WO1992016823A1 - Einrichtung zur verdampfung kleiner mengen eines fluids für analytische zwecke - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • samples For the analysis of fluids consisting of several components, in particular when monitoring waste water for contaminants dissolved in them, samples must be taken and prepared for analysis by means of gas chromatographs or microwave spectrometers. that is, to convert them into a vapor or gaseous state.
  • Fluids are converted into the gas phase in representative proportions.
  • the microwave radiator can be attached outside the vessel containing or guiding the fluid and made of microwave-permeable material.
  • a bell-like container is used, which can be immersed in the fluid with its lower, open end face, so that a calm liquid surface is present inside.
  • FIG. 1 The functional principle is illustrated in FIG. 1 to explain the invention.
  • FIG. 2 shows an embodiment for sampling in flowing fluids.
  • FIG. 1 The fluid 1 to be examined, for example drinking water or waste water, the pollution of which is to be monitored, is located in a vessel 2.
  • a beam 4 generated in a microwave radiator 3 with a narrowly focused radiation characteristic is on the surface 5 directed of the fluid 1, where it strikes almost point-like and in a small area due to the high energy density causes evaporation of the fluid, in which very small droplets as aerosol are torn out and through a suction device 6 leading to the analysis system with a tube 6 'are discharged from microwave-permeable material.
  • the fluid 1 flows in a line of large cross section or in an open channel.
  • the vessel 2 ' is bell-shaped, it dips into the fluid 1 with its lower open end face, so that a low flow velocity at the surface 5 is available within the vessel for rapid heating and sampling.
  • the vessel 2 ' consists of microwave-permeable material or in its wall there is a window 7 through which the sharply focused microwave beam 4 generated in the microwave radiator 3 can enter the interior of the vessel 2' and hit the surface 5 there.
  • the tube 6 'made of microwave-permeable material has at its lower end an extension which extends perpendicular to the central axis of the beam 4 and which allows it to be lowered to just above the surface 5 without noticeable impairment of the microwave beam 4.
  • the pipe 6 1 can be surrounded by a heating device 8.
  • the device When the device is operated discontinuously, it can only be lowered into the fluid at the time of removal, so that there is always fresh fluid in a representative composition in the vessel 2 1 .
  • the sampling can be improved by additionally using a gas extraction method.
  • Beam 4 on the surface 5 a gas outlet body 9, for. B. a frit, arranged from the gas source 10 with extraction gas, for. B. with high purity nitrogen or noble gases, ge.

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Abstract

Zur Analyse von aus mehreren Komponenten bestehenden Flüssigkeiten werden im allgemeinen Proben entnommen und für die Analyse mittels Gaschromatographen oder Mikrowellenspektrometern in dampf- oder gasförmigen Zustand überführt. Hierzu wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Mikrowellenstrahler (3) nahezu punktförmig auf die Oberfläche (5) der Flüssigkeit (1) gerichtet und so eine räumlich eng begrenzte Verdampfung der Flüssigkeit erzielt. Die dabei entstehenden Aerosole und Dämpfe werden abgesaugt und einem Gaschromatographen oder Mikrowellenspektrometer zugeführt. Die Erfindung wird bei der Analyse von Flüssigkeiten angewendet.

Description

Einrichtung zur Verdampfung kleiner Mengen eines Fluids für analytische Zwecke
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß Ober¬ begriff des Anspruchs 1.
Zur Analyse von aus mehreren Komponenten bestehenden Fluiden, insbesondere bei der Überwachung von Abwässern auf darin gelöste, verunreinigende Stoffe, sind Proben zu entnehmen und für die Analyse mittels Gaschromatographen oder Mikrowellen- spektrometern aufzubereiten, d. h., sie in dampf- bzw. gasför- migen Zustand zu überführen.
Dazu wurden bisher kleine Probenmengen des Fluids in einen Verdampfer eingebracht, dort verdampft und in den Analyse¬ systemen weiterverarbeitet. In vielen Anwendungsfällen ergaben sich dabei erhebliche Schwierigkeiten, da sich gelöste, nicht oder schwer verdampfbare Fluldkomponenten im Verdampfer nieder¬ schlugen und ihn nach kurzer Zeit verstopften. Außerdem können die Niederschläge zu chemischen Reaktionen mit den Meßkompo¬ nenten führen und die Messung mehr oder weniger stark verfäl¬ schen. Ein Herausfiltern bestimmter Stoffe. (Salze, Kalk, Eiweiß) ist in der Regel nicht möglich, da sie sich in gelöstem Zustand befinden. Es war deshalb bisher weder eine kontinuierliche Verdampfung mit anschließender Gasdosierung noch diskontinuier¬ liche Direktinjektionen in chromatographische Systeme über einen längeren Zeitraum möglich.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, mit der die Probenaufbereitung ohne die oben genannten Nach¬ teile erfolgen kann und insbesondere auch hochsiedende und gut lösliche Substanzen in niedrigen Konzentrationen, die als Komponenten des Fluids analysiert werden sollen, erfaßbar sind,
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung gesehen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. - X- Mit Hilfe des gebündelten Mikrowellenstrahls, dessen Frequenz so gewählt ist, daß sie im Bereich hoher Absorption des Fluids liegt, wird eine kleine Menge aus der flüssigen Oberfläche als Aerosol ausgetragen, verdampft und dem Analysensystem zugeführt. Die zu analysierenden Verunreinigungen oder Komponenten des
Fluids werden in repräsentativen Anteilen in die Gasphase über¬ führt.
Da Wasser Mikrowellenstrahlung stark absorbiert, erfolgt eine geringe Durchdringung von im wesentlichen aus Wasser bestehen- den Fluiden, so daß eine starke Erhitzung der Oberfläche durch die hohe Energiedichte des Strahls bei gleichzeitig niedriger Temperatur der umgebenden Flüssigkeit erreicht wird. Niederschläge und Ablagerungen von unverda pfbaren Stoffen erfolgen nicht, sie verbleiben in dem übrigen Fluid. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Probenauf¬ nahme in situ vorgenommen werden kann, d. h., es können Proben kontinuierlich oder diskoninuierlich aus größeren Flüssigkeits¬ volumen sowie aus strömenden Flüssigkeiten in Leitungen oder Gerinnen entnommen werden. Der mechanisch-konstruktive Aufbau der Einrichtung ist sehr einfach. Der Mikrowellenstrahler kann außerhalb des das Fluid enthaltenden oder führenden Gefäßes aus mikrowellendurchlässi¬ gem Material angebracht werden. Zur Probennahme in fließenden Fluiden wird ein glockenartiger Behälter verwendet, welcher mit sein-er unteren, offenen Stirn¬ seite in das Fluid eintauchbar ist, so daß innerhalb eine beruhigte Flüssigkeitsoberfläche vorhanden ist.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 das Funktions- prinzip dargestellt.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsbeispiel für die Probennahme in fließenden Fluiden.
Figur 1: Das zu untersuchende Fluid 1, beispielsweise Trink- wasser oder Abwasser, dessen Schadstoffbelastung überwacht werden soll, befindet sich in einem Gefäß 2. Ein in einem Mikrowellenstrahler 3 erzeugter Strahl 4 mit eng gebündelter Strahlungscharakteristik ist auf die Oberfläche 5 des Fluids 1 gerichtet, wo er nahezu punktförmig auftrifft und in einem kleinen Bereich durch die hohe Energiedichte eine Ver¬ dampfung des Fluids bewirkt, bei welcher sehr kleine Tröpfchen als Aerosol mit herausgerissen und durch eine zu dem Analysen- System führende Absaugeinrichtung 6 mit einem Rohr 6' aus mikrowellendurchlässigem Werkstoff abgeführt werden.
In Figur 2 strömt das Fluid 1 in einer Leitung großen Quer¬ schnitts oder in einem offenen Gerinne. Das Gefäß 2' ist glockenförmig ausgebildet, es taucht mit seiner unteren offenen Stirnseite in das Fluid 1 ein, so daß innerhalb des Gefäßes eine geringe Strömungsgeschwindigkeit an der Oberfläche 5 zur schnellen Aufheizung und Probennahme zur Verfügung steht. Das Gefäß 2' besteht aus mikrowellendurchlässigem Material bzw. in seiner Wand ist ein Fenster 7 vorhanden, durch welches der scharf gebündelte, im Mikrowellenstrahler 3 erzeugte Mikrowel¬ lenstrahl 4 in das Innere des Gefäßes 2' treten kann und dort auf die Oberfläche 5 trifft. Das aus mikrowellendurchlässigem Material hergestellte Rohr 6' hat an seinem unteren Ende eine sich senkrecht zur Mittelachse des Strahls 4 erstreckende Er¬ weiterung, die es erlaubt, es ohne merkbare Beeinträchtigung des Mikrowellenstrahls 4 bis knapp über die Oberfläche 5 ab¬ zusenken. Um eine Kondensation des abgesaugten Aerosol/Wasserdampfge- isches zu verhindern, kann das Rohr 61 mit einer Heizvorrich¬ tung 8 umgeben werden. Beim diskontinuierlichen Betrieb der Einrichtung kann diese nur zu den Entnahmezeitpunkten in das Fluid abgesenkt werden, so daß sich immer frisches Fluid in repräsentativer Zusammensetzung in dem Gefäß 21 befindet.
Enthält das Fluid Komponenten, deren Löslichkeit in einem Inertgas um ein Vielfaches größer ist als in Wasser, so läßt sich die Probennahme durch zusätzliche Anwendung eines Gas¬ extraktionsVerfahrens verbessern. Dazu wird in dem Fluid 1 unterhalb des Auftreffpunkts des
Strahls 4 auf die Oberfläche 5 ein Gasaustrittskörper 9, z. B. eine Fritte, angeordnet, der aus der Gasquelle 10 mit Extrak¬ tionsgas, z. B. mit hochreinem Stickstoff oder Edelgasen, ge¬ speist wird.

Claims

-— ~ Patentansprüche
1. Einrichtung zur Verdampfung kleiner Mengen eines Fluids für analytische Zwecke, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h - einen Mikrowellenstrahler (3) mit auf die Oberfläche (5) des
Fluids (1) gerichteter, gebündelter Strahlungscharakteristik, - ein oberhalb der Auftrefffläche des Strahls (4) angeordnetes
Rohr (61) einer Absaugeiπrichtung (6).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der Mikrowellenstrahler (3) außerhalb eines das Fluid (1) enthaltenden Gefäßes (21) aus mikrowellen¬ durchlässigem Material angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß das Gefäß (2') mit dem Rohr (61) mit seiner unteren, offenen Stirnseite in das in einer Leitung bzw. einem Gerinne strömende Fluid (1) eintauchbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Rohr (61) der Absaugein¬ richtung (6) mit einer Heizeinrichtung (8) versehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß in dem Fluid (1) unterhalb des
Auftreffpunkts des Strahls (4) ein aus einer Gasquelle (10) gespeister Gasaustrittskörper (9) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß der Gasaustrittskörper eine Fritte ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß das Fluid aus Wasser mit darin gelösten, suspendierten oder emulgierten Stoffen besteht.
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