SE512229C2 - Förfarande och anordning för anrikning av flyktiga ämnen ur en gasström och dosering till ett analysinstrument - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512 229 En del flyktiga ämnen är skadliga på olika sätt och till och med giftiga och det finns ett intresse av att kunna analysera sådana ämnen även i de fall dessa inte luktar. När olika produkter målas och lackas, exempelvis bilar, omges produkten av en stor mängd flyktiga ämnen.

På ett stort antal laboratorier, områden, finns ett intresse av att kunna analysera olika gasprov innehållande flyktiga, vanligen organiska ämnen.

Nämnda ämnen finns antingen redan från början i inom vitt skilda gasform i, vanligen, omgivande luft eller bringas till att övergå till gasform i, vanligen, omgivande luft och dessas mängder eller halter är försvinnande låga. För att kunna bestämma halterna ifråga finns det ett uttalat behov av att dels kunna anrika de flyktiga ämnena ur den vanligtvis omgivande luften i det gasprov som är av intresse och dels kunna dosera de flyktiga ämnena i en begränsad gasmängd till ett analysinstrument. Föreliggande uppfinning är tillämplig inom detta tekniska område.

Teknikens ståndpunkt Som framgår av det tidigare angivna finns det sammanhang där de flyktiga, ofta luktande och/eller smakgivande, ämnena redan från början finns i gasform och ingår i blandning med vanligtvis luft. Det finns andra sammanhang där flyktiga ämnen ingår i en fast produkt och vid exempelvis rumstemperatur lämnar den fasta produkten i begränsad omfattning och/eller med låg hastighet. I sådana sammanhang uppvärmes ofta det fasta materialet så, att den fysikaliska jämvikten för de flyktiga ämnena förskjuts mot gasfasen.

Den gasblandning som man önskar analysera benämnes i fackmannakretsar "headspace-gas" och den kan genereras på många olika sätt, vilket inte beröres närmare här.

I sådan gasvolymer är halten av de av intresse varande flyktiga ämnena, som redan angivits, ytterst låg och exempelvis är halten av vattenånga i gasvolymen eller 'm 10 15 20 25 30 35 ¿:::=;::¿ 512 229 3 gasprovet ofta flera tusen gånger högre, speciellt om man använder sig av uppvärmning av ett fast material för att få en ökad avgång av flyktiga ämnen.

Vid vissa analysförfaranden leder närvaro av vattenånga, åtminstone i hög halt, till stora problem och vid utnyttjande av sådana analysförfaranden är det nödvändigt att höggradigt minska vattenångmängden i gasprovet.

Ett sätt att åstadkomma detta är att låta gasprovet få passera igenom en slang fylld med vattenpermeabelt polymermaterial. Dock har det visat sig att det inte bara är vattenånga som avlägsnas ur gasprovet, utan även en del lättflyktiga ämnen kan avlägsnas. Förutom detta händer det att gasprovet smutsas ner av polymermaterialet. Ett annat sätt att åstadkomma det ovannämnda är att frysa ut vattenånga som is, exempelvis vid en temperatur av -ldb till -Zdb. Det har visat sig att ren is icke adsorberar flyktiga organiska ämnen. Trots detta kan en del svårflyktiga ämnen förloras ur gasvolymen eller gasprovet vid utfrysningsmetoden.

Vid vissa analysmetoder är det ett krav att gasvolymen eller gasprovet är fritt från syrgas och i dessa fall måste syre avlägsnas från gasprovet och vid andra analysmetoder erfordras en viss mängd syrgas i gasvolymen eller gasprovet och i dessa fall tillföres vanligen en reglerad mängd syre innehållande gas till gasprovet.

För att anrika flyktiga ämnen ur en viss gasmängd är det känt att adsorbera ämnena ifråga på en adsorbent och därefter frigöra ämnena från adsorbenten genom att denna uppvärmes, så kallad termisk desorption. I detta sammanhang måste en kompromiss alltid göras mellan utbyte av flyktiga ämnen och eliminering av vattenånga ur det uppkomna gasprovet. Anrikningen av de flyktiga ämnena uppstår genom att man vid desorptionen låter ämnena upptas i en mindre mängd gas, vanligen någon inertgas, än det ursprungliga provets gasmängd.

För att analysen av de flyktiga ämnena i ett gas- prov skall bli framgångrik, även i det fall att halten av de 10 15 20 25 30 512 229 flyktiga ämnena är, d v s bringats till att bli, tillräckligt hög för att en mätning eller bestämning skall kunna ske, måste doseringen av gasprovet till och in i analysinstrumen- tet ske på ett kontrollerat sätt inkluderande ett jämnt gasflöde under en viss tid.

Redogörelse för uppfinningen Tekniskt problem Som framgår av det ovan angivna är det ofta förenat med svårigheter att undersöka förekomsten och bestämma halten av ett flyktigt ämne i ett gasprov, bl a beroende på att halten av ämnet i gasprovet är försvinnande liten. Vidare är det förenat med svårigheter att dosera gasprovet till och in i analysinstrumentet på ett tillräckligt kontrollerat sätt.

Med andra ord finns det ett behov av ett förfarande (och en apparatur) som dels bereder gasproven med sina innehåll av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen och dels för in gasproven i analysinstrumentet på ett uthålligt framgångsrikt och tillförlitligt sätt.

Lösningen Föreliggande uppfinning utgör en lösning på detta och avser ett förfarande för anrikning av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen ur en redan genererad gasström och dosering av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena i en begränsad gasmängd till ett analysinstrument, kännetecknat därav, att gasströmmen endera suges eller tryckes via en första växlingsventil till en adsorbator där det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena adsorberas och från nämnda ämne(n) befriad gasström via minst den första växlingsventilen bringas att lämna systemet, att en reglerad mängd inertgas medelst en infusionspump (aspiration) bringas att strömma via den första växlingsventilen till adsorbatorn, som uppvärmes, och igenom densamma (termisk desorption) under upptagande av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena, ånyo via den första växlingsventilen och via en andra växlingsventil till 10 15 20 25 30 35 512 229 5 infusionspumpen och att inertgasen med sitt innehåll av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen via nämnda infusionspump (injektion) och den andra växlingsventilen föres till analysinstrumentet.

Förfarandet enligt uppfinningen är avpassat för alla i beskrivet sammanhang kända analysförfaranden.

Förekomsten och halten av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen i provet kan exempelvis bestämmas med gaskromatografi, infraröd spektroskopi och med sensorer, så kallade elektroniska näsor.

Om det är nödvändigt för att kunna utföra analysen på ett framgångsrikt sätt att befria gasströmmen från en mindre eller större del av sitt innehåll av vattenånga utföres detta i ett första, initialt behandlingssteg medelst kyltorkning.

Om inget som helst syre får vara närvarande vid den termiska desorptionen eller därefter bringas inertgas att genomströmma adsorbatorn innan denna uppvärmes, så att närvarande syre förträngs och den syre innehållande inert- gasen bringas att lämna systemet via minst den första växlingsventilen.

I en del fall fordrar analysförfarandet närvaro av syre och då tillföres en syre innehållande gas, exempelvis luft eller syrgas, i en kontrollerad mängd den begränsade gasmängden (provet) just före eller i analysinstrumentet.

Vilken som helst känd och lämplig inertgas kan användas som bärargas. Helium och kväve är de mest föredragna.

Förfarandet enligt uppfinningen är tillämpbart såväl vid analyser som utföres på ett laboratorium som vid analysförfaranden i produktionen av olika produkter, så kallade on-line mätningar.

Om analysen utföres med hjälp av sensorer, så kallade elektroniska näsor, är provberedningen särskilt sofistikerad, ty då måste dels den redan genererade gasströmmens innehåll av vattenånga kraftigt reduceras och 10 15 20 25 30 35 512 229 dels måste en viss kontrollerad mängd syre finnas i gasprovet under analysen.

Uppfinningen innefattar också en apparatur för anrikning av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen ur en redan generad gasström och dosering av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena i en begränsad gasmängd till ett analys- instrument, kännetecknad därav, att den innefattar en första flödeskrets för gasströmmen bestående av ledningar, en första växlingsventil, en uppvärmbar adsorbator där det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena adsorberas, ett utsläpp för renad gasström och ett medel som driver gasströmmen genom flödeskretsen, en andra flödeskrets för inertgas i en begränsad mängd tjänande som bärare av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena bestående av regleringsenhet för inertgasen och annan gas, ledningar, den första växlings- ventilen, den uppvärmda adsorbatorn tjänande som desorbator, en andra växlingsventil och en infusionspump, som driver inertgasen genom flödeskretsen och en tredje flödeskrets för införande av inertgasen med sitt innehåll av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen till analysinstrumentet bestående av ledningar, den andra växlingsventilen och nämnda infusionspump.

En viktig del av apparaturen är den kombinerade adsorbatorn/desorbatorn.

Denna är vanligen rörformad och tillverkad av exempelvis glas eller stål. I förekommande fall är röret behandlat på insidan så, att det inte släpper ifrån sig något ämne som kan störa provberedningen eller efterföljande analys. Innerytan kan sägas vara inert. Det absorberande medlet, d v s kemikalien ifråga, kan utgöras av vilket som helst känt sådant medel. Exempel på sådana är aktivt kol, ett ämne som säljes under varunamnet Tenax (och kemiskt är poly 2,6-difenyl-p-fenylenoxid) och ett ämne som säljes under varunamnet HayeSep Q (och kemiskt är en sampolymer av styren och divinylbensen). Adsorbatorn/desorbatorn är försedd med en uppvärmningsanordning, exempelvis en elledning som är 10 15 20 25 30 35 512 229 innesluten i rörmaterialet eller är lindad på utsidan av röret. Röret kan också vara omgivet av metallplattor i form av så kallade Peltierelement. Med hjälp av dessa kan man såväl sänka som höja temperaturen inuti röret i förhållande till omgivande rumstemperatur.

En annan viktig del av apparaturen är de ingående växlingsventilerna. Vilken som helst känd växlingsventil kan användas. Det finns växlingsventiler med olika antal in- och utgångar, vilka benämnes portar. Exempel på antal portar är tio, åtta och fyra. Hur många portar som behövs i här aktuella växlingsventiler är åtminstone delvis beroende av vilket analysinstrument, som apparaturen enligt uppfinningen är ansluten till. Vissa analysmetoder och analysinstrument fordrar mer sofistikerad provberedning än andra och behovet av visst portantal sammanhänger med detta.

Som tidigare angivits kan den redan genererade gasströmmen, d v s den ursprungliga gasströmmen, sugas eller tryckas genom den första flödeskretsen och ett medel för utförande av detta arbete är följaktligen nödvändigt. Detta medel kan utgöras av en pump, som företrädesvis är applicerad i det externa analysinstrumentet eller vid den ledning som löper ut från analysinstrumentet. I vissa analysinstrument ingår en pump och då utnyttjas den för beskrivet arbete. I beskrivet fall suges gasströmmen genom flödeskretsen eller i ett specialfall genom flödeskretsarna (se nedan). Nämnda pump kan placeras på ett flertal ställen, exempelvis vid inloppsledningen till det externa analysinstrumentet eller i anslutning till alternativt vid ledningen just efter den första växlingsventilen. Det är även möjligt att placera medlet ifråga, exempelvis en pump, vid den ledning som löper in i och är ansluten till apparaturen enligt uppfinningen och i det fallet tryckes gasströmmen genom flödeskretsen eller flödeskretsarna.

Ofta finns det behov av att apparaturen är kompletterad med en initial flödeskrets för avlägsnande av vattenånga ur gasströmmen, eller den så kallade "headspace- 1 n lm 10 15 20 25 30 35 512 229 gasen", bestående av ledningar, en initial växlingsventil, minst en kyltork och tidigare omnämnt medel, som driver inertgasen genom den initiala flödeskretsen.

Föredragen kyltork är en sådan som innehåller ett eller flera Peltierelement. Det speciella med sådana element är, att om man låter elektrisk ström passera en viss väg genom elementet blir elementet kallt, medan motsatt ström- riktning leder till uppvärmning. Temperaturen i torken kan varieras mellan -30W3 och +55°C. I kyltorken fryses huvud- delen av vattenångan ut ur gasströmmen vid en temperatur av ca -l5°C som is.

Denna utföringsform av apparaturen med en initial flödeskrets för avlägsnande av vattenånga ur gasströmmen innefattar inloppsledning och regleringsenhet för tillförsel av rengöringsgas, exempelvis luft, och utloppsledning för att efter behandlingen av gasströmmen avlägsna kondenserat vatten och/eller vattenånga ur kyltorken och flödeskretsen. Efter det att den ursprungliga gasströmmen med sitt innehåll av flyktigt ämne lämnat den initiala flödeskretsen inleds en uppvärmning av kyltorken så att den bildade isen smälter.

Samtidigt föres rengöringsluft från regleringsenheten genom en ledning till växlingsventilen, genom densamma och genom kyltorken tillbaka till växlingsventilen och via denna ut i apparaturens omgivning. Nämnda rengöringsluft tar då med sig det vatten och/eller den vattenånga, som bildats av den smälta isen och den initiala flödeskretsen är därmed rengjord och klar för att mottaga ett nytt gasprov med sitt innehåll av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen.

Enligt en utföringsform av apparaturen innefattar den regleringsenhet och ledning för tillförsel av syre innehållande gas med nämnda ledning mynnande i den ledning, som är ansluten till analysinstrumentet eller i själva analysinstrumentet.

En central enhet i apparaturen enligt uppfinningen är den reciprokerande infusionspumpen och vilken som helst känd sådan kan användas. En föredragen typ av infusionspump I0 15 20 25 30 512 229 är en sådan som i huvudsak består av en cylinder och en inuti denna befintlig tätande anbragd kolv eller platta fästad vid en stång. Medelst stången kan kolven röras fram och åter i cylindern. Genom att välja en cylinder av viss volym kan man bestämma den mängd inertgas i vilken det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena upptas under den termiska desorptions- operationen och därigenom ocksá den mängd gas som införes i analysinstrumentet. Medelst en sådan infusionspump är det dessutom lätt att styra gasflödet, exempelvis vid en konstant hastighet, till analysinstrumentet.

Fördelar En fördel med förfarandet och apparaturen enligt uppfinningen är dess flexibilitet. Som tidigare angivits finns det olika sätt att bestämma förekomsten och halten av ett, exempelvis luktande, flyktigt ämne i ett gasprov.

Erforderlig provberedning skiljer sig vid olika analys- förfaranden och genom att förfarandet enligt uppfinningen består av ett antal mer eller mindre fristående steg och apparaturen enligt uppfinningen av ett antal mer eller mindre fristående flödeskretsar kan förfarandet och apparaturen skräddarsys för att passa till respektive analysförfarande.

Genom att såväl desorptionsoperationen som doseringsoperationen styres via en infusionspump och dess aspiration respektive injektion erhålles flera fördelar. En fördel är att man lätt kan styra graden av anrikning av det flyktiga ämnet. När man vet mängden av det ursprungliga gasprovet kan man välja önskad mängd inertgas, i vilken det flyktiga ämnet upptas vid den termiska desorptionen, medelst storleken av eller volymen hos infusionspumpen och därigenom begränsas den gasmängd som tillföres analysinstrumentet i önskad utsträckning. Nämnda minskning i gasmängd står i direkt proportion till ökningen av halten av det flyktiga ämnet, d v s graden av anrikning. En annan fördel är att medelst infusionspumpen är det lätt att införa gasprovet i 10 15 20 25 30 512 229 10 analysinstrumentet vid en konstant flödeshastighet. Vid vissa analysförfaranden är detta en förutsättning för att analysen skall bli framgångsrik.

Figurbeskrivning I figur l visas en föredragen utföringsform av apparaturen enligt uppfinningen.

Bästa utföringsform I det följande beskrives med hänvisning till figur 1 en föredragen utföringsform av apparaturen enligt upp- finningen relativt detaljerat. Helt naturligt sker samtidigt en beskrivning av en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen. I anslutning därtill beskrives i viss utsträckning alternativa förfaranden och apparaturer enligt uppfinningen. Vidare återges ett utföringsexempel med tillämpning av uppfinningen.

Apparaturuppställningen enligt figur 1 är ansluten till ett externt analysinstrument 1 i form av en så kallad elektronisk näsa, vars sensorer ställer speciella krav på provgassammansättning och gasflöde i form av exempelvis konstant syrgashalt, låg vattenhalt och konstant flöde.

Den provgas, vars innehåll av flyktigt ämne man önskar uppgift om, tillföres systemet i en viss mängd via ledningen 2. (Här och i fortsättningen beaktas bara ett flyktigt ämne för enkelhetens och klarhetens skull även om det i verkligheten vanligen rör sig om flera flyktiga ämnen.) Gasen föres via ledningen 2 till den initiala växlings- ventilen 3 och vidare genom ledningen 4 till kyltorken 5.

Denna kyltork innehåller Peltierelement, vars arbetssätt tidigare beskrivits. Gasen föres vidare via ledningen 6 tillbaka till den initiala växlingsventilen 3. Vid passagen genom kyltorken 5 befrias gasen från huvuddelen av vattenånginnehàllet. Från den initiala växlingsventilen 3 föres gasen via ledningen 7 till den första växlingsventilen 8 och via denna genom ledningen 9 till adsorbatorn/desorba- 10 15 20 25 30 35 ekemikalie, 512 229 11 torn 10. Lämplig konstruktion av och innehåll i, d v s aktiv adsorbatorn/desorbatorn 10 har beskrivits tidigare. Gasen befrias i denna position från hela sitt innehåll av flyktigt ämne. Därefter föres gasen via ledningen 11 tillbaka till den första väzlingsventilen 8. Via denna föres gasen genom ledningen 12 till en andra växlingsventil 13 och via denna genom ledningen 14 till det externa analysinstrumentet 1. Vanligen finns det en pump inbyggd i analysinstrumentet 1 (ej visat i figuren) och det är denna som användes i enlighet med det ovan angivna. I detta läge sker ingen analys av gasen utan den går rakt igenom analysinstrumentet 1 och bringas att lämna systemet via avloppsledningen 15.

Den gas som lämnar systemet är den ursprungliga provgasen minus det flyktiga ämnet och minus huvuddelen av vattenángan. Kvar i systemet har man det som är av störst intresse i sammanhanget, nämligen det flyktiga ämnet som finns lagrat i adsorbatorn 10. Kvar i systemet och närmare bestämt i kyltorken 5 finns också is, vilken senare bringas att lämna systemet, vilket beskrives nedan.

Om det inte finns en pump inbyggd i analysinstru- mentet l är det lämpligt att ansluta en pump till avlopps- ledningen 15 (ej visat i figuren).

Det är av vikt att notera, att under ovan beskrivet händelseförlopp står infusionspumpen 16 stilla.

Eftersom analysen i instrumentet l fordrar en konstant syrgashalt i gasprovet när detta passerar genom instrumentet 1 och analys sker är det ofta nödvändigt att befria aktuellt system och speciellt adsorbatorn 10 från dess syreinneháll, som härstammar från provgasströmmen vars huvudsakliga innehåll är luft.

Detta processteg kallas inertering och kan gå till sä, att en inertgas såsom helium föres från regleringsenheten 17 via ledningen 18 till den första växlingsventilen 8 och genom den via ledningen ll till adsorbatorn 10 och vidare genom ledningen 9 tillbaka till den första växlingsventilen 8 :AM m |uiiii|i u 10 15 20 25 30 35 ¿:: _ 512 229 12 och ut ur systemet genom ledningen 19. Denna kortvariga strömning av inertgasen "baklänges" genom beskrivet system leder till att i systemet förefintlig syrgas och då speciellt i adsorbatorn 10 förtränges ut i omgivningen.

Till regleringsenheten 17 föres inertgas, såsom helium, genom ledningen 20 och en syre innehållande gas, såsom luft, genom ledningen 21. I denna enhet finns möjlighet till att blanda dessa två gasströmmar. Vidare behövs något medel som driver inertgasen genom beskriven flödeskrets.

Samtidigt som ovan beskriven inertering äger rum startas uppvärmning av kyltorken 5 så att den däri förefintliga isen bringas att smälta. Med eventuellt någon fördröjning föres en rengöringsgas, såsom luft, från regleringsenheten 17 via ledningen 22 till den initiala växlingsventilen 3 och igenom denna och igenom ledningen 6 till kyltorken 5 och vidare genom ledningen 4 tillbaka till växlingsventilen 3 och igenom denna och denna gasström föres ut till omgivningen via ledningen 23. Medelst denna bakåtspolning med luft befrias kyltorken 5 och övrig berörd del av flödeskretsen från den smälta isen i form av vatten och/eller vattenånga. Även i detta fall behövs något medel som driver luften genom beskriven flödeskrets. Det är att observera, att så snart kyltorkningen inte utnyttjas kan ovanstående utföras oberoende av förfarandet i övrigt. Även under ovan beskrivet inerteringssteg står infusionspumpen 16 stilla.

Nästa fas i förfarandet är desorptionsfasen. Det går till så, att uppvärmningen av adsorbatorn/desorbatorn 10 startas. I detta läge inleds användandet av infusionspumpen 16. Mer i detalj består den av en cylinder 24, en tätande anbragd kolv 25 och en stång 26. I figuren 1 är kolven 25 visad ett stycke ifrån cylinderns 24 övre gavel. Om man exempelvis önskar utnyttja infusionspumpens 16 hela volym placeras kolven 25 dikt an mot nämnda övre gavel. I och med att kolven 25 medelst stången 26 drages neråt (aspiration) suges heliumgas från regleringsenheten 17 genom ledningen 18 10 15 20 25 30 35 512 229 13 till den första växlingsventilen 8 och via den genom ledningen ll till desorbatorn 10 och igenom denna och vidare via ledningen 9 tillbaka till den första växlingsventilen 8 och via den genom ledningen 27 till den andra växlings- ventilen 13 och via den genom ledningen 28 till cylindern 24.

Mängden av inertgas som bringas att strömma igenom flödes- kretsen bestäms av hur långt ner i cylindern 24 kolven 25 slutligt placeras. När inertgasen passerar igenom den uppvärmda kemikaliepluggen i desorbatorn 10 drar den med sig det frigjorda flyktiga ämnet, d v s provmolekylerna, och de hamnar slutligen i cylindern 24. Efter detta moment befinner sig det av intresse varande flyktiga ämnet, d v s provmolekylerna, i cylindern 24 i en avsevärd mindre gasvolym än den ursprungliga provgasvolymen.

Nästa fas i förfarandet är doseringsfasen och med den sammanhängande analysoperation. I detta läge tillföres analysinstrumentet l en torr blandning av heliumgas och luft via ledningen 29 med önskat innehåll av syre och denna gas- blandning strömmar igenom instrumentet. Eftersom provgasen, som befinner sig i cylindern 24, är helt syrefri regleras den för analysens utförande nödvändiga halten av syre av bland- ningsförhållandet mellan luft och helium i ledningen 29.

Stången 26 i infusionspumpen 16 föres uppåt och då tryckes provgasen (injektion) via ledningen 28 till den andra växlingsventilen 13 och igenom denna och via ledningen 14 in i analysinstrumentet l och igenom detta under uppmätande av halten av det flyktiga ämnet eller provmolekylerna. Genom att, föra stången 26 uppåt med en kontrollerad och jämn hastighet införes provgasen i analysinstrumentet med en kontrollerad och jämn flödeshastighet.

I och med att hela mängden provgas förts genom analysinstrumentet 1 och ut i omgivningen eller till något omhändertagande är analysen slutförd.

Analysinstrumentet 1 innehåller förutom sensorer/- detektor även några ventiler, som ej framgår av figuren, 10 15 20 25 30 35 512 229 14 eftersom en beskrivning av dessa ej är nödvändig för förståelse av föreliggande uppfinning.

I figuren 1 visas en extra kyltork 30 med tillhörande ledningar 31 och 32. En sådan apparaturuppställ- ning användes om man önskar starta en beredning av ett nytt gasprov, medan man fortfarande torkar och rengör den vänstra kyltorken 5. I figuren 1 visas också, att ledningen 29 är ansluten till en grenledning 33 så att blandningen av luft och helium med konstant syrehalt kan tillföras i en position före analysinstrumentet 1 och närmare bestämt till den ledning 14 som mynnar i analysinstrumentet l.

Mellan analystillfällena kan apparaturuppställ- ningen enligt figur 1 hållas i beredskap genom att såväl det externa analysinstrumentet 1 får genomströmmas av torr helium-luftblandning med konstant syrgashalt som adsorba- torn/desorbatorn 10 får genomströmmas av ren heliumgas "baklänges" för renhållning.

I apparaturen enligt figur 1 bringas den ursprungliga provgasvolymen befriad från sitt innehåll av flyktigt ämne och från huvuddelen av vattenångan att lämna systemet via avloppsledningen 15. Det är ej nödvändigt med en sådan lång flödeskrets, utan gasvolymen ifråga kan också bringas att lämna flödeskretsen via utloppsledningen 19 eller via ledningen 34 på motsatt sida av den första växlings- ventilen 8.

Som tidigare angivits är det inte alltid nödvändigt att avlägsna vattenånga ur den ursprungliga provgasvolymen.

Huruvida vattenånga måste avlägsnas eller icke är bland annat beroende av vilket analyssätt som användes. I det fall att vattenånga inte avlägsnas borttages hela den initiala flödes- kretsen enligt figur 1 och införandet av den ursprungliga provgasvolymen till apparaturen enligt uppfinningen sker i så fall direkt genom ledningen 7 i dess funktion som tillförsel- ledning. I det fallet behöver ej heller regleringsenheten 17 uppvisa eller frambringa så många funktioner, som framgår av det tidigare angivna. 10 15 20 25 30 35 512 229 15 Den beskrivna apparaturuppställningen skötes i stor utsträckning manuellt. I de fall det finnes en bestämd typ av provgas som skall analyseras, exempelvis dygn efter dygn, enligt ett visst analyssätt är det relativt lätt att automatisera och datorstyra såväl provberednings- som doseringsprocessen enligt uppfinningen.

Exempel l Nedan redogöres för försök som gjorts på "headspace-gas" över papper som utförts i enlighet med uppfinningen i jämförelse med nollprov. 60 gram av datautskrivningspapper (trähaltigt) med en ytvikt av 60 gram per m2 skars upp i strimlor om 20 x 200 mm och infördes i ett cirkulärt glasrör med en volym av 1500 ml och med ett förhållande mellan längd och diameter av ca 7:1 (provtagningskärl), som igenomspolats med heliumgas.

Provtagningskärlets ändar var försedda med avstängnings- ventiler av glas och PTFE (polytetrafluoretylen).

Det har visat sig, att om pappersprover placeras i ett tillräckligt långsmalt provtagningskärl, som det ovan beskrivna, kan man, efter det att jämvikt mellan gasfas och fast fas, d v s pappersfas, uppnåtts, ta ut ett gasprov med jämviktshalter av papperets flyktiga beståndsdelar genom att leda en tillräckligt långsam gasström genom provtagnings- kärlet. Den uttagna gasvolymen bör ej överstiga 2/3 av provtagningskärlets volym.

Efter det att papperets flyktiga komponenter uppnått sina jämviktshalter i gasfas vid den rådande temperaturen, d v s omgivningstemperaturen, på 23.3%3, leddes en konstantflödesreglerad heliumgasström (22 ml/minut) från en trycksatt gastub in i provtagningskärlets ena ände.

Jämviktsgasprov togs ut fràn provtagningskärlets andra ände och behandlades i enlighet med uppfinningen enligt följande.

Den uppfinningsenliga apparaturuppställningen enligt figur l användes och provgasen, d v s 22.3 ml fuktig gas per minut, leddes via ledningen 2 till den initiala Minit! ...lhulnh n. Mmm 10 15 20 25 30 35 512 229 16 växlingsventilen 3 och därifrån via ledningen 4 till kyltorken 5 och efter vattenavlägsnande via ledningen 6 till ventilen 3 och därifrån via ledningen 7 till den första växlingsventilen 8 och därifrån via ledningen 9 till adsorbatorn 10 och efter avlägsnande av de flyktiga ämnena via ledningen 11 till ventilen 8 och ut ur systemet via ledningen 19. 1115 ml fuktig gas (1100 ml torr gas) togs ut från provtagningskärlet.

Adsorbatorn 10 bestod inifrån räknat av ett deaktiverat glasrör, som var tillslutet i ändarna. Glasröret var inneslutet i en mässingcylinder, i sin tur omsluten av isolerad motståndstråd, vilket möjliggjorde en snabb uppvärmning av sorbenten. Adsorbatorn var omslutet av metallplattor i form av Peltierelement, med vars hjälp temperaturen inne i glasröret kunde regleras och då främst sänkas. Som sorbent användes 70 mg Tenax TA, som kemiskt är poly 2,6-difenyl-p-fenylenoxid. Under adsorptionsfasen inställdes temperaturen på 0%L Vid här beskrivna försök användes ingen inerteringsfas, eftersom provgasen i huvudsak utgjordes av heliumgas och ej luft, med sitt syreinnehåll.

Därefter vidtog desorptionsfasen genom att helium- gas i ett flöde av 5 ml/minut fördes från regleringsenheten 17 via ledningen 18 till den första växlingsventilen 8 och via den genom ledningen 11 till adsorbatorn 10, som i det läget uppvärmts till 18GT!med hjälp av nämnda motståndstråd och därigenom förvandlats till en desorbator, varvid de flyktiga ämnena upptogs av heliumgasflödet, som lämnade desorbatorn 10 via ledningen 9 för att hamna i ventilen 8 och därefter fördes via ledningen 27, den andra växlingsventilen 13 och ledningen 28 till infusionspumpen 16. Totalt fördes 50 ml heliumgas den beskrivna vägen, vilket betyder, att de flyktiga ämnena i det läget fanns anrikade i en gasvolym på 50 ml, att jämföras med den ursprungliga provgasvolymen på 1115 ml. Heliumgasströmmen drevs genom systemet genom att kolven 25 i infusionspumpen 16 drogs neråt med en bestämd 10 15 20 25 30 35 512229 17 hastighet och så långt att 50 ml gas med sitt innehåll av flyktiga ämnen inneslöts i infusionspumpen. Beskrivet arbetssätt för infusionspumpen 16 kallas aspiration.

Vid här beskrivna försök utgjordes analys- instrumentet 1 av en gaskromatograf av märket Perkin-Elmer Sigma 300 B. Koncentrerings- och injektionssystem utgjordes av JATEC C1UlD med kryofokusering i kylfälla, kyld med flytande kväve. Flamjonisationsdetektor parallellt med masspektrometrisk detektor Finnigan ITD användes.

Kromatografidatasystemet Scientific Software EZChrom användes. Den kolonn som användes var av deaktiverad silica, 60 m lång med en innerdiameter av 0.32 mm, belagd med 1.0 mikrometer metylpolysiloxan DB-1, som var immobiliserad och tvärbunden. Som bärgas i själva gaskromatografen användes helium med ett flöde av 3.4 ml/minut. Kolonnens temperatur- program var 30-200°C med 4°C/minut, 200-250°C med lO°C/minut och 3 minuter isotermt vid 250%L Det i infusionspumpen 16 förefintliga gasprovet doserades till eller injicerades i gaskromatografen 1 genom att kolven 25 fördes uppåt med en sådan hastighet att 10 ml gasprov per minut fördes till kylfällan i gaskromatografens injektionssystem via ledningen 28, den andra växlingsventilen 13 och ledningen 14. Det kryofokuserade provet injicerades genom att bärgasen (helium) leddes genom kylfällan, vilken snabbt värmdes till 150%L De gaskromatografiskt separerade komponenterna kvantifierades med användning av flamjonisationsdetektorn, kalibrerad med n-nonan, samt kända ämnesspecifika korrektionsfaktorer relativt n-nonan. Masspektrometern användes för identitetskontroll av de kvantifierade komponenterna, d v s de flyktiga ämnena.

Uppnått resultat av analysen återges senare i tabell 1.

Det är av vikt att notera, att alla provgasberörda delar av provbehandlingsapparaturen enligt ovan var utförda av glas, deaktiverad silica, PTFE (polytetrafluoretylen) H -_12 10 15 20 25 30 35 512 229 18 eller FEP (hexafluorpropen polymeriserad med tetrafluor- etylen).

Den mängd vatten som avlägsnades från det ursprungliga gasprovet i kyltorken 5, som arbetade vid en temperatur av -15%!under torkningen av gasprovet, bestämdes vid kyltorkens 5 regenerering enligt gängse teknik genom att den smälta isen, d v s vattnet, uppfàngades i en kylfälla av glas, vilken kyldes med flytande kväve. Till kylfällan hörde tätslutande ändpluggar. Mängden vatten uppmättes gravi- metriskt och det visade sig, att från 500 ml provgas erhölls 5.5 mg vatten, vilket är den förväntade mängden vatten fràn pappersprovet vid en omgivningstemperatur av 23.3%3 och en relativ fuktighet i luften av 50%.

Pà samma papper och med samma initiala beredning av pappersprovet gjordes ett jämförelseprov utan anrikning av de flyktiga ämnena i det ursprungliga gasprovet, här benämnt nollprov.

Det tidigare beskrivna provtagningskärlets utgångs- ände var försedd med ett grenrör. Av det utströmmande gasprovet sögs 100 ml fuktig gas (98.6 ml torr gas) via delar av apparaturuppställningen enligt figur l ner i infusions- pumpen 16 med en hastighet av 15 ml torr gas per minut, medan resterande del av provgasflödet avlägsnades som överlopp via nämnda grenrör.

Nämnda 100 ml fuktig gas fördes via ledningen 2 till den initiala växlingsventilen 3 och igenom denna och via ledningen 4 till kyltorken 5, där temperaturen var -l5%3. I kyltorken 5 utvanns vattnet som is och det från vatten befriade gasprovet fördes via ledningen 6 till den initiala växlingsventilen 3 och igenom denna och vidare via ledningen 7, den första växlingsventilen 8, ledningen 27, den andra växlingsventilen 13 och ledningen 28 till infusionspumpen 16.

Den torra gasen i en mängd av 98.6 ml doserades till eller injicerades i gaskromatografen 1 på tidigare beskrivet sätt. '\| 10 15 20 25 30 512 229 19 Uppnått resultat av denna analys återges i tabell 1 nedan.

Den teoretiska anrikningsfaktorn för det försök som utförts i enlighet med uppfinningen är 1115 ml = 22.3. 50 ml Tabell l Flyktigt Kokpunkt flaß i gasfas, nagoggmll Anrikningsfaktor ämne °C Nollprov Anrikat prov etanal 20.8 189 3430 18.2 n-pentan 36.1 104 2240 21.6 aceton 56.2 510 9840 19.3 n-bufimal 75.7 24 506 21.1 2-propanol 824 990 17100 173 n-pentanal 103.0 120 2880 23.9 (omm 110.6 25 601 24.1 n-hexana| 1283 560 11600 207 n-heptanal 152.8 20 409 20.2 Vid försöket enligt uppfinningen har anriknings- faktorer erhållits som ligger relativt nära den teoretiska anrikningsfaktorn på 22.3 1 stort sett oberoende av de uppmätta flyktiga ämnenas kokpunkt.

De något lägre anrikningsfaktorerna för mycket polära, hydrofila, molekyler såsom 2-propanol, etanal och aceton får tillskrivas förluster i kyltorken 5, vars flödes- och temperaturparametrar ej optimerats.

I två fall har anrikningsfaktorerna blivit högre än den teoretiska anrikningsfaktorn. Något mätfel torde ha insmugit sig i de fallen och då är nollprovet i första hand att ifrågasätta, eftersom det förhåller sig som så, som tidigare angivits, att det är svårare att få ett riktigt analysresultat ur analysinstrumentet om halten av det 10 512 229 20 flyktiga ämnet i gasprovet är lågt i jämförelse exempelvis med ett gasprov med en tjugofaldig eller mer högre halt av ämnet.

Som avslutning tillägges, att i båda ovan redo- visade försök, d v s även vid nollprovet, har ett centralt medel i apparaturen enligt uppfinningen, d v s infusions- pumpen 16, använts för dosering av provgasen till analys- instrumentet. Fördelen med att använda en sådan infusionspump för detta arbete är inte lika uttalad med en gaskromatograf som analysinstrument, som i fallet med exempelvis en så kallad elektronisk näsa som analysinstrument.

Claims (10)

10 15 20 25 30 512 229 21 PATENTKRAV

1. Förfarande för anrikning av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen ur en redan genererad gasström och dosering av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena i en begränsad gasmängd till ett analysinstrument, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att gasströmmen endera suges eller tryckes via en första växlingsventil till en adsorbator där det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena adsorberas och från nämnda ämne(n) befriad gasström via minst den första växlings- ventilen bringas att lämna systemet, att en reglerad mängd inertgas medelst en in- fusionspump (aspiration) bringas att strömma via den första växlingsventilen till adsorbatorn, som uppvärmes, och igenom densamma (termisk desorption) under upptagande av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena, ånyo via den första växlingsventilen och via en andra växlingsventil till infusionspumpen och att inertgasen med sitt innehåll av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen via nämnda infusionspump (injektion) och den andra växlingsventilen föres till analysinstrumentet.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att gasströmmen i ett initialt behandlingssteg befrias från en mindre eller större del av sitt innehåll av vattenånga medelst kyltorkning.

3. Förfarande enligt patentkraven 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t syre får vara närvarande vid den termiska desorptionen eller därefter bringas inertgas att igenomströmma adsorbatorn innan vdíäír a v, att om inget som helst denna uppvärmes, så att närvarande syre förträngs och den syre innehållande inertgasen bringas att lämna systemet via minst den första växlingsventilen. 10 15 20 25 30 512 229 22

4. Förfarande enligt patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att syre innehållande gas tillföres den begränsade gasmängden just före eller i analysinstrumentet.

5. Förfarande enligt patentkraven 1-4, d ä r a v, att inertgasen utgöres k ä n n e t e c k n a t av helium eller kväve.

6. Apparatur för anrikning av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen ur en redan genererad gasström och dosering av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena i en begränsad gasmängd till ett analysinstrument (1), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den innefattar en första flödeskrets för gasströmmen bestående av ledningar (7,11,9), en första växlingsventil (8), en uppvärm- bar adsorbator (10) där det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena adsorberas, ett utsläpp för renad gasström (19, 34, 15) och ett medel som driver gasströmmen genom flödeskretsen, en andra flödeskrets för inertgas i en begränsad mängd tjänande som bärare av det flyktiga ämnet eller de flyktiga ämnena bestående av regleringsenhet (17) för inertgasen och annan gas, ledningar (l8,ll,9,27,28), den första växlingsventilen (8), den uppvärmda adsorbatorn tjänande som desorbator (10), en andra växlingsventil (13) och en infusionspump (16), som driver inertgasen genom flödeskretsen och en tredje flödeskrets för införande av inertgasen med sitt innehåll av flyktigt ämne eller flyktiga ämnen till analysinstrumentet (1) bestående av ledningar (28, 14), den andra växlingsventilen (13) och nämnda infusionspump (16).

7. Apparatur enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den är kompletterad med en initial flödeskrets för avlägsnande av vattenånga ur gasströmmen bestående av ledningar (2, 6, 4), en initial 10 15 20 512 229 23 växlingsventil (3), minst en kyltork (5) och tidigare omnämnt medel, som driver gasströmmen genom den initiala flödeskretsen.

8. Apparatur enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den innefattar inloppsledning (22) och regleringsenhet (17) för tillförsel av rengöringsgas, exempelvis luft, och utloppsledning (23) för att efter behandlingen av gasströmmen avlägsna kondenserat vatten och/eller vattenånga ur kyltorken (5) och flödeskretsen.

9. Apparatur enligt patentkraven 6-8, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den innefattar regleringsenhet (17) och ledning (29, 33) för tillförsel av syre innehållande gas med nämnda ledning mynnande i den ledning (14), som är ansluten till analysinstrumentet (1), eller i själva analysinstrumentet (1).

10. Apparatur enligt patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att medlet som driver gasströmmen genom berörd flödeskrets eller berörda flödes- kretsar utgöres av en pump, applicerad i det externa analys- instrumentet (1) eller vid en ledning (15) som löper ut fràn instrumentet.