DE10333331B3

DE10333331B3 - Device for taking samples from sample vessels and placing in analysis unit comprises heating arrangement for sample vessels, and units for impinging sample vessels with carrier gas

Info

Publication number: DE10333331B3
Application number: DE2003133331
Authority: DE
Inventors: Eike Kleine-Benne; Dirk Bremer
Original assignee: Gerstel Systemtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Gerstel Systemtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2023-07-24

Abstract

A device for taking samples from sample vessels (13) and placing in an analysis unit (23) comprises a heating arrangement (15) for the sample vessels, and units for impinging the sample vessels with a carrier gas and consisting of a line (11, 16) for connecting to the sample vessel on one side via a first restriction (12) and for connecting to a sample retaining unit (17) on the other side to which is connected a stop valve (19) on one side and the analysis unit on the other side via a second restriction (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Probenentnahme aus Probenaufnahmegefäßen und Eintragen in eine Analyseneinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for taking samples from sample receptacles and inserting them into an analysis device according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, in Probenaufnahmegefäße, sogenannte Headspacevials, Proben einzufüllen, die Vials zu verschließen und dann auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, so daß die zu untersuchenden Substanzen in die Gasphase übergehen, wobei sich ein Verteilungsgleichgewicht einstellt. Danach wird das Vial mit einem definierten Überdruck beaufschlagt, der anschließend über eine Probenschleife gegen Umgebungs- oder Atmosphärendruck entspannt wird. Eine dem Volumen der Probenschleife entsprechender Anteil des Probengases mit den zu untersuchenden Substanzen verbleibt in der Probenschleife, um anschließend mittels eines Trägergasstroms einer Analyseeinrichtung zugeführt zu werden. Die entsprechende Schaltung wird hierbei über ein 6-Port-Ventil realisiert.It is known in sample receptacles, so-called headspace vials, Fill in samples, to seal the vials and then to heat to a predetermined temperature so that the substances to be examined go into the gas phase, whereby there is a distribution equilibrium. Then the vial pressurized with a defined overpressure, who then has a Sample loop is relaxed against ambient or atmospheric pressure. A proportion of the sample gas corresponding to the volume of the sample loop with the substances to be examined remains in the sample loop, to then by means of a carrier gas stream fed to an analysis device to become. The corresponding circuit is here a 6-port valve implemented.

Eine dementsprechende Einrichtung ist aus US 6 395 560 B1 bekannt, bei der eine Probenrückhalteeinrichtung in Form einer Falle dem 6-Port-Ventil nachgeschaltet ist, um dort thermisch desorbiert zu werden.A corresponding facility is out US 6 395 560 B1 is known in which a sample retention device in the form of a trap is connected downstream of the 6-port valve in order to be thermally desorbed there.

6-Port-Ventile sind aufwendig, teuer und benötigen zum Schalten einen Druckluftanschluß oder einen elektrischen Antrieb: Dies kompliziert und verteuert den Betrieb und ist zusätzlich einerseits wartungsanfällig und andererseits anfällig für Kontaminationen, da das Probengas das 6-Port-Ventil durchströmt.6-port valves are complex, expensive and require for switching a compressed air connection or an electric drive: This complicates and increases the cost of operations, and is additional on the one hand maintenance-prone and vulnerable on the other for contamination, because the sample gas flows through the 6-port valve.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die keine komplizierten Ventile im Probengasweg benötigt und einfach in der Handhabung ist.task the invention is a device according to the preamble of Claim 1 to create the no complicated valves in the sample gas path needed and is easy to use.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination von Anspruch 1 gelöst.This The object is achieved by the combination of features of claim 1.

Durch das Vorsehen von zwei Restriktionen, eine zwischen dem Probenaufnahmegefäß und der Trägergaszuspeisung und die andere zwischen Entlüftung und Analyseeinrichtung, werden die Schalt- und Schließfunktionen eines 6-Port-Ventils übernommen. Neben dem einfachen, preisgünstigen und robusten Aufbau ist besonders vorteilhaft, daß sich keine Ventile im eigentlichen Probengasweg befinden. Damit entfallen die hiermit üblicherweise verbundenen Nachteile wie Wartungsanfälligkeit, Kontaminationsgefahr und Limitierungen der Betriebtemperatur.By the provision of two restrictions, one between the sample receptacle and the carrier gas feed and the other between venting and analysis device, the switching and closing functions of a 6-port valve. In addition to the simple, inexpensive and robust construction is particularly advantageous that none Valves are in the actual sample gas path. This eliminates the hereby usually associated disadvantages such as susceptibility to maintenance, risk of contamination and operating temperature limits.

Hierbei sind zweckmäßigerweise zwei definierte Trägergasdruckstufen vorgesehen, die gegebenenfalls getrennt voneinander über einfache Absperrventile zuschaltbar sind, und zwar einerseits über die erste Restriktion auf das Probenaufnahmegefäß und andererseits auf eine Probenrückhalteeinrichtung, um die Analyseeinrichtung bzw. die zweite Restriktion nicht mit einem zu hohen Gasfluß zu beaufschlagen. Durch automatisches Umschalten der mindestens zwei Absperrventile, einmal zum Zuschalten des Trägergases und zum anderen zum Entlüften, läßt sich die Einrichtung betreiben. Komplizierte Ventile und eine aufwendige Handhabung entfallen.in this connection are convenient two defined carrier gas pressure levels provided that optionally separated from each other via simple Shut-off valves are switchable, on the one hand via the first restriction to the sample container and on the other hand to one Sample retainer, not with the analysis device or the second restriction too high a gas flow apply. By automatically switching the at least two Shut-off valves, one for switching on the carrier gas and the other for venting, can operate the facility. Complicated valves and an elaborate one Handling is eliminated.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further Embodiments of the invention are the following description and the dependent claims refer to.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Abbildung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The Invention is illustrated below using one in the accompanying figure schematically illustrated embodiment explained in more detail.

Die dargestellte Einrichtung umfaßt einen Trägergasanschluß 1 an eine Trägergasquelle für synthetische Luft, Stickstoff od.dgl., die Trägergas mit einem Druck von beispielsweise 300 bis 400 kPa liefert. Vom Anschluß 1 erstreckt sich eine Leitung 2 über ein Verzweigungsstück 3 zu einem weiteren Verzweigungsstück 4. An letzterem verzweigt sich die Leitung 2 und führt jeweils über einen Druckregler 5 bzw. 6 und ein nachgeschaltetes Magnetventil 7 bzw. 8 zu einem weiteren Verzweigungsstück 9, das die Verzweigung wieder zusammenführt, so daß sich die Leitung 2 weiter zu einem Eingang eines erneuten Verzweigungsstücks 10 erstreckt. Von letzterem geht eine Leitung 11 über eine Restriktion 12 zu einem kopfseitig verschließbaren Probenaufnahmegefäß 13, das mittels einer durch einen Temperaturfühler 14 kontrollierten Heizvorrichtung 15 auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht werden kann, und eine Leitung 16 zu einer Probenrückhalteeinrichtung 17 ab. Der Probenrückhalteeinrichtung 17 ist ein Verzweigungsstück 18 nachgeschaltet, an dessen einen Ausgang ein Magnetventil 19 angeschlossen ist, während an den anderen Ausgang eine weitere Restriktion 20 angeschlossen ist. Letztere ist mit einem Eingang eines Verzweigungsstücks 21 verbunden, dessen anderer Eingang über ein Nadelventil 22 mit einem Ausgang des Verzweigungsstück 3 verbunden ist, während der Ausgang des Verzweigungsstücks 21 mit einer Analyseeinrichtung 23 verbunden ist. Gegebenenfalls kann zwischen den Vezweigungsstücken 9 und 10 an die Leitung 2 ein Manometer 24 angeschlossen sein. Der gesamte, vom Probengas durchströmte Weg 13, 12, 11, 10, 16, 17, 18, 20, 21, 23 ist kontrolliert beheizbar, wobei die Heizzone für die Analyseeinrichtung 23 getrennt von der Heizzone für das Probenaufnahmegefäß 13 ist, so daß sie mit verschieden einstellbaren Temperaturen betrieben werden können.The device shown comprises a carrier gas connection 1 to a carrier gas source for synthetic air, nitrogen or the like, which delivers carrier gas at a pressure of, for example, 300 to 400 kPa. From the connection 1 extends a line 2 over a branch piece 3 to another branch 4 , The line branches at the latter 2 and leads via a pressure regulator 5 respectively. 6 and a downstream solenoid valve 7 respectively. 8th to another branch 9 , which brings the branch back together so that the line 2 continue to an entrance of another branch 10 extends. A line goes from the latter 11 about a restriction 12 to a sample receptacle that can be closed at the head 13 by means of a temperature sensor 14 controlled heater 15 can be brought to a predetermined temperature, and a line 16 to a sample retention device 17 from. The sample retention device 17 is a branch 18 downstream, at one output a solenoid valve 19 is connected while another restriction is connected to the other output 20 connected. The latter is with an entrance to a branch 21 connected, the other input via a needle valve 22 with an exit of the branch piece 3 is connected during the exit of the branch 21 with an analysis device 23 connected is. If necessary, between the junction pieces 9 and 10 to the management 2 a manometer 24 be connected. The entire path through which the sample gas flows 13 . 12 . 11 . 10 . 16 . 17 . 18 . 20 . 21 . 23 is heated in a controlled manner, the heating zone for the analysis device 23 separate from the heating zone for the sample container 13 is, so that they can be operated with different adjustable temperatures.

Die Druckregler 5 und 6 sind jeweils für eine bestimmte Druckstufe ausgelegt, wobei die Druckstufen voneinander unterschiedlich sind, beispielsweise 20 kPa und 100 kPa.The pressure regulator 5 and 6 are each designed for a specific pressure level, the pressure levels being different from one another, for example 20 kPa and 100 kPa.

Die Restriktionen 12 und 20 können reine Drosseln sein oder aber als chromatographische Säulen ausgebildet sein, um eine Vortrennung oder selektive Abtrennung vornehmen zu können. Diese gilt insbesondere für die Restriktion 20.The restrictions 12 and 20 can be pure chokes or can be designed as chromatographic columns in order to be able to carry out a pre-separation or selective separation. This applies in particular to the restriction 20 ,

Die Probenrückhalteeinrichtung 17 ist vorzugsweise eine aus einer oder mehreren Windungen bestehende Rohrschleife aus einem Rohr mit relativ geringem Durchmesser, so daß eine ausreichende Gasmenge hiervon aufgenommen werden kann. Die Probenrückhalteeinrichtung 17 kann aber auch mit einem Sorbens gefüllt bzw. innenseitig beschichtet sein kann, um eventuell selektiv Substanzen aus der Probe anzureichern bzw. abzutrennen. Dann ist es zweckmäßig, wenn sie als kapillare Probenschleife ausgebildet ist und/oder mittels einer zweckmäßigerweise programmierbaren Heizeinrichtung, beispielsweise einer Heizschlange, innerhalb eines Analysengangs ein Temperaturprogramm durchläuft.The sample retention device 17 is preferably a tube loop consisting of one or more turns of a tube with a relatively small diameter, so that a sufficient amount of gas can be absorbed. The sample retention device 17 but can also be filled with a sorbent or coated on the inside in order to selectively enrich or separate substances from the sample. It is then expedient if it is designed as a capillary sample loop and / or runs through a temperature program within an analysis cycle by means of a suitably programmable heating device, for example a heating coil.

Das Nadelventil 22 ist auf eine vorbestimmte Durchlaßmenge an Gas von beispielsweise 5 bis 10 ml/min ausgelegt bzw. eingestellt.The needle valve 22 is designed or set for a predetermined flow rate of gas of, for example, 5 to 10 ml / min.

Bei der Analyseeinrichtung 23 kann es sich um spektroskopische Analysatoren auf IR- oder UV/VIS-Basis, um elektrochemische (Metalloxidsensoren) oder physikalische Sensoreinrichtungen oder Gaschromatographen oder Kombinationen hiervon handeln.At the analysis facility 23 it can be IR or UV / VIS-based spectroscopic analyzers, electrochemical (metal oxide sensors) or physical sensor devices or gas chromatographs or combinations thereof.

In einem ersten Schritt sind die Magnetventile 7 und 19 geschlossen, während das Magnetventil 8 offen ist. Dementsprechend wird über den Druckregler 6 das Probenaufnahmegefäß 13 mit einen entsprechenden hohen Trägergasdruck beaufschlagt. Der Druck wird während der Zeit, während der das Probenaufnahmegefäß 13 erwärmt wird, so daß sich ein Verteilungsgleichgewicht von zu untersuchenden Substanzen in der Atmosphäre des Probenaufnahmegefäßes 13 einstellt, aufrechterhalten. Die Restriktion 20 verhindert einen wesentlichen Druckabfall, wobei jedoch Gas durch die Analyseeinrichtung 23 strömt, wodurch diese gespült und damit von Verunreinigungen aus vorhergehenden Untersuchungszyklen gereinigt wird.The solenoid valves are the first step 7 and 19 closed while the solenoid valve 8th is open. Accordingly, the pressure regulator 6 the sample container 13 with a correspondingly high carrier gas pressure. The pressure is released during the time that the sample container is in use 13 is heated so that there is a distribution equilibrium of substances to be investigated in the atmosphere of the sample receptacle 13 adjust, maintain. The restriction 20 prevents significant pressure drop, but gas through the analyzer 23 flows, whereby it is rinsed and thus cleaned of impurities from previous examination cycles.

In einem zweiten Schritt erfolgt zweckmäßigerweise nach Schließen des Magnetventils 8 eine Umschaltung derart, daß die beiden Magnetventile 7, 8 geschlossen sind und das Magnetventil 19 geöffnet ist. Hierdurch baut sich der Überdruck im Probenaufnahmegefäß 13 über die Probenrückhalteeinrichtung 17 und das zur Umgebung hin geöffnete Magnetventil 19 ab, wobei die zu untersuchenden, von dem sich entspannenden Trägergas mitgeführten Substanzen die Probenrückhalteeinrichtung 17 füllen. Die Restriktion 20 dient hierbei als Verschluß. Im Vergleich zur offenen Leitung über das Magnetventil 19 ist der Strömungswiderstand über die Restriktion 20 so hoch, daß sie den Gasweg zur Analyseneinrichtung 23 absperrt. So wird erreicht, daß ein definierter Probengaspfropfen in der Einrichtung, vornehmlich in der Probenrückhalteeinrichtung 17, verbleibt. In dieser Zeit wird die Analyseneinrichtung 23 bei Bedarf über das Verzweigungsstück 21 und das Nadelventil 22 mit Gas aus der einer Gasquelle, insbesondere der Trägergasquelle versorgt.In a second step, the solenoid valve is expediently closed 8th a changeover such that the two solenoid valves 7 . 8th are closed and the solenoid valve 19 is open. This builds up the excess pressure in the sample container 13 via the sample retention device 17 and the solenoid valve open to the environment 19 from, the substances to be examined, carried by the relaxing carrier gas, the sample retention device 17 to fill. The restriction 20 serves as a closure. Compared to the open line via the solenoid valve 19 is the flow resistance over the restriction 20 so high that the gas path to the analysis device 23 shuts off. It is thus achieved that a defined sample gas plug in the device, primarily in the sample retention device 17 , remains. During this time, the analysis device 23 if necessary via the branch piece 21 and the needle valve 22 supplied with gas from a gas source, in particular the carrier gas source.

In einem dritten Schritt erfolgt eine weitere Umschaltung, so daß die Magnetventile 8 und 19 geschlossen sind und das Magnetventil 7 geöffnet ist. Trägergas mit entsprechendem niedrigem, konstantem Druck strömt durch die Probenrückhalteeinrichtung 17, die Restriktion 20 und die Analyseeinrichtung 23, so daß letzterer die in der Probenrückhalteeinrichtung 17 befindlichen Substanzen zwecks Analyse zugeführt werden. Das Probenaufnahmegefäß 13 kann hierbei entfernt sein, so daß ein geringer Gasstrom durch die Restriktion 12, der letztere spült, nach außen geführt wird.In a third step, another switchover takes place, so that the solenoid valves 8th and 19 are closed and the solenoid valve 7 is open. Carrier gas with a correspondingly low, constant pressure flows through the sample retention device 17 , the restriction 20 and the analyzer 23 , so that the latter in the sample retention device 17 substances present for analysis. The sample container 13 can be removed so that a small gas flow due to the restriction 12 , the latter rinses, is led outside.

Wenn die Probenrückhalteeinrichtung 17 mit einem Sorbens gefüllt oder ausgekleidet ist, ist diese zur Desorption entsprechend, uns zwar vorzugsweise temperaturprogrammiert, zu erwärmen.If the sample retention device 17 is filled or lined with a sorbent, it must be heated accordingly for desorption, preferably temperature-programmed.

In einem vierten Schritt wird derart umgeschaltet, daß das Magnetventil 7 geschlossen ist, während die Magnetventile 8 und 19 geöffnet sind. Hierdurch wird die Einrichtung entsprechend gespült und für die nächste Analyse vorbereitet. Das Spülen kann gegebenenfalls mehrmals vorgenommen werden, wobei zwischendurch jeweils eine Umschaltung derart erfolgt, daß die Magnetventile 7, 8 geschlossen sind und das Magnetventil 19 zur Druckentspannung geöffnet ist.In a fourth step, the switch is made such that the solenoid valve 7 is closed while the solenoid valves 8th and 19 are open. This flushes the device accordingly and prepares it for the next analysis. The flushing can optionally be carried out several times, in each case a switchover taking place in such a way that the solenoid valves 7 . 8th are closed and the solenoid valve 19 is open for pressure relief.

Zur automatischen Steuerung der Magnetventile 7, 8 und 19 kann ein Mikroprozessor (nicht dargestellt) verwendet werden.For automatic control of the solenoid valves 7 . 8th and 19 a microprocessor (not shown) can be used.

Die beschriebene Einrichtung eignet sich beispielsweise zur Überwachung von Lebensmittelverpackungen in Bezug auf Restlösemittel aus der Bedruckung, wobei dann Schnipsel der Verpackungen in die Probenaufnahmegefäße 13 gefüllt werden, oder zur Überwachung bzw. Objektivierung von Fehlgerüchen, die aus den Verpackungen in die Lebensmittel diffundieren können, und kann aufgrund seiner einfachen Bauweise und Handhabung in der Produktionsumgebung arbeiten, ohne daß besonders geschulte Anwender benötigt werden.The device described is suitable, for example, for monitoring food packaging in relation to residual solvents from the printing, with the packaging then being snipped into the sample receptacles 13 be filled, or to monitor or objectify errors odors that can diffuse from the packaging into the food, and due to its simple construction and handling can work in the production environment without the need for specially trained users.

Claims

Device for taking samples from sample receptacles ( 13 ) and registration in an analysis facility ( 23 ), with a heater ( 15 ) for the respective sample container ( 13 ) and with means for loading the sample receptacle ( 13 ) with a carrier gas and to release the gas pressure via a sample retention device ( 17 ) as well as for transferring the sample retention device ( 17 ) retained substances to be examined by means of carrier gas to the analysis device ( 23 ), characterized in that the means a line ( 11 . 16 ) which, on the one hand, have a first restriction ( 12 ) with the sample container ( 13 ) and on the other hand with the sample retention device ( 17 ) which is connected on the one hand to a shut-off valve ( 19 ) and on the other hand via a second restriction ( 20 ) the analysis device ( 23 ) is connected downstream.

Device according to claim 1, characterized in that the first and / or second restriction ( 12 . 20 ) is designed as a throttle or as a chromatographic column.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the sample retention device ( 17 ) a pipe loop consisting of one or more turns is formed from a pipe with a relatively small diameter.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sample retention device ( 17 ) is filled or lined with a sorbent.

Device according to claim 4, characterized in that the sample retention device ( 17 ) is heated.

Device according to claim 5, characterized in that the sample retention device ( 17 ) is temperature-programmable.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the entire gas-flow path from the sample receiving container ( 13 ) to the analysis facility ( 23 ) is heated.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the analysis device ( 23 ) and the second restriction ( 20 ) can be supplied with an auxiliary gas flow.

Device according to claim 8, characterized in that the auxiliary gas flow via a needle valve ( 22 ) is adjustable.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a carrier gas connection which can be connected to a carrier gas source ( 1 ) via two pressure regulators connected in parallel ( 5 . 6 ) for two defined carrier gas pressure levels in series with shut-off valves ( 7 . 8th ) arranged with the line ( 11 . 16 ) connected is.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that two defined carrier gas pressure stages can be generated via a pressure regulator and via a downstream shut-off valve to the line ( 11 . 16 ) can be created.