NL9000477A - Werkwijze voor monstername en monstervoorbereiding van opgeloste stoffen voor de spectrometrische bepaling ervan. - Google Patents

Description

Werkwijze voor monstername en monstervoorbereiding van opgeloste stoffen voor de spectrometrische bepaling ervan.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor monstername en monstervoorbereiding van opgeloste stoffen voor spectroscopische bepaling daarvan, waarbij aan de oplossing geschikte reagentia op reproduceerbare wijze worden toegedoseerd, waarbij de monsterstroom wordt opgedeeld in een analysetak en een by-pass-tak, en waarbij de stofconcentratie bepaald wordt uit de verandering van de optische eigenschappen van de oplossing door een reactie.

Bij Ruzicka, Hansen Anal. Chim. Acta 106 (1979) blz. 207 tot 224 worden twee methoden voor monstername en voorbereiding beschreven.

1. Doseren van een gedefinieerd monstervolume in een continue reagensstroom, genaamd vloei-injectie.

2. Gescheiden doseren van monster en reagens in elk een dragerstroom en synchroon samenvoeren van de beide deelstromen (merging zones).

Daarbij wordt evenwel een zeer hoog verbruik aan reagentia op de koop toe genomen en de meetnauwkeurig-heid wordt door de ongelijkmatige stroom van reagentia, alsook door de reproduceerbaarheid van de monsterdoseer-inrichting beperkt.

Verder zijn bijvoorbeeld uit Quickfit Laborglas GmbH, 6200 Wiesbaden, Grosser Katalog 1968 onderdelen voor het opdelen van vloeistofstromen in hoofd- en by-pass-stromen bekend.

Aan de uitvinding ligt nu het doel ten grondslag een werkwijze te ontwikkelen, die quasi continu, met geringe kosten aan onderhoud en met zuinig verbruik van reagentia werkt.

Behandeling van monsters met de hand dient te worden vermeden.

Ter bereiking van dit doel wordt volgens de uitvinding een werkwijze, zoals in de aanhef omschreven, verschaft, gekenmerkt door de volgende processtappen: a) het continu aanzuigen van de monstervloeistof uit een toevoer met een pomp via een ventiel, b) het opdelen van de monsterstroom in de analysetak en de by-pass-tak zodanig, dat storende gasbellen in de by-pass-tak worden afgevoerd, c) meting van de optische eigenschappen van de monstervloeistof in een meetvolume van de analysetak met behulp van een optisch meetsysteem, d) onderbreking van de monsterstroom in de analysetak met een meerwegs-ventiel onder gelijktijdige toevoeging van de reagentia met behulp van een doseer-pomp zodanig, dat de monstervloeistof door de stroom reagentia in de analysetak verder wordt getransporteerd, waarbij alleen door diffusieprocessen en turbulenties bij het transport een zone van geschikte samenstelling van reagentia en monstervloeistof wordt gevormd, e) beëindiging van de toevoeging van reagentia, omschakelen van het ventiel en sluiten van het ventiel na een vooraf te kiezen tijd zodanig, dat de vloeibare fase van de geschikte samenstelling het meetvolume opvult, f) het meten van de optische eigenschappen van het mengsel van constante samenstelling uit monstervloeistof en reagentia volgens een tweede vooraf te kiezen tijd, g) het berekenen van de stofconcentratie uit de veranderingen van de optische eigenschappen van monstervloeistof en mengsel, h) het openen van de meettak door bediening van het ventiel voor de monsterstroom en het periodiek herhalen van de processtappen vanaf stap c) en stap h).

Doelmatig kan de werkwijze daarbij zodanig worden uitgevoerd, dat door het invoeren van een oplossing van bekende samenstelling in plaats van het monster met behulp van de pomp via het ventiel gedurende processtap c) en aansluitend uitvoering van de stappen d), e), f) en g) een kwantificering van de meetwaarden wordt uitgevoerd.

Doelmatig kan daarbij verder het verloop van de afzonderlijke processtappen alsook de evaluatie van de metingen worden gestuurd door een procescomputer.

In het bijzonder worden de volgende voordelen verkregen door de werkwijze volgens de uitvinding.

De werkwijze werkt onafhankelijk van de constantheid van de dragerstroom. Daarom kan een weinig onderhoud vergende pomp 5 van lange levensduur worden gebruikt.

Bij de kleurreactie moet de verhouding van reagentia tot monstervloeistof ongeveer 10 tot 1 bedragen.

Door het toedoseren van de reagentia aan de quasi-continue monsterstroom kan het verbruik van hoeveelheden reagentia ten opzichte van de bovengenoemde processen drastisch worden gereduceerd. Sliertvorming ten gevolge van verschillen in dichtheid en brekingsindex van monster en reagentia, wordt door de wijze van dosering en mengen verhinderd.

Een uitvoeringsvoorbeeld voor de werkwijze volgens de uitvinding wordt in het volgende aan de hand van de figuur nader toegelicht.

De monstervloeistof, bijvoorbeeld afvalwater met nitraatbelasting, wordt na filtratie uit de toevoer 6 met behulp van een robuuste, weinig onderhoud vergende pomp 5 aangezogen via een meerwegs-ventiel 1. De doorstroomsnelheid behoeft bij deze werkwijze niet constant te worden gehouden, aangezien deze parameter niet van invloed is op de meetnauwkeurigheid. Daarom kan, in vergelijking met de andere bekende werkwijzen, een eenvoudigere en kosten-gunstigere pomp worden gebruikt.

Het ventiel 1 is zo gekozen, dat de monstervloeistof bij het er doorheen gaan ontspant, zodat de vloeistof ontgast. Door een vertakkingselement 13 wordt de monsterstroom opgedeeld in een analysetak 11 en een by-pass-tak, waarbij de by-pass-tak 10 naar boven leidt en zo de in het ventiel 1 gevormde gasbellen meevoert.

Met behulp van een reduceerventiel 2 kan het opdelen van de monsterstroom in de beide takken 10 en 11 worden ingesteld. Voor het meten van de optische eigenschappen van de monstervloeistof wordt deze door het meerwegsventiel 3 via een reactieweg 12 toegeleid naar het meetvolume 9, bij voorkeur een microcuvette met een volume van 70 ul, en met behulp van een gebruikelijke spectrometer op gebruikelijke wijze gemeten.

Voor het meten van de concentratie van de in de monster-vloeistof opgeloste stof wordt de monsterstroom in de analysetak 11 door het meerwegsventiel 3 gestopt en tegelijk de toedosering van de reagentia 8 met behulp van de doseerpomp 6 via het ventiel 3 gestart.

Voor de nitraatbepaling bestaat het mengsel reagentia uit volledig ontzout water, geconcentreerd zwavelzuur en het dinatriumzout van chromotroopzuur in de verhouding 1:4:1. Het toegedoseerde volume reagentia transporteert daarbij de monstervloeistof, die zich in de analysetak bevindt, verder, waarbij zich aan de grens tussen de reagentia en de monstervloeistof een mengzone vormt, die zich op weg naar het meetvolume 9 over een reactieweg 12 verbreedt. Binnen deze mengzone begint de kleurreactie. Er zijn alle mengverhoudingen aanwezig.

Diameter en lengte van de reactieweg, alsook de doseersnelheid, zijn zo op elkaar afgestemd, dat aan het einde van de doseerfase het meetvolume 9 gevuld is met een mengsel van geschikte samenstelling. Op dit tijdstip wordt het ventiel 9 gesloten en de doseerpomp 6 uitgeschakeld en het ventiel 3 omgeschakeld. Na een vooraf gegeven tijd wordt de kleurmeting uitgevoerd op gebruikelijke wijze.

Uit de verandering van bijvoorbeeld de absorptie-eigenschappen van het mengsel ten opzichte van het monster, wordt met behulp van een ijkkromme de concentratie van de opgeloste stof bepaald. Daarna wordt het ventiel 4 weer geopend, zodat de monstervloeistof alleen door de analysetak 11 spoelt en de volgende meetcyclus begint.

Bijzonder voordelig is het overnemen van de stuur- en evaluëringsfunkties door een procescomputer.

Daardoor kunnen gedurende een langere meet-periode zonder ingrijpen van bedieningspersoneel de afzonderlijke processtappen opnieuw aan veranderde proef-omstandigheden worden aangepast en geoptimaliseerd.

De uitwerking van informaties en dokumentatie van informaties wordt daardoor eveneens vergemakkelijkt.

Na een verder vast tijdsinterval kan een nieuwe ondergrondmeting plaatsvinden en het verloop herhaald zich.

Om een apparaatdrift te elimineren wordt in vooraf te kiezen tijdsafstanden een ijkmeting uitgevoerd. Daartoe wordt in plaats van de monstervloeistof in de toevoer 14 via het meerwegsventiel 1 ijkoplossing 7 met behulp van de pomp 5 aangezogen. Het overige ijkproces komt overeen met het bovenbeschrevene.

De volgende tijden worden voor de afzonderlijke processtappen aangegeven.

Tijd/s Deelfase 0 Ventiel 4 openen 120 Meting van de optische eigenschappen (transmissie van een monster) 125 Doseerventiel 3 omschakelen

Doseerpomp 6 inschakelen 145 Doseerpomp 6 uitschakelen

Ventiel 4 sluiten Doseerventiel 3 omschakelen 295 Meting van de verandering van de optische eigenschappen (transmissie van het gekleurde monster) Berekening van de concentratie 300 Herhaling vanaf t = 0.

De tijden zijn voor de volgende apparaatparameters geoptimaliseerd.

- Toevoer: 22 1/h

Het monster wordt door doorzichtige PVC-slangen 4x6 mm getransporteerd.

- Ventiel 1, universeelventiel, edelstaal/viton Firma Labokron, Best. Nr. 22320

Het gaat om een 3/2-wegs-magneetventiel, dat in stroomloze toestand monsteroplossing in het systeem laat.

Na omschakelen van dit ventiel wordt ijkoplossing aangezogen.

Wegens de nauwe ventielboring van 0,8 mm valt de druk in de stromende vloeistof sterk af en de in het water opgeloste gassen treden uit de vloeistof uit (straalpijp).

- Het ventiel 2 dient voor het regelen van de doorvoer-hoeveelheid.

- De filtraatpomp 5 is een membraanpomp (F 120 G 14 van de firma ASF).

- Afscheiding van de gasbellen vindt plaats in een PVC-T-stuk (firma Labokron, Best. Nr. 56141), waarin het monster van opzij instroomt. De hoofdstroom wordt naar boven gevoerd en transporteert het gas mee in de afvoer.

De monsterstroom (0,6 1/h) vloeit naar beneden in een Teflon slang met 1,3 mm binnendiameter, zodat daarin geen gasbellen terecht komen.

- Ventiel 3 is een 3/2-wegs-magneetventiel uit Teflon met een zeer klein binnenvolume van 80 ,ul (PSV 100 firma Pharmacia/LKB of model 368 firma Angar, Vertrieb firma WSM Armaturen; de modellen zijn gelijk in constructie).

- De membraan-doseerpomp (M201-1 met slaglengteverstelling, firma Alldos) doseert bij een op 50 % ingestelde slag-lengtereagensoplossing in het monster. De materialen zijn zwart hard-PVC (pompkop en aansluitingen) en teflon (membraan).

- De ijkoplossing 7 bevat 10 mg nitraat-N/1 in de vorm van opgelost natriumnitraat. De 5 liter-voorraadshouder is bij een doorvoerhoeveelheid van 22 1/uur en een systeemspoeltijd van 100 sec. voldoende voor twaalf ijkgangen.

- De reactieweg is een 700 mm lange teflonslang met een binnendiameter van 1,3 mm.

- Het ventiel 4 is een 2/2-wegs-magneetventiel uit teflon met dubbelspoel (model 190 L van Angar, Fa. WSM).

- De toegedoseerde hoeveelheid reagentia bedraagt 3,8 ml.

Verdere toepassingsgebieden zijn doseertoevoegingen met gelijktijdig mengen, in het bijzonder bij verschillende dichtheid, viscositeit en brekingsindex.

Evenals bij het uitvoeringsvoorbeeld kunnen door toevoeging van corresponderende reagentia bijvoorbeeld fosfaat, ammonium, formaldehyde en andere in waterige oplossing worden bepaald.

Omgekeerd is ook het doseren van een waterige kleurreactieoplossing in een monsteroplossing met andere dichtheid, viscositeit en brekingsindex mogelijk.

Claims (3)

1. Werkwijze voor monstername en monstervoorbereiding van opgeloste stoffen voor spectroscopische bepaling daarvan, waarbij aan de oplossing geschikte reagentia op reproduceerbare wijze worden toegedoseerd, waarbij de monsterstroom wordt opgedeeld in een analysetak en een by-pass-tak, en waarbij de stofconcentratie bepaald wordt uit de verandering van de optische eigenschappen van de oplossing door een reactie, gekenmerkt door de volgende processtappen: a) het continu aanzuigen van de monstervloeistof uit een toevoer (14) met een pomp (5) via een ventiel (1), b) het opdelen van de monsterstroom in de analysetak (11) en de by-pass-tak (10) zodanig, dat storende gasbellen in de by-pass-tak worden afgevoerd, c) meting van de optische eigenschappen van de monstervloeistof in een meetvolume (9) van de analysetak (11) met behulp van een optisch meetsysteem, d) onderbreking van de monsterstroom in de analysetak (11) met een meerwegs-ventiel (3) onder gelijktijdige toevoeging van de reagentia (8) met behulp van een doseerpomp (6) zodanig, dat de monstervloeistof door de stroom reagentia (8) in de analysetak (11) verder wordt getransporteerd, waarbij alleen door diffusieprocessen en turbulenties bij het transport een zone van geschikte samenstelling van reagentia en monstervloeistof wordt gevormd, e) beëindiging van de toevoeging van reagentia, omschakelen van het ventiel (3) en sluiten van het ventiel (4) na een vooraf te kiezen tijd zodanig, dat de vloeibare fase van de geschikte samenstelling het meetvolume (9) opvult, f) het meten van de optische eigenschappen van het mengsel van constante samenstelling uit monstervloeistof en reagentia volgens een tweede vooraf te kiezen tijd, g) het berekenen van de stofconcentratie uit de veranderingen van de optische eigenschappen van monstervloeistof en mengsel, h) het openen van de meettak door bediening van het ventiel (4) voor de monsterstroom en het periodiek herhalen van de processtappen vanaf stap c) tot stap h).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het k en me r k, dat door het invoeren van een oplossing (7) van bekende samenstelling in plaats van het monster met behulp van de pomp (5) via het ventiel (1) gedurende processtap c) en aansluitend uitvoering van de stappen d), e)., f) en g) een kwantificering van de meetwaarden wordt uitgevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het k e n m er k, dat het verloop van de afzonderlijke processtappen alsook de evaluatie van de metingen gestuurd wordt door een procescomputer.