NL8902855A - Inrichting voor het meten van de concentratie van gas- en/of dampvormige componenten van een gasmengsel. - Google Patents

Description

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 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 opto-elektronische aftastinrichting kan worden geconstateerd.

Gasproefbuisjes dienen op bekende wijze voor het meten van de concentratie van gevaarlijke stoffen op de werkplaats en hierbij is het spectrum van de te bepalen gassen en dampen en daardoor de keuze van de toepasselijke meetbuisjes op grond van eerdere metingen, respectievelijk van kennis vooraf omtrent de optredende stoffen, in ruime mate bekend.

Er doen zich bepaalde moeilijkheden voor wanneer bijvoorbeeld bij een stort voor bijzonder afval of bij een ongeval met chemicaliën vrijkomende schadelijke stoffen van onbekende soort en concentratie zonder omslachtige nauwkeurige bepalingen van de schadelijke stoffen door middel van metingen in het laboratorium moeten worden aangetoond. In deze toepassingsgevallen bieden proefbuisjes in een gecombineerde opstelling aanzienlijke voordelen wat betreft het tijdbeslag bij de bepaling van schadelijke stoffen en kunnen de aanwijzingen daarvan bijvoorbeeld als grondslag voor snel te beginnen of wegens ontbreken van gevaar buiten beschouwing te laten evacueringsmaatregelen worden gebruikt.

Aangezien in dergelijke meetinrichtingen meestal twee of meer en zelfs tot 20 verschillende proef buisjes met het te onderzoeken mengsel moeten worden aangesproken en omdat de meetuitkomsten van de afzonderlijke proefbuisjes zo snel mogelijk en tegelijkertijd, eventueel voor verdere verwerking in elektronische verwerkingstoestellen, ter beschikking moeten staan , doet zich de probleemstelling voor van een meervoudige inrichting met grote gevoeligheid van de afzonderlijke proefbuisjes toe te passen die bovendien een snelle mogelijkheid tot verwisseling van alle proefbuisjes biedt.

« Tot de stand van de techniek behoort verder een meettoestel volgens het Duitse octrooischrift 2626600 waarbij met een gemeenschappelijke opto-elektronische aftastinrichting een aantal proefgebieden van een te beoordelen proefstrookje met selectieve belichtings- en overbrengingselementen in een tijdmultiplex-werkwijze na elkaar worden afgetast . Dergelijke proefstrookjes met verscheidene van elkaar gescheiden reactiezones worden gebruikt voor het onderzoek van vloeistoffen, in het bijzonder voor geneeskundige urineonderzoeken, gebruikt.

De uitvinding gaat uit van de probleemstelling het bekende principe van de toepassing van proefbuisjes voor het onderzoek van een gas- en/of dampmengsel zo uit te werken dat eventueel een aantal van twee of meer proefreacties met relatief gering verbruik van reagentia kan worden uitgevoerd gepaard aan een grote aanspreekgevoeligheid in een ruimte besparende compacte opstelling.

Voor het oplossen van deze probleemstelling geldt volgens de uitvinding dat de reagerende stof in tenminste één in een drager gevormd kanaal is ondergebracht waarvan de doorsnede in de reactiezone minder dan 1 mm2 bedraagt. Een dergelijke uitvoering van een kanaal , naar zijn aard een proefbuisje, biedt 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 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 of in meervoud, spiraalvormig of zigzag-vormig met dezelfde aantoonstof of met twee of meer verschillende aantoonstof-fen. Hiermee kunnen zowel proefbuisjes waardoorheen een stroom gaat, als proefbuisjes die met diffusie werken worden overgenomen. In het geval van met diffusiewerkende proef-buisjes kan vanwege de geringe kanaaldoorsnede het daarvoor schakelen van een kalmeringstrajeet voor het bereiken van een ongestoorde diffusie achterwege blijven; zo vervangt de door de geringe doorsnede bepaalde smoorwerking van het kanaal bij met doorstroming werkende proefbuisjes een aanvullende, de stroomsnelheid begrenzende smoring.

Een doelmatige uitvoeringsvorm kan erin voorzien dat de doorsnede van het kanaal, respectievelijk van de kanalen van een meervoudige inrichting , minder dan 10 μπι2 bedraagt. Op de drager kunnen op voordelige wijze op verscheidene wat de stroming betreft parallel geschakelde of afzonderlijk aansluitbare kanalen zijn aangebracht, waarbij deze kanalen of één enkel kanaal door rechte of gekromde omweggeleidingen kunnen zijn verlengd.

Door de nauwte van de kanalen wordt van het begin van het binnenkomen van het gasmonster in het kanaal een gekalmeerde diffusie verkregen zodat een afzonderlijk voorgeschakeld kalmeringstrajeet of stromingssmoortoestel achterwege kan blijven. Ondanks de sterke smoorwerking van het kanaal ontstaan een voldoend snel voortschrijden van de verkleuringszone zodat een beoordeling van de aantoonzones door middel van snelle optische verwerkingseenheden zinvol is. Een in deze dimensionering gevormd kanaal maakt het ondanks de met voordeel 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 cm2 heeft een gewenste en steeds belangrijkere geringe milieubelasting met verbruikte proefbuisjes tot gevolg.

Bij een doelmatige uitvoeringsvorm kan het kanaal of kunnen de kanalen op een plaatvormige drager zijn geetst. Een andere in voorkomend geval voordelige mogelijkheid tot vervaardiging kan zijn dat het kanaal in een plaatvormige drager is tot stand gebracht door persvormen. Het kanaal kan verder op doelmatige wijze 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.

Bij een doelmatige uitvoering kan het kanaal zijn gevormd tussen een plaatvormige drager en een oppervlak-tebedekking. Een andere doelmatige mogelijkheid vormt het aanbrengen van het kanaal of de kanalen tussen de plaatvormige drager en een af dekplaat die bij voorkeur kan bestaan uit een gelijksoortig materiaal. De afzonderlijke kanalen kunnen op verschillende wijze in de bij proefbuisjes bekende aanvullende uitvoering met voorbedding, afsluiting en dergelijke zijn uitgevoerd.

In de kanalen is een laagje van de indicator, respectievelijk het reagens gelegd. Voor een geringe uitzetting is het nodig dat hetzij silicagel op indi-catordragers in de vorm van de kleinste stofkorreltjes, bedekt met de indicator, worden opgebracht op de bodem van het kanaal of op de naar de detectie-eenheid toegekeerde kanaalvlakken met behulp van een neutrale kleefstof.

Door de geringe ruimtelijke afmetingen blijkt het voordelig een aantal kanalen op een drager in de vorm van een chip aan te brengen die in een opto-elekronische aftastinrichting verwisselbaar is geplaatst, De opto-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 15 98 021 of het Duitse inzageschrift 26 28 790.

Voorts kan het doelmatig zijn een aantal kanalen te verbinden met een opto-elektronische aftastinrichting, respectievelijk na elkaar in het meetgebied van deze aftastinrichting te brengen en de door aftasting van de afzonderlijke kanalen bepaalde uitgangssignalen voor verwerking toe te voeren aan 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 een kleurverzadiging veronderstelt dat met dergelijke microproefbuisjes ook kleurverzadigingsmetingen in tegenstelling tot kleurlengtemetingen kunnen worden uitgevoerd. Inderdaad zijn deze kanaalopstellingen geschikt voor zowel kleurlengtemetingen als voor kleurverzadigingsmetingen bij gebruik van toepasselijke, op zich bekende opto-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 tenminste aanwijzingen naar de soort van de aanwezige schadelijke stoffen kunnen worden gegeven.

In zogenaamde "arrays" zijn meervoudige plaatsingen van kanalen overeenkomstig afzonderlijke proef buisjes bijeengebracht, 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 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.

Net als bij gasproefbuisjes kan ook een hermetische afsluiting van het kanaal, respectievelijk van de kanalen tot aan het in gebruiknemen doelmatig zijn. Tot dit doel kunnen op bekende wijze afbreekbare punten of met folie afgesloten eindopeningen worden toegepast die kunnen worden geopend door wegtrekken of door perforering.

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 met broomcresolgroen en op kunststof dragers gekleefd die door een passende mechanische bewerking (bijv. snijden) dienen voor het vervolgens bekleden van de kanalen. Volgens de sol-gel-werkwijze , volgens welke op traditionele wijze silicagel wordt bereid (siliciumoxyde wordt gehydrolyseerd (hydrosol) dat door agglomeratie geleert tot een gel (hydrogel)), wordt het broomcresol groen als indicator gefixeerd op de oppervlakte van de bolletjes.

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 reagerende 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 ; fig. 1 toont een bovenaanzicht op een drager met een meervoudige opstelling van kanalen, fig. 2 toont een doorsnede langs de lijn II-II in fig. 1, fig. 3 geeft een frontaal aanzicht van een drager volgens fig. l, fig. 4 is een bovenaanzicht op een andere uitvoering van een drager met een omweggeleiding van de kanalen, fig. 5 geeft de toelichting van de pompaansluiting in de dwarsdoorsnedevoorstelling van de drager in afzonderlijke stappen, fig. 6 is een blokschema voor een meetinrichting voor toepassing in verbinding met een drager volgens de figuren 1 tot en met 5, en fig. 7 is een doorsnede door een van een bekle-dingslaag voorzien kanaal.

Fig. 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 het afscheiden van vocht , geschakeld. De kanalen 1 zijn aan de bovenzijde van de drager afgedekt met een afdekplaat 3.

In de getoonde uitvoering is voorzien dat de afzonderlijke kanalen 1 achter elkaar in het werkingsgebied van de in fig. 6 toegelichte opto-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 fig.4 is een zigzag-vormige omweggeleiding van de afzonderlijke 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.

Fig. 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 is een verschuifbare doorsteekaansluiting 10 verbonden die aan de zijde van de omtrek is afgedicht door middel van een elastische ringaf-dichting 6. Bij het naar voren schuiven van de doorsteekaan-sluiting 10 wordt de afsluitfolie 4 doorgstoken en wordt een door de elastische ringafdichting 6 afgedichte verbinding met de aanzuigpomp 9 tot stand gebracht.

In het blokschema volgens fig. 6 wordt een opto-elektronische aftastinrichting 11 getoond die een 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 octrooi-schrift 26 28 790.

De opto-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 zijn gecodeerd. Bovendien kan doelmatig in de opto-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 opto-elektronische aftastinrichting 11 wordt via een voorversterker 12 verder geleid in een foutherkenning die de ingelezen informatie controleert wat betreft juistheid, d.w.z. het signaal 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 drempelwaarde zender en vastgelegd in een RAM-geheugen 15. Een klok 16 bestuurt het RAM-geheugen 15 en de microprocessor 14.

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 en 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 door de in fig. 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.

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 gasmengselsamenstel-lingen op grond van de vermeldingen op de drager, respectievelijk in zijn inleesbare streepjescode , worden onderscheiden of bepaalde kanaalcombinaties bijvoorbeeld de kanalen 2 en 3 , verkleurd worden. In dit 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 fig. 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.

Claims (20)

1. Inrichting voor het meten van de concentratie van gas- en/of dampvormige componenten van een 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 reactiezone door direkte waarneming en/of door een opto-elektronische aftastinrichting kan worden geconstateerd, met het kenmerk, dat de reagerende stof in tenminste een in een drager (2) gevormd kanaal (1) is ondergebracht waarvan de doorsnede in de reactiezone minder dan 1 mm2 bedraagt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de doorsnede van het kanaal (1) minder dan 10 /xm2 bedraagt.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat op de drager (2) twee of meer wat de stroming betreft parallel geschakelde kanalen (1) zijn aangebracht.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat op de drager (2) twee of meer afzonderlijk aansluitbare kanalen (1) naast elkaar gelegen zijn aangebracht .

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kanaal (1) door een omweggeleiding is verlengd.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kanaal (1) in een plaatvormige drager (2) is geetst.

7. Inrichting volgens conclusie l, met het kenmerk, dat het kanaal (1) in een plaatvormige drager (2) is gevormd door persvorming.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kanaal (1) is ingeslepen in een plaatvormige drager (2) .

9. Inrichting volgens conclusie 6, 7 of 8, net het kenmerk# dat de plaatvormige drager (2) bestaat uit glas.

10. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de plaatvormige drager (2) bestaat uit keramiek.

11. Inrichting volgens conclusie 1, net het kenmerk# dat het kanaal (1) is gevormd tussen een plaatvormige drager (2) en een oppervlaktelaag.

12. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk#dat het kanaal (1) is gevormd tussen een plaatvormige drager (2) en een afdekplaat (3).

13. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk# dat in het kanaal (1) in de richting van de stroom voorafgaand aan de reactiezone een voorbedding (5) is geschakeld.

14. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk# dat twee of meer kanalen (1) zijn aangebracht op een drager (2) in de vorm van een chip die in een opto-elektronische aftastinrichting (11) verwisselbaar geplaatst kan worden.

15. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk# dat twee of meer kanalen (1) zijn verbonden met een opto-elektronische aftastinrichting (11) , en dat de door aftasting van de afzonderlijke kanalen (1) verkregen uitgangssignalen worden toegevoerd aan een microprocessor (14) voor verdere verwerking.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk# dat de drager (2) door middel van een transportele-ment (7,8) zo verplaatsbaar is aangebracht dat de afzonderlijke kanalen (1) na elkaar in het meetgebied van de opto-elektronische aftastinrichting (11) kunnen worden geleid.

17. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk# dat de verwerking in de microprocessor (14) wordt uitgevoerd onder toepassing van een daarin vastgelegd plausibel model.

18. Inrichting volgens conclusie 17,met het kenmerk, dat de meetuitkomsten van de afzonderlijke kanalen (1) als drempelwaarden van kleurverzadiging of plaats van de kleurgrens in elk afzonderlijk kanaal (1) worden bepaald, en dat deze in digitale vorm gebrachte meetuitkomsten worden toegevoerd aan de microprocessor (14) ter verwerking.

19. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het op de drager (2) gevormde kanaal (1) tot aan het gebruik is afgesloten met wegneembare afsluitelemen-ten (4).

20. 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.