de afstand tussen de grondlijn 61 en de onderste piek 65 is.The temperature moves between a low point 51 of about 600 ° C and a high point 52 of about 1000 ° C. This modulation of the filament temperature continuously varies the degree of CO production to produce a modulated output from the sensor 21, as indicated by the waveform 60 in FIG. 3B. Line 61 in Figure 3B indicates the background or ground line value, that is, the output signal produced by the sensor 21 in response to pure air, the actual response signal being indicated to pure air. is through a portion 62 of the waveform. When the gas sample containing the cyclohexane as impurity is admitted to the sensor 21, its response increases and approaches a stationary value indicated by the right portion of the waveform 60. As can be seen, this response is a modulated signal 63, which alternates between upper peaks 64 and lower peaks 65. The peak-to-peak amplitude of the signal 63 is a - b, where a is the distance between the baseline 61 and the upper peak 64 and b is the distance between the ground line 61 and the lower peak 65.
Uit de bovenstaande kinetische uitdrukking voor de vormingssnelheid van CO blijkt, dat de vormings-15 snelheid van CO en daarom het uitgangssignaal van de aftastinrichting evenredig zal zijn met de cyclohexaan concentratie, indien de concentratie aan lucht en katalysator vrijwel konstant worden gehouden. Eveneens valt in te zien, dat een van de concentratie onafhankelijke 20 parameter de vormingssnelheid van CO gedeeld door de cyclohexaanconcentratie is, namelijk d/CO//Zcyclohexaan7 dt = r/lucht//cj 25 en deze bij een konstante concentratie en konstante temperatuur konstant is. Uit de bovenstaande uitdrukking voor de snelheidskonstante r blijkt dus, dat de temperatuurverandering in de gloeidraad een wijziging van de CO-concentratie teweeg brengt, die bepaald wordt door 30 de preexponentiële faktor A en de aktiveringsenergie E.From the above kinetic expression for the rate of formation of CO, it appears that the rate of formation of CO and therefore the output of the sensor will be proportional to the cyclohexane concentration if the concentration of air and catalyst are kept almost constant. It can also be seen that a parameter independent of the concentration is the rate of formation of CO divided by the cyclohexane concentration, namely d / CO // Zcyclohexane7 dt = r / air // cj 25 and this constant at a constant concentration and constant temperature is. Thus, from the above expression for the rate constant r, it appears that the temperature change in the filament causes a change in the CO concentration, which is determined by the pre-exponential factor A and the activation energy E.
Deze reaktiesnelheidskonstante r is zeer specifiek voor chemische reakties. De thermisch gemoduleerde CO-concentra-tie , gedeeld door de cyclohexaanconcentratie, is dus evenredig met de aktiveringsenergie voor de produktie van 35 CO uit cyclohexaan aan een verhitte Rh gloeidraad. Daar 3 5 C 1 2 7 2 -14- de CO concentratie, gedeeld door de cyclohexaanconcentra-tie, onafhankelijk is van de cyclohexaanconcentratie, kan deze informatie worden gebruikt voor het identificeren van de verontreiniging als cyclohexaan.This reaction rate constant r is very specific for chemical reactions. Thus, the thermally modulated CO concentration divided by the cyclohexane concentration is proportional to the activation energy to produce 35 CO from cyclohexane on a heated Rh filament. Since 3 5 C 1 2 7 2 -14- the CO concentration divided by the cyclohexane concentration is independent of the cyclohexane concentration, this information can be used to identify the impurity as cyclohexane.
5 Deze informatie wordt uitgedrukt door de genormaliseerde parameter h/a, waarin h = a-b, d.i de amplitude van piek tot piek van de golfvorm 60, gedeeld door de grootte of hoogte van de bovenste pieken 64. De grootte van de hoogte van de bovenste 10 pieken 64 blijkt evenredig te zijn met de cyclohexaanconcentratie. Eveneens is gevonden, dat de parameter h/a evenredig is met een pseudoaktiveringsenergie in kcal/mol voor een aantal onderzochte chemische bestanddelen, zoals ammoniak, acrylonitrile, cyclohexaan, methaan, 15 tolueen en benzeen, zoals weergegeven in figuur 4.5 This information is expressed by the normalized parameter h / a, where h = ab, ie the peak-to-peak amplitude of the waveform 60 divided by the size or height of the top peaks 64. The size of the height of the top 10 peaks 64 appear to be proportional to the cyclohexane concentration. It has also been found that the parameter h / a is proportional to a pseudo-activation energy in kcal / mol for a number of chemical components tested, such as ammonia, acrylonitrile, cyclohexane, methane, toluene and benzene, as shown in Figure 4.
Eveneens is gevonden, dat de amplitude van piek tot piek h van de golfvorm 60 van de signaalresponsie alsmede de hoogte "a" van de bovenste pieken 64 evenredig is met de concentratie van het te detecteren chemische 20 bestanddeel.It has also been found that the peak to peak h amplitude of the signal response waveform 60 as well as the height "a" of the upper peaks 64 is proportional to the concentration of the chemical to be detected.
De processor 40 bewerkt het golfvormige uitgangssignaal 60 van de aftasteenheid 20 om de kwantiteit h en de parameter h/a te bepalen en vergelijkt deze parameter met de gestandaardiseerde parameters (dat zijn 25 de pseudoaktiveringsenergieën), die in het geheugen 42 zijn opgeslagen, teneinde de verontreiniging als cyclohexaan te identificeren en de concentratie daarvan te registreren.The processor 40 processes the waveform output 60 from the scanning unit 20 to determine the quantity h and the parameter h / a and compares this parameter with the standardized parameters (i.e. the pseudo activation energies) stored in the memory 42 in order to identify contamination as cyclohexane and record its concentration.
Bij de zojuist beschreven voorkeursuitvoerings-30 vorm is het katalytische oppervlak van de gloeidraad 23 gescheiden van de elektrochemische aftastinrichting 21.In the preferred embodiment just described, the catalytic surface of the filament 23 is separated from the electrochemical sensor 21.
Het zal echter duidelijk zijn, dat de principes van de uitvinding eveneens zouden kunnen wordaitoegepast bij een reaktieopzet, waarbij de temperatuur van een halfgeleider-35 aftastinrichting wordt gemoduleerd voor het teweegbrengen SS 01272 -15- van een katalytische reaktie en hetzelfde oppervlak dan als een gasdetector wordt gebruikt.It will be understood, however, that the principles of the invention could also be applied in a reaction setup, modulating the temperature of a semiconductor sensor to produce a catalytic reaction SS 01272-15 and the same surface area as a gas detector. is used.
Hoewel bij de voorkeursuitvoeringsvorm een thermische modulatie van een elektrochemische 5 CO-aftastinrichting voor de detectie van koolwaterstoffen is beschreven, zal het duidelijk zijn, dat de principes van de uitvinding eveneens van toepassing zijn op andere typen aftastinrichtingen en andere typen modulatie van andere typen wisselwerkingen.Although a thermal modulation of an electrochemical CO sensor for the detection of hydrocarbons has been described in the preferred embodiment, it will be appreciated that the principles of the invention also apply to other types of sensors and other types of modulation of other types of interactions.
10 Zo zal bijvoorbeeld benzeen gedetecteerd kunnen worden door modulatie van de photonenenergie toevoer aan een photoionisatiedetector voor het meten van de ionisatie-spanning van de wisselwerking. De toevoer van infrarood straling aan een thermozuil-detector zou gemoduleerd 15 kunnen worden voor het meten van de infraroodabsorptie-coëfficient voor het detecteren van chemische stoffen, die sterke infrarood absorberende stoffen zijn, zoals methaan. Op een zelfde wijze zou de thermische energie toevoer aan een thermionische ionisatiedetector gemodu-20 leerd kunnen worden voor het meten van de ionisatie-spanning. Een ander alternatief zou het moduleren van chemisch reagens, b.v. ozon, in een chemisch-luminescentie detector kunnen zijn voor het meten van betreffende kinetische parameters, b.v. de snelheidsorde. Een der-25 gelijke techniek zou bijvoorbeeld kunnen worden toegepast voor detectie van stikstofmonoxide. Een andere techniek zou bijvoorbeeld de toepassing van de modulatie van een magnetische veld met een microgolfdetector met zich mee kunnen brengen voor het meten van magnetische ener-30 gieniveaus van elektronen met een niet gepaarde spin, welke techniek toegepast zou kunnen worden voor het detecteren van moleculen met niet gepaarde elektronen . In het algemeen is het dus alleen noodzakelijk een middel (b.v. de energietoevoer) te verschaffen voor het chemisch op an-35 dere wijze moduleren van de wisselwerking van de te detec- 8301272 -16- teren chemische stof in het monster en vervolgens een middel voor het detecteren van het gemoduleerde signaal. Men is dan in staat de specifieke kinetische of thermo-dynamische parameters te bepalen, die de situatie be~ 5 schrijven en dit verschaft de selektieve informatie, die gewenst is voor het identificeren en kwantitatief bepalen van de van belang zijnde chemische stof.For example, benzene may be detected by modulation of the photon energy supply to a photoionization detector to measure the ionization voltage of the interaction. The supply of infrared radiation to a thermopile detector could be modulated to measure the infrared absorption coefficient to detect chemicals that are strong infrared absorbers, such as methane. Likewise, the thermal energy supply to a thermionic ionization detector could be modulated to measure the ionization voltage. Another alternative would be to modulate chemical reagent, e.g. ozone, in a chemical luminescence detector for measuring relevant kinetic parameters, e.g. the speed order. Such a technique could be used, for example, for detection of nitric oxide. For example, another technique could involve the use of a magnetic detector modulation with a microwave detector to measure magnetic energy levels of electrons with an unpaired spin, which technique could be used to detect molecules with unpaired electrons. In general, therefore, it is only necessary to provide an agent (eg, the energy supply) for chemically modulating the interaction of the chemical to be detected in the sample in a different manner, and then an agent for detecting the modulated signal. One is then able to determine the specific kinetic or thermodynamic parameters describing the situation and this provides the selective information desired for identifying and quantifying the chemical of interest.
Een belangrijk aspekt van de uitvinding is dat deze een selektieve identifikatie van een groot 10 aantal chemische bestanddelen verschaft onder toepassing van een detector met een minimaal aantal onderdelen, hetgeen leidt tot een detector met ruime toepassingsmogelijkheden, die op geschikte wijze geminiaturiseerd kan worden voor draagbaarheid en gebruik ter plaatse.An important aspect of the invention is that it provides a selective identification of a large number of chemical constituents using a detector with a minimum number of parts, resulting in a detector with wide application possibilities, which can be suitably miniaturized for portability and use on site.
15 Verder zal het duidelijk zijn, dat de detector volgens de uitvinding gekonstrueerd kan worden voor het verschaffen van ondubbelzinnige uitgangsindikaties, zodat deze door niet-deskundig personeel kan worden gebruikt.It will further be apparent that the detector of the invention can be constructed to provide unambiguous output indications for use by non-skilled personnel.
Hoewel de uitvinding beschreven is met 20 betrekking tot de verwerking van gasvormige monsters, zal het duidelijk zijn, dat de principes volgens de uitvinding eveneens toegepast zouden kunnen worden op de analyse van chemische stoffen in een vloeibaar milieu.Although the invention has been described with respect to the processing of gaseous samples, it will be understood that the principles of the invention could also be applied to the analysis of chemicals in a liquid environment.
36012723601272
Claims (20)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US73619685A | 1985-05-20 | 1985-05-20 | |
| US73619685 | 1985-05-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8601272A true NL8601272A (en) | 1986-12-16 |
Family
ID=24958902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8601272A NL8601272A (en) | 1985-05-20 | 1986-05-20 | METHOD AND INSTRUMENT FOR SELECTIVE CHEMICAL DETECTION. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122635B2 (en) |
| CA (1) | CA1249334A (en) |
| DE (1) | DE3616860A1 (en) |
| FR (1) | FR2582101B1 (en) |
| GB (1) | GB2175399B (en) |
| IT (1) | IT1213096B (en) |
| NL (1) | NL8601272A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3736200A1 (en) * | 1987-10-26 | 1989-05-03 | Siemens Ag | Method of operating a semiconductor gas sensor working on the calorimeter principle and having a plurality of sensor elements |
| DE10309206A1 (en) * | 2003-02-28 | 2004-09-09 | Abb Research Ltd. | Heat conductivity measuring instrument, for use in micro-analysis of gaseous or liquid media, uses active regulation of modulation signal frequency |
| GB0508657D0 (en) * | 2005-04-29 | 2005-06-08 | Tristel Company The Ltd | Flow control |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2053460A (en) * | 1935-09-25 | 1936-09-08 | Jesse J Brown | Liquid gauge |
| US2899282A (en) * | 1954-11-19 | 1959-08-11 | Means for measuring the contents of a combustible | |
| DE2313413C3 (en) * | 1973-03-17 | 1978-03-02 | Westfaelische Berggewerkschaftskasse, 4630 Bochum | Method and measuring device for determining the proportion of one or more gas components in a gas mixture, in particular the CO content and / or the CH4 content in underground operations |
| US3906473A (en) * | 1974-03-08 | 1975-09-16 | Ross Inc Will | Method and apparatus for operating a gas sensor |
| US3938956A (en) * | 1974-06-28 | 1976-02-17 | The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Office Of General Counsel-Code Gp | Modulated hydrogen ion flame detector |
| DE2808033A1 (en) * | 1978-02-24 | 1979-08-30 | Siemens Ag | DEVICE FOR SUPPRESSION OF WATER VAPOR CROSS-SENSITIVITY IN A NON-DISPERSIVE INFRARED GAS ANALYZER |
| US4205956A (en) * | 1979-05-21 | 1980-06-03 | The International Nickel Company, Inc. | Nickel carbonyl analyzer |
| GB2057135B (en) * | 1979-08-22 | 1984-06-06 | Southwest Res Inst | Gyro magnetic detection method and apparatus |
| US4340458A (en) * | 1980-06-02 | 1982-07-20 | Joslin Diabetes Center, Inc. | Glucose sensor |
| US4399684A (en) * | 1981-11-27 | 1983-08-23 | Sierra Monitor Corporation | Gas measurement method |
| EP0092068B1 (en) * | 1982-04-15 | 1986-06-11 | Cerberus Ag | Gas and/or vapour alarm device |
| JPS58180941A (en) * | 1982-04-16 | 1983-10-22 | Hitachi Ltd | Electrochemical measurement of photoreaction |
| JPS595939A (en) * | 1982-07-03 | 1984-01-12 | Horiba Ltd | Continuous measuring apparatus for particulate |
| EP0135135A3 (en) * | 1983-08-15 | 1987-04-15 | Honeywell Inc. | Method and apparatus for trace gas detection |
| CH668648A5 (en) * | 1984-04-04 | 1989-01-13 | Cerberus Ag | METHOD AND DEVICE FOR DETECTING REDUCING GASES IN A GAS MIXTURE. |
-
1986
- 1986-05-08 GB GB8611272A patent/GB2175399B/en not_active Expired
- 1986-05-12 CA CA000508863A patent/CA1249334A/en not_active Expired
- 1986-05-16 FR FR868607066A patent/FR2582101B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-19 JP JP61114465A patent/JPH07122635B2/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-05-20 DE DE19863616860 patent/DE3616860A1/en not_active Ceased
- 1986-05-20 NL NL8601272A patent/NL8601272A/en not_active Application Discontinuation
- 1986-05-20 IT IT8620494A patent/IT1213096B/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8611272D0 (en) | 1986-06-18 |
| GB2175399A (en) | 1986-11-26 |
| IT8620494A0 (en) | 1986-05-20 |
| FR2582101A1 (en) | 1986-11-21 |
| GB2175399B (en) | 1989-10-11 |
| JPH07122635B2 (en) | 1995-12-25 |
| JPS61270660A (en) | 1986-11-29 |
| IT1213096B (en) | 1989-12-07 |
| DE3616860A1 (en) | 1986-11-20 |
| FR2582101B1 (en) | 1992-09-18 |
| CA1249334A (en) | 1989-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5047352A (en) | Selective chemical detection by energy modulation of sensors | |
| US4818348A (en) | Method and apparatus for identifying and quantifying simple and complex chemicals | |
| Schierbaum et al. | Multicomponent gas analysis: an analytical chemistry approach applied to modified SnO2 sensors | |
| Strike et al. | Electronic noses–A mini-review | |
| EP0750192A2 (en) | Multi-gas sensor systems for automotive emissions measurement | |
| US5948965A (en) | Solid state carbon monoxide sensor | |
| AU662613B2 (en) | Multiple K factor, selectable gas detector | |
| Krutzler et al. | Influence of MOS gas-sensor production tolerances on pattern recognition techniques in electronic noses | |
| JP4081141B2 (en) | Moisture analyzer | |
| Gopel et al. | Definitions and typical examples | |
| EP0877247B1 (en) | Method of introducing selectivity to nonselective gas sensors | |
| Febrina et al. | Development of a simple CO2 sensor based on the thermal conductivity detection by a thermopile | |
| US3464797A (en) | Instrument for determining ozone | |
| US4438203A (en) | Method and apparatus for determination of lubricant stability | |
| Vaihinger et al. | Detection of halogenated and other hydrocarbons in air: response functions of catalyst/electrochemical sensor systems | |
| Shurmer | Basic limitations for an electronic nose | |
| Sears et al. | Selective thermally cycled gas sensing using fast Fourier-transform techniques | |
| US3933433A (en) | Method and apparatus for gas detection | |
| Zakrzewski et al. | Improving sensitivity and selectivity of SnO/sub 2/gas sensors by temperature variation | |
| RU2125262C1 (en) | Method determining calorific power of combustible gas and device for its realization | |
| NL8601272A (en) | METHOD AND INSTRUMENT FOR SELECTIVE CHEMICAL DETECTION. | |
| Stetter et al. | Sensor array and catalytic filament for chemical analysis of vapors and mixtures | |
| Carey | Multivariate sensor arrays as industrial and environmental monitoring systems | |
| Maclay et al. | Use of time-dependent chemical sensor signals for selective identification | |
| Szczurek et al. | Gas sensor array with broad applicability |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA | A request for search or an international-type search has been filed | ||
| BB | A search report has been drawn up | ||
| BV | The patent application has lapsed |