NL8902451A - Dosimeter voor het aantonen van gasvormige of in vloeistoffen opgeloste stoffen. - Google Patents

Description

Dosimeter voor het' aantonen van gasvormige of in vloeistoffen opgeloste stoffen

De uitvinding heeft betrekking op een dosimeter voor het aantonen van gasvormige of in vloeistoffen opgeloste stoffen , omvattende een aantoonkamer die ten opzichte van de omgeving is afgesloten met een voor de aan te tonen stof doorlaatbaar membraan en is gevuld met een elektrolyt die onder invloed van de aan te tonen stof veranderingen in eigenschappen ondergaat die via geschikte elektroden als elektrische meetwaarden kunnen worden benut , waarbij de elektrolyt een met de aan te tonen stof een ireversibele reactie aangaand reagens bevat.

Dosimeters worden toegepast voor het aantonen van schadelijke stoffen gedurende een langer tijdsverloop, bijvoorbeeld voor het bewaken en controleren van plaatsen waar wordt gewerkt, waarbij ze gedurende de beschouwde tijd de aan te tonen stoffen opnemen en verzamelen, zodat ze aan het einde van de verzamelperiode aan een analyse kunnen worden onderworpen.

Een dergelijke dosimeter is bekend uit het Uüoctrooischrift 3 992 153. Deze dosimeter maakt, voor het aantonen van stikstofoxyde gebruik van een oxyderend reagens, dat de aan te tonen stof, bijvoorbeeld gasvormig NO^ opzamelt door deze om te zetten in NO^-ionen.

Voor de analyse worden voor ionen selectieve elektroden in het oplosmiddel geplaatst en wordt door meting van de spanning de bereikte ionenconcentratie bepaald. Door omrekenen kan de hoeveelheid gedurende de verzameltijd opgenomen gasvormige schadelijke stoffen worden vastgesteld.

Een andere, tot de niet vóórgepubliceerde stand van de techniek behorende dosimeter volgens de Duitse octrooiaanvrage P 38 15 131 is een elektrochemische dosimeter met behulp waarvan aan te tonen stoffen via een geleidbaarheidsmeting kunnen worden geregistreerd.

De bekende dosimeter heeft als nadeel, dat hij na een analyse niet meer voor een verder gebruik kan worden toegepast.

Op zijn minst moet de elektrolyt of de oplossing voor het aantonen van de te bepalen stoffen tegen een nieuwe, niet gebruikte worden uitgewisseld, waarvoor ingewikkelde en zorgvuldig uit te voeren hande- lingen nodig zijn. In het bijzonder moet bij het vullen van de elek-trolytruimte erop worden gelet, dat de hoeveelheid elektrolyt zeer nauwkeurig wordt gemeten, omdat de metingen anders niet reproduceerbaar zijn. Omdat deze stappen (handelingen ) in het algemeen niet door het bedienend personeel of de gebruiker uitgevoerd kunnen worden, worden de verbruikte dosimeters vernietigd. Dit leidt tot hogere bedrijfskosten en tot verontreiniging van het milieu met de verbruikte oplosmiddelen of elektrolyten.

Om ze met succes te kunnen toepassen moeten dosimeters worden gekalibreerd of moet het vermogen tot goed functioneren worden gecontroleerd. Bij de bekende dosimeters kan dit slechts steekproefsgewijze gebeuren, omdat bij elke controle de elektrolytoplossing voor een meting onbruikbaar is geworden. De niet gekalibreerde of gecontroleerde voor het meten bedoelde dosimeters kunnen derhalve slechts worden beoordeeld door toepassing van methoden waarbij gebruik wordt gemaakt van de waarschijnlijkheidsrekening.

Aan de onderhavige uitvinding ligt derhalve het probleem ten grondslag, een dosimeter van het genoemde type zodanig te verbeteren, dat hij na controle van de kwaliteit zonder meer voor meetdoeleinden of voor het verzamelen van de aan te tonen stof kan worden toegepast. Bovendien moet een kalibrering of een controle van het functioneren bij elke dosimeter uitvoerbaar zijn zonder dat de geschiktheid voor het uitvoeren van metingen daardoor wordt beperkt. Hij moet, zonodig, ook voor continue metingen kunnen dienen.

Voor het oplossen van dit probleem wordt overwogen (voorgesteld) , dat de in de aantoonkamer aanwezige meetelektrode en tegenelektrode wat betreft stoftransport van het reagens en ook van het uit de reactie van het reagens met de aan te tonen stof gevormde reactieprodukt van elkaar zijn losgekoppeld, en dat door aanleggen van een spanning aan de meetelektrode en de tegenelektrode het reactieprodukt door een redoxreactie aan de meetelektrode kwantitatief omgezet kan worden in een volgend produkt.

Met de uitvinding wordt het voordeel bereikt, dat de tijdens de verzamelfase gevormde reactieprodukten zo lang opgeslagen blijven, tot aan de elektroden een spanning van geschikte polariteit wordt aangelegd , die de gevormde produkten volledig omzet in volgende produkten. Deze gevormde volgende produkten nemen aan het verdere verloop van de reactie geen deel. De analyse betekent derhalve tegelijkertijd het herstellen van de dosimeter, zodat deze direkt voor nieuwe meet- of verzamelopdrachten toegepast kan worden.

De dosimeter is ook geschikt voor het quasi continu bepalen van zeer geringe sporen gassen, omdat in bepaalde perioden na een verzameltijd van enkele minuten een coulometrische analyse en regeneratie kunnen worden uitgevoerd.

Een verder voordeel is, dat bij grotere hoeveelheden aan te tonen stoffen, of wanneer het verzamelen gedurende een langere periode niet nodig is öf niet gewenst is, de dosimeter bij een aangelegde elektrodespanning als continu meetapparaat kan worden gebruikt.

Een verder voordeel van de uitvinding is nog daarin gelegen, dat nu voor of na een langere periode van verzamelen een test naar de werking van de dosimeter kan worden uitgevoerd. Daarvoor wordt deze aan een bekende concentratie van de aan te tonen stof blootgesteld en wordt deze continu gemeten. Als de meetstroom binnen het toegelaten foutengebied ligt, kan de dosimeter zonder meer verder worden gebruikt voor verzamelen (van de aan te tonen stof). Als kalibreren nodig zou zijn, kan dit worden uitgevoerd en kan de dosimeter met de nieuwe kalibratiewaar-den verder werken.

Voor het bepalen van ammoniak wordt als reagens met voordeel een organisch ammoniumzout zoals tris(hydroxymethyl)-amino-methaanhydrochloride gebruikt. Het hydrochloride reageert met de ammoniak tot ammoniumchloride en tris(hydroxymethyl)-aminomethaan.

Het vrijgekomen amine kan na de verzamelfase coulometrisch worden bepaald en in elektrochemisch inerte volgende produkten worden omgezet, zodat de dosimeter weer voor nieuwe meet- en verzamelopdrachten ten beschikking staat.

Bijzonder gunstig is het, om als reagens een stof te kiezen, die met de aan te tonen stof reageert tot een zodanig volgend produkt, dat daaruit door de elektrodereactie weer het reagens wordt gevormd. Een dergelijke dosimeter is wat de reagensvoorraad betreft nagenoeg onuitputtelijk en onderscheidt zich door een lange gebruiksduur. Als een dergelijk reagens is kaliumjodide opgelost in een fosfaatbuffer bijzonder geschikt. Het is uitstekend geschikt voor het bepalen van chloor. Bij aanwezigheid van stijfsel leidt het bij de genoemde reactiemet de aan te tonen stof tot een blauwkleuring. Diegene die de dosimeter draagt kan derhalve direkt zien of de aan te tonen stof aanwezig is en, zo ja, aan het verloop van de verkleuring met verloop van tijd beoordelen in welke hoeveelheid de stof aanwezig is, om eventueel beschermende maatregelen in gang te zetten.

Het reagens wordt bij voorkeur in opgeloste vorm aan de elektrolyt toegevoegd, en de ontkoppeling voor wat het stof-transport betreft tussen de elektroden wordt tot stand gebracht door een ionenuitwisselingsmembraan. In opgeloste vorm is het reagens bijzonder beweeglijk, zodat zich aan het membraan slechts een zeer dun reactiefront kan vormen. Dit waarborgt gedurende de meettijd nagenoeg constante stoftransportomstandigheden. Het ionenuitwisselingsmembraan maakt enerzijds een snelle uitwisseling van de geleidende elektrolyt mogelijk en verhindert anderzijds dat de reactieprodukten doordringen tot de tegenelektrode en verhindert daarmee een ongewenste uitwisseling van ladingsdragers. Als materiaal voor het membraan is een kationenuitwisselaar op basis van perfluor^gesulfoneerd PTFS, dat bekend is onder de handelsnaam Nafion, gunstig gebleken. Het ionenuitwisselingsmembraan kan geschikt hetzij op de tegenelektrode of op de meetelektrode, steeds aan de elektrolytzijde, zijn aangebracht.

Een verdere doelmatige uitvoeringsvorm wordt bereikt door op de meetelektrode een laag van een geleidend polymeer aan te brengen. De door het membraan diffunderende aan te tonen stoffen reageren met het polymeer als reagens en veranderen door elektronenoverdracht de structuur van het polymeer, welke verschijnselen bijgevolg overeenkomen met het vormen van een geïmmobiliseerd reactie-produkt. Na aanleggen van een spanning aan de elektroden wordt de opgenomen lading, die een maat is voor de over de tijd gemiddelde concentratie van de aan te tonen stof, bepaald en het polymeer geregenereerd. Polyaniline is een geschikt polymeer gebleken.

Voor het verder verhogen van de elektrokatalytische activiteit kan (kunnen ) aan het polymeer in een matrixstructuur (een) katalysator(en) zijn toegevoegd.Een dergelijke toegevoegde katalysator is bij voorkeur ferroceen.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding wordt aan de hand van de tekening beschreven en hierna nader toegelicht.

Fig. 1 geeft een doorsnede van een dosimeter weer.

Fig. 2 geeft een andere uitvoeringsvorm van de dosimeter weer.

In fig. 1 zijn de onderdelen van een dosimeter schematisch en niet op schaal weergegeven. Een als aantoonkamer dienend huis (1) is van de omgeving, waarin zich de aan te tonen stof bevindt, afgescheiden door middel van een op de rand van het huis (1) vastgelast permeabel membraan (2). De inwendige ruimte van het huis (1) is gevuld met een elektrolyt (3), waarin zich een , in het huis (1) opgenomen en daaraan bevestigde , tegenelektrode (40) bevindt.

In de elektrolyt (3) bevindt zich verder een ionenuitwisselaarmembraan (5) dat de ruimte tot aan het membraan (2), die met een in de reagens elektrolyt (3) opgelost/T6) (aangegeven door open cirkeltjes) is gevuld en een meetelektrode (7) bevat , afscheidt van de overige ruimte van het huis (1) waarin zich de tegenelektrode (40) bevindt.

De meetelektrode (7) bezit een structuur van honingraadvormige open poriën (4) met tussenwanden (8) , die aan de ene zijde zijn ingesloten door het permeabele membraan (2) en aan de andere zijde door het ionenuitwisselingsmembraan (5).De tegenelektrode (40) heeft een aansluiting (10) die tezamen met een meetaansluiting (9) van de meetelektrode (7) aangesloten kan worden op een niet weergegeven meet- of analyseapparaat.

De in fig. 2 weergegeven uitvoeringsvorm heeft eveneens een huis (1) met een elektrolyt (3), waarin zich de tegenelektrode (40) met zijn aansluiting (10) bevindt. De elektrolyt (3) is door het ionenuitwisselingsmembraan (5) afgesloten. Op het ionenuit-wisselingsmembraan (5) bevindt zich een laag van ^een geleidend polymeer (11), waarin een katalysator (12) (aangegeven door liggende kruisjes ) is opgenomen. De polymeerlaag (11) is tussen het membraan (2) en het ionenuitwisselingsmembraan (5) met behulp van een 0-ring (13) en een aandrukkraag met schroefdraad (14) vastgespannen op het huis (1) en wordt door een metalen rooster (15) ondersteund.

Het metalen rooster (15) met de bijbehorende meetaansluiting (9) vormt tezamen met de geleidende polymeerlaag (11) de meetelektrode (7).

Claims (9)

1. Dosimeter voor het aantonen van gasvormige of in vloeistoffen opgeloste stoffen , omvattende een aantoonkamer die ten opzichte van de omgeving met een voor de aan te tonen stof doorlaatbaar membraan is afgesloten en is gevuld met een elektrolyt die onder invloed van de aan te tonen stof veranderingen in eigenschappen ondergaat, die via geschikte elektroden als elektrische meetwaarden kunnen worden benut , waarbij de elektrolyt een met de aan te tonen stof een irreversibele reactie gevend reagens bevat, met het kenmerk, dat de in de aantoonkamer (1) aanwezige meetelektrode (7) en tegen-elektrode (40) wat betreft stoftransport van het reagens (6) alsmede van een bij de reactie van het reagens (6) met de aan te tonen stof gevormd reactieprodukt van elkaar zijn ontkoppeld en dat door aanleggen van een spanning aan de meetelektrode (7) en de tegenelektrode (40) het reactieprodukt door een redoxreactie aan de meetelektrode (7) kwantitatief kan worden omgezet in een volgend produkt.

2. Dosimeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het reagens (6) het hydrochloride van tris(hydroxymethyl)amino-methaan is.

3. Dosimeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het reactieprodukt als volgend produkt weer kan worden omgezet in het reagens (6).

4. Dosimeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het reagens (6) bestaat uit kaliumjodide opgelost in een fosfaat-buffer.

5. Dosimeter volgens één der conclusies 1,3 of 4, met het kenmerk, dat het reagens (6) met de aan te tonen stof een gekleurd reactieprodukt vormt.

6. Dosimeter volgens één der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat het reagens (6) in de elektrolyt (3) is opgelost en de ontkoppeling wat betreft het stoftransport gebeurt door een tussen de elektroden (40,7) geplaatst ionenuitwisselingsmembraan (5).

7. Dosimeter volgens één der conclusies 1 tot 5,met het kenmerk, dat op de meetelektrode (7) als reagens (6) een laag (11) van een geleidend polymeer is aangebracht.

8. Dosimeter volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat als polymeer polyaniline is toegepast.

9. Dosimeter volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat aan het polymeer een katalysator is toegevoegd.