NL8902921A - Capillaire vernevelinrichting. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Capillaire vernevelinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een vernevelinrichting met een capillair toevoer systeem voor te analyseren materiaal en een capillair draaggastoevoer systeem voor het vormen van een aerosol in een interactieruimte om stromingsuiteinden van beide toevoeren.

Dergelijke vernevelinrichtingen zijn bekend uit een artikel van B.L. Sharp verschenen in "Journal of Analytical Atomic Spectrometry", augustus 1988, Vol. 3, blz. 613-652, vooral het overzicht "Nebulisers", blz. 614. Vernevelinrichtingen voor analytische doeleinden worden aldaar geclassificeerd in Concentric-flow, Cross-flow en Babington-verstuivers. In de praktijk blijken aan alle drie de typen vernevelinrichtingen bezwaren te kleven die resulteren in een aerosol met een te geringe deeltjesdichtheid en met te grote deeltjes. Ook zijn deze vernevelinrichtingen moeilijk of niet instelbaar en geraken toevoerkanalen daarvan gemakkelijk verstopt.

Bij dergelijke vernevelinrichtingen is een probleemloze omschakeling van bijvoorbeeld materiaaloplossingen in water en oplossingen in bijvoorbeeld een organische vloeistof met afwijkende viscositeit en dergelijke gewenst. Bij beschikbare concentric flow vernevelinrichtingen is in feite bijna geen na-instelling mogelijk. Het te onderzoeken materiaal wordt in de vorm van een vloeistof toegevoerd via een centrale capillair en het draaggas via een concentrisch daaromheen gelegen opening. De centrale capillair en het draaggaskanaal zijn daarbij in een gezamelijke toevoerhouder opgenomen. De materiaaltoevoer capillair kan in axiale richting in de houder verplaatsbaar zijn gemonteerd. Hierdoor zijn de uitstroomopening en de gastoevoeropening eveneens in axiale richting ten opzichte van elkaar verplaatsbaar, hetgeen enige invloed op de aerosolvorming kan hebben.

In de Cross-flow vernevelinrichting zijn uitstroomopeningen voor de materiaalstroom en de draaggasstroom dwars op elkaar gericht. De afstand van elk van de openingen tot de verlengde as van de andere opening is daarbij gebruikelijk vast ingesteld en kan niet gevarieerd worden. Na-instelbaar maken van die afstand zou ongetwijfeld een sterkte invloed op de aerosolvorming mogelijk maken maar uitvoering van die instelling zou een dergelijke vernevelinrichting onstabiel maken.

In de Babington-vernevelinrichting wordt het materiaal in de vorm van een filmstroom over een wandoppervlak toegevoerd en de draaggasstroom via een opening in de wand. Door als wand een deel van een relatief grote bol of goot te kiezen en de materiaalstroom op een relatief grote afstand van de gastoevoer opening te plaatsen, kan een stabiel werkende verstuifinrichting worden gerealiseerd. Deze opbouw laat evenwel geen instelmogelijkheden voor dit type vernevelinrichting toe.

De uitvinding beoogt genoemde tekortkomingen te ondervangen en daartoe heeft een vernevelinrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat een in de interactieruimte gelegen uiteinde van het capillair materiaaltoevoer systeem een vlak trefvlak voor afbuiging van de draaggasstroom en een of meerdere openingen voor toevoer van een materiaalstroom naar het trefvlak bevat.

Doordat in een vernevelinrichting volgens de uitvinding de draaggasstroom ter plaatse van de materiaaltoevoer abrupt wordt afgeremd en wordt afgebogen ontstaat een sterke interactie en turbulentie resulterende in veel kleine deeltjes in een, door mechanische instelling beïnvloedbare breed uitwaaierende aerosol stroom.

In een voorkeursuitvoering omvat het capillair materiaaltoevoer systeem een enkele of een stelsel van meerdere enkelvoudige capillairen, bijvoorbeeld twee a vier symmetrisch om een lengte-as georiënteerd of een eveneens symmetrisch om de lengte-as gelegen ringvormige capillair. Door het ringvormige vloeistofcapillair wint de vernevelinrichting aan effectiviteit in de werking zonder dat de instelmogelijkheden worden beperkt. De winst aan effectivititeit wordt gerealiseerd doordat nu een enkele aaneengesloten paraplui-vormige nevelpluim wordt verkregen.

In een verdere voorkeursuitvoering is het capillair materiaaltoevoer systeem opgenomen in een staafvormige houder die in een bij voorkeur afgeknot kegelvlak uitmondt en waarbij in een mantelvlak van de kegel de capillairen uitmonden. Door keuze van de conushoek en eventueel de mate van afknotting kan de materiaalstroom optimaal worden gericht. Door instelling van de onderlinge afstand tussen het conusuiteinde en het gastoevoeruiteinde kan de aerosolstroom worden geoptimaliseerd. In een voorkeursuitvoering is de volle conushoek bijvoorbeeld ongeveer 25° en kan de afknotting bijvoorbeeld ongeveer 300 pm bedragen met een capillair dwarsdoorsnede van bijvoorbeeld 400 pm. De capillairhouder met de capillairen bestaat bijvoorbeeld uit vormvast keramiek zoals A1203, uit glassy carbon of een dergelijk relatief inert materiaal.

In een verdere voorkeursuitvoering is een gastoevoercapillair opgenomen in een houder die tevens als drager voor het materiaaltoevoer capillair systeem fungeert en die van middelen is voorzien voor een radiale verplaatsing van de gastoevoer capillair ten opzichte van de materiaaltoevoer. Een gastoevoer capillair is daartoe bijvoorbeeld gemonteerd in een instelbare driepuntsondersteuning. In het bijzonder is de houder van een lengte instel mechanisme voor de gascapillair voorzien.

In het bijzonder is een trefvlak van het capillaire vloeistoftoevoer systeem onafhankelijk instelbaar in een axiale richting ten opzichte van de as van het overige capillaire vloeistoftoevoer systeem. Hierdoor is ook een relatief kleine opbouw, die daardoor robuust en goedkoop kan zijn, aanpasbaar aan verschillen in viscositeit van een te onderzoeken vloeistofstroom.

In het onderstaande zullen enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont: figuur 1 een configuratie van uitstroomopeningen nabij een interactieruimte van een vernevelinrichting volgens de uitvinding en figuur 2 een schets van een constructie van een dergelijke vernevelinrichting.

Van een vernevelinrichting zijn in figuur 1 een gastoevoer 2 en een vloeistoftoevoer 4 in hun onderlinge positionering weergegeven. De gastoevoer 2 toont een eenvoudige buis 6 met een eventuele verjonging 8 die een capillair gastoevoerkanaal 10 omsluit. Het gastoevoer capillair heeft bij voorkeur, maar niet noodzakelijk, een cirkelvormige doorsnede met een diameter van bijvoorbeeld ongeveer 100 a 300 pm. Hier axiaal tegenover het gastoevoer capillair opgesteld op een bij voorkeur instelbare afstand van bijvoorbeeld ongeveer 0,5 mm van een gasuitstroomopening 11, bevindt zich de vloeistoftoevoerinrichting 4 met een buis 12 die aan een naar de gastoevoer toegekeerd uiteinde in een kegelvorm 14 uitloopt. Een manteloppervlak 15 van de kegel vormt een hoek van bijvoorbeeld 10°-30° met een buisas 16 en is aan een vrij uiteinde afgeknot met een substantieel dwars op de as 16 gericht trefvlak 20 met ee diameter van bijvoorbeeld ongeveer 300 pm. De aldus gevormde afgeknotte kegel kan evenals de buis 12 cirkelvormig zijn uitgevoerd maar kan ook rechthoekig, veelhoekig of ellipsvormig zijn. In de buis 12 bevinden zich vloeistoftoevoer capillairen 22, in de getekende uitvoeringsvorm vier stuks die hier symmetrisch om de as 16 zijn gerangschikt een diameter van bijvoorbeeld ongeveer 400 pm hebben en op een afstand van bijvoorbeeld ongeveer 0,5 mm van de as 16 liggen gerekend tot de as van de capillairen. Ook deze capillairen zijn niet noodzakelijk cirkelvormig, al is dat wel een voorkeursvorm. De capillairen monden uit in het mantelvlak 15 van de afgeknotte kegel die voor vier capillairen bijvoorbeeld ook een vierkante doorsnede kan hebben. Vloeistof met een oplossing of suspensie van te onderzoeken materiaal wordt via de capillairen 22 toegevoerd, stroomt in de richting van het trefvlak 20 en een daarop gerichte gasstroom uit het capillair 10, vormt aldaar een nevel of aerosol die voor analyse naar een onderzoekruimte wordt getransporteerd. De capillairen zijn bijvoorbeeld aangebracht in een uit het relatief inerte bestaande buis 12.

Figuur 2 toont een voorbeeld van een mechanische opbouw van een vernevelinrichting met de gastoevoerbuis 2 en de vloeistoftoevoerbuis 12. De gastoevoerbuis is geklemd in een houder 30 die hier via een beugel 32 met twee rotatie assen 34 en 36 is verbonden met een huis 40 voor de vloeistoftoevoerbuis 12. Een drager 38 voor de beugel 32 is daartoe klemmend opgenomen in een opening 42 van het huis 40. Voor nastelling van de gastoevoer ten opzichte van de vloeistoftoevoer is de beugel, bijvoorbeeld via een schroefverbinding 44 via een, vanuit een tegenoverliggende zijde van het huis 40 instelbare verbinding 46 voorzien. De buis 12 is met behulp van een kegelvormig lichaam 48 en een, bij voorkeur conische veer 50 in het huis 40 gemonteerd. De buis 12 is met behulp van een stelschroef 52 axiaal verplaatsbaar en met behulp van een, in figuur 2a nader aangegeven, dwars instel mechanische om de kogel 48 kantelbaar waardoor de uitstroomrichting kan worden nagesteld. De buis 12 ligt geklemd tussen deze aanslagvlakken van respectievelijk een trekveer 54, een X-instelschroef 56 en een Y-instelschroef 58. Er kan ook gewerkt worden met een aanslag en twee drukveren. Overigens kunnen alle geschikte vormen van montage en nastelling voor de gas- en vloeistoftoevoer van een vernevelinrichting volgens de uitvinding worden toegepast. De beschreven voorkeursuitvoering beiust op tegenstroom van de gastoevoer en de materiaal toevoer op overigens overeenkomstige wijze kan ook gewerkt worden met dwarsstroom, dat wil zeggen dat de gastoevoerrichting en de vloeistoftoevoerrichting een hoek van bijvoorbeeld ongeveer 90° insluiten. Ook het onderling instellen kan daarbij in grote lijnen overeenkomstig worden doorgevoerd. Tussen tegenstroom en dwarsstroom kunnen alle gewenste tussenvormen worden gekozen waarbij ook hoeken groter dan 90° voor bepaalde gevallen gunstig kunnen zijn.

Claims (14)

1. Vernevelinrichting met een capillair toevoer systeem voor te analyseren materiaal en een capillair draaggastoevoer systeem voor het vormen van een aerosol in een interactieruimte om uiteinden van beide toevoeren, met het kenmerk, dat een in de interactieruimte gelegen uiteinde van het capillair materiaal toevoer systeem een vlak trefvlak voor afbuiging van een draaggasstroom en een of meerdere openingen voor toevoer van een materiaalstroom naar het trefvlak bevat.

2. Vernevelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het materiaaltoevoer systeem in een uitstroomeindvlak een stelsel van meerdere enkelvoudige capillaire openingen omvat.

3. Vernevelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het capillair materiaaltoevoer systeem in een uitstroomeindvlak een ringvormige opening toont.

4. Vernevelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een staafvormige houder voor het materiaaltoevoer systeem een afgeknot conisch-vormig uiteinde toont in een conusvlak waarvan de capillair openingen uitmonden.

5. Vernevelinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een conusvlak van het conisch-vormige uiteinde een hoek van ongeveer 15° met een lengteas van de houder toont.

6. Vernevelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het capillaire materiaaltoevoer systeem vier onderling gelijke, symmetrisch ten opzichte van een lengteas van een capillair houder gemonteerde capillairen omvat.

7. Vernevelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een houder voor het capillair materiaaltoevoer systeem uit polykristallijn of één kristallijn AI2O3 bestaat.

8. Vernevelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een gastoevoer capillair houder als drager voor het materiaaltoevoer systeem fungeert.

9. Vernevelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het gastoevoer systeem en het mat.eriaaltoevoer systeem althans nagenoeg onder een hoek van 180° ten opzichte van elkaar zijn gemonteerd.

10. Vernevelinrichting volgens een der conclusies 1-8 met het kenmerk, dat het gastoevoer systeem en het materiaaltoevoer systeem althans nagenoeg onder een hoek van 90° ten opzichte van elkaar zijn gemonteerd.

11. Vernevelinrichting volgens conclusie 8 of 9 of 10, met het kenmerk, dat. de houder voor een gastoevoer capillair is uitgerust met een radiaal verplaatsing mechanisme voor het capillair.

12. Vernevelinrichting volgens conclusie 8, 9, 10 of 11 met het kenmerk, dat de houder voor een gastoevoer capillair is uitgerust met een axiaal capillair instelmechanisme.

13. Vernevelinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het trefvlak van het capillaire vloeistoftoevoer systeem afzonderlijk verplaatsbaar is in een axiale richting ten opzichte van de as van het overige capillaire vloeistoftoevoer systeem.

14. Optische spectrometer, met het kenmerk, dat die is uitgerust met een vernevelinrichting volgens één der voorgaande conclusies.