DE2143415B2 - Probenverdampfer-Apparatur - Google Patents

Description

ren Aufsaugsonde aufweist, wobei die Sonde nicht die Aufnahmeeinrichtung 18 gebracht, welche durch

dichtend zu der Öffnung angeordnet ist und mit der die Heizeinrichtung 13 auf eine Temperatur von an-

Vakuumquelle und einem Probenanalysator verbun- nähernd 90° C erhitzt wird, um die Probe zur Em-

denist. fernung gelöster Luft oder Gase, die sonst einen

Eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung ist 5 gleichmäßigen Betrieb verhindern könnten, zu entga-

dadurch gekennzeichnet, daß tier Probenbehälter sen. Das Entgasen tritt durch in der Probe auftre-

durch eine Verdampferplatte mit einem konkaven, tende Blasen in Erscheinung.

die Probe aufnehmenden Teil gebildet wird und eine Dann wird die rohrfönnige Verdampfungseinrich-

Einrichtung zum Aufheizen der Oberfläche der tung 10, auf eine Temperatur von 300 bis 400° C er-

Platte auf eine Temperatur, oberhalb welcher die io hitzt, in die Probe 17 abgesenkt. Um das Ende 11

Flüssigkeit das Metall der Platte nicht mehr benetzt, bildet sich ein stabiler Dampffilm 7. Die Flüssigkeit

aufweist, und daß die rohrförmige Verdampfungsein- 17 wird von dem Ende durch laminare Strömung des

richtung innerhalb der Verdampferplattc derart an- Dampfes 7 abgehalten, der durch die Wärme der

geordnet ist, daß die Dampfleitung in den zentralen Verdampfungseinrichtung 10 erzeugt wird. Der lami-

Teil der konkaven Oberfläche mündet. 15 nare Dampfstrom verhindert die mechanische Über-

Einige die Erfindung erläuternde Ausführungsbei- tragung von Teilchen der Verunreinigungen in die

spiele sind im folgenden unter Bezug auf die Figuren Leitung 12. Ist die Probe richtig entgast, ist der

beschrieben; dabei zeigen Dampffilm 7 stabil, und Dampf wird ohne Heraus-

Fig. 1 bis3 Teilansichten von d.ei Probenver- schleudern von Salzen, die in der flüssigen Phase in

dampfer-Apparaturen im Querschnitt und ao Lösung bleiben, ruhig gebildet.

F i g. 4 eine schematische Ansicht einer Ausfüh- Ein an die kapillare Sonde 16 angelegtes Vakuum

rungsform für die automatisierte Probennahme mit zieht einen Teil des erzeugten Dampfes zum Analy-

einer Vielzahl von Probenbehältern. sator hin ab. Die Austrittsöffnung 14 der Verdamp-

Nach F i g. 1 umfaßt der Verdampfer eine rohrför- fungseinrichtung 10 ist größer als die Kapiliarsonde

mige Verdampfungseinrichtung 10 mit einem konve- 25 16, um den freien Abfluß der verdampften Proben

xen, Dampf aufnehmenden Ende 11. Die Einrichtung durch die Leitung zu ermöglichen.

10 besitzt Heizeinrichtungen in Form eines eiektri- Nach F i g. 2 wird die Probe 17 von einem herschen Heizelementes 15 zum Aufheizen des Endes kömmlichen Behälter 28 aufgenommen. Die Probe

11 über den Leidenfrost-Punkt. Die rohrförmige Ein- kann durch Erhitzen vor dem Einbringen in den Berichtung 10 umschließt eine Dampfleitung 'kl, die 30 hälter 18 oder in dem Behälter durch jede geeignete sich von einem praktisch zentralen Teil des Endes 11 Einrichtung entgast werden. Bei dieser Ausführungsbis zu einem Auslaß 14 erstreckt. Die Dampfleitung form ist die Vakuumquelle direkt mit der Leitung 22

12 umschließt eine Ausnehmung zur Aufnahme einer verbunden. Das Abziehen von Dampf ist durch die kapillaren Aufsaugsonde 16, die mit einer Vakuum- Verengung 29 beschränkt, um zu verhindern, daß quelle und einem Analysator wie beispielsweise 35 Luft mit in die Leitung 23 eingesaugt wird. Auch einem Massenspektrometer oder Chromatografen kann ein rasches Abziehen des Dampfes die Bildung (nicht dargestellt) verbunden ist. Eine Verengung 9 eines stabilen Dampffilms stören.

am Ende der Dampfleitung 12 begrenzt die Auf- Nach F i g. 3 wird ein Tropfen der Probe in die

nähme von Dampf. Entgasungsrinne 38 an der äußeren Kaate der Ver-

Die Probe 17 ist in einer Vertiefung 8 in einem 40 dampferplatte 30 gebracht. Berührt die Probe die be-

Probenaufnehmer 18 enthalten, welcher Heizeinrich- heizte Platte 30, wird sie erhitzt und das gelöste Gas

tungen 13 zum Aufheizen der Probe auf eine ausgetrieben, so daß die Probe klar und stabil ist,

Temperatur unter dem Siedepunkt zum Entgasen be- wenn sie im konkaven Probenaufnahmeteil 31 liegt,

sitzt. Der Probentropfen 37 schwimmt auf einem Dampf-

Die AuEführungsform nach Fig.2 besitzt eine di- 45 kissen. Die zu entnehmende Dampfprobe wird nach

rekte Verbindung von der Dampfleitung 22 zur Va- unten durch eine Verengung 39 und eine Leitung 32

kuumquelle und zum Analysator in Form der Lei- geführt. Die Dampfprobe wird durch eine Kapillar-

tung 26. Am Ende der Dampfleitung ist ebenfalls sonde 36 in ähnlicher Weise wie oben unter Bezug

eine Verengung 29 vorgesehen. auf F i g. 1 beschrieben abgezogen.

Nach F i g. 3 besteht die Proben verdampf er-Appa- 50 Fig. 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur

ratur aus einer Verdampferplatte 30 mir einem kon- automatisierten Probenentnahme einschließlich

kaven Teil 31 zur Aufnahme einer Probe 37. Eine einem drehbaren Probenwechsler 48. Der Proben-

He-izeinrichtung 35 hält die Oberfläche 31 über dem wechsler 48 umfaßt eine Vielzahl von Vertiefungen

Leidenfrost-Punkt. Der Dampf wird über die Kapil- 41 zur Aufnahme der Proben. Die Proben können

larsonde 36 durch eine den Dampf abführende Lei- 55 vor dem Aufbringen auf den Probenwechsler 48 ent-

tung abgezogen, welche durch einen verengten Teil gast werden oder der Probenwechsler kann auf annä-

39 und eine Bohrung 32 gebildet wird. hernd 90° C erhitzt werden, um die Proben zu ent-

Vorzugsweise besitzt die Platte 30 eine abfallende gasen, wenn sie in die Vertiefungen 41 gebracht sind.

Entgasungsrinne 38. Eine Einlage aus nicht korrodie- Der automatisierte Zyklus beginnt mit dem Einschal-

rendem Material wie beispielsweise Gold 33 bedeckt 60 ten der Vakuumpumpe bei geöffnetem Steuerven-

die die Probe berührenden Oberflächen. til 52. Die Verdampfungseinrichtung wird in eine der

Fig.4 zeigt eine schematische Ansicht einer Vor- Proben abgesenkt, und nach einer zur Ausbildung richtung zur automatisierten Probennahme ein- einer gleichförmigen Dampfströmung ausreichenden schließlich einem drehbaren Probenwechsler 48, Zeit wird das Ventil 52 geschlossen und für den einem Probenverdampfer 40, einem Probenanalysa- 65 Analysator 50 dosiert. Dann wird die Verdampfungstor 50 wie z. B. ein Massenspektrometer, einem Steu- einrichtung 40 zurückgezogen und das Ventil 52 geerventil 52 und einer Vakuumpumpe 51. öffnet, um die Verdampfungseinrichtung und den

Beim Betrieb wird gemäß F i g. 1 die Probe 17 in Analysator 50 zu reinigen. Der Probenwechsler wird

gedreht, um eine neue Probe in Position zu bringen, wurde ein absoluter Fehler von etwa 0,3 ppm beim

und der obige Zyklus wird wiederholt. Vergleich mit totaler Probenverdampfung festge-

. I₁ stellt. Jedoch ist dieser Fehler ein konstanter Pro-

Beispiel 1 zentsatz bei einer gegebenen Temperatur der Wasser-

Die Verdampfungseinrichtung 10 einer Probenver- 5 probe und kann zusammen mit anderen Fehlern, die

dampfer-Apparatur nach F i g. 1 besteht aus Nickel mit der Massenspektrometer-Annäherung an die

mit einem Durchmesser von 6 mm und einem Dampf- D/H-Analyse (z.B. H₃+-Ionenbildung) durch Stan-

einlaß 9 von 0,5 mm. Das Ende 11 ist halbkugelför- dardvergleich korrigiert werden,

mig, jedoch über dem zentralen Teil leicht abgeplat- Die vorstehend beschriebene Vorrichtung erwies

tet, um die beste Stabilität für den Dampffilm 7 zu io sich als geeignet für Salzkonzentrationen bis zu

schaffen. 10 Vo.

Die maximale Wasserdurchdringung der Ver- . .

dampfungseinrichtung 10 vor dem Zusammenbruch Beispiel 2

des Dampffilms ist ungefähr gleich dem Durchmesser Nach F i g. 3 hat die Verdampferplatte 30 eine

der Verdampfungseinrichtung 10. Jedes sichtbare 15 Einlage aus Gold zur Verhinderung der Korrosion.

Eindringen reicht aus, um das Ansaugen von Luft Für die Platte erwiesen sich Temperaturen von 175

mit dem Dampf auszuschließen. Totaler Luftaus- bis 350° C als geeignet. Ein geeigneter Durchmesser

Schluß tritt ein, bevor eine Oberflächenstörung sieht- für die Leitungsverengung 39 lag bei 0,1 bis 0,6 mm.

bar zu erkennen ist. Das Entgasen der Probe durch Einbringen des

Mit der die Probe aufnehmenden, auf 90° C auf- 20 Tropfens in die Entgasungsrinne 38 erfolgt innerhalb

geheizten Einrichtung 18 und mit einer Probenmenge 0,5 bis 2,0 see. Befindet sich der Tropfen in dem die

von 0,5 ecm beträgt die Entgasungszeit ungefähr Probe aufnehmenden Teil 31, findet man, daß die

10 see. Temperatur des Tropfens bei etwa 88 bis 90° C sta-

Die optimale Betriebstemperatur des Endes der bil ist, unabhängig von der Größe des Tropfens oder

Verdampfungseinrichtung wurde bei 300 bis 400° C 25 der Temperatur der heißen Platte,

ermittelt. Befriedigende Ergebnisse wurden mit Salzgehalten

Die Spitze der kapillaren Ansaugsonde 16 hat vor- bis zu 1 Ve erzielt Es erwies sich jedoch als notv/en-

zugsweise einen Durchmesser zwischen 0,020 und dig, die Platte nach 40 bis 60 verunreinigten Proben

0,030 mm. Das angewandte Vakuum liegt zwischen wegen Abscheidungen auf der Entgasungsrinne 38 zu

0,04 und 15 mm Hg. Diese Werte können geändert 30 reinigen. Um die Zeit für die Probennahme auszu-

werden unter der Voraussetzung, daß Dampf von der dehnen, können mehrere Entgasungsrinnen verwen-

Auslaßleitung 14 nicht schneller entfernt wird, als er det werden. Rostfreier Stahl ist an Stelle von Gold

in die Leitung 9 eintreten kann. auf Grund seiner geringeren Wärmeleitfähigkeit ge-

Es wurde gefunden, daß die Genauigkeit des Sy- eignet, erfordert jedoch eine Erhöhung der Betriebssteins bei Standardvergleichen besser als ± 0,1 ppm 35 temperatur von 100° C, um gute Entgasunsseigenbei natürlicher Deuteriumkonzeniration war. Es schäften zu entwickeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Die Erfindung betrifft eine Probenverdampfer-Ap- Patentansprüche: paratur, bestehend aus einem Probenbehälter, einer röhrenförmigen Verdampfungseinrichtung, einer Ein-

1. Probenverdampfer-Apparatur, bestehend aus richtung, um die Verdampfungseinrichtung so aneinem Probenbehälter, einer röhrenförmigen Ver- 5 zuordnen, daß sie die Probe berührt, einer Vakuumdampfungseinrichtung, einer Einrichtung, um die quelle, die in Verbindung mit der Dampfleitung Verdampfungseinrichtung so anzuordnen, daß sie steht, um einen Teil der verdampften Probe abzuziedie Probe berührt, einer Vakuumquelle, die in hen, and einer Einrichtung, um die Strömung des Verbindung mit der Dampfleitung steht, um Dampfes, der von der Vakuumquelle abgezogen einen Teil der verdampften Probe abzuziehen, io wird, zu drosseln.

und einer Einrichtung, um die Strömung des Diese in der DT-OS 2 009 961 beschriebene VorDampfes, der von der Vakuumquelle abgezogen richtung ist zur raschen Analyse von flüssigen Prowird, zu drosseln, dadurch gekennzeich- ben geeignet, die verhältnismäßig sauber sind. Pronet, daß das die Probe (17) beriihiende Ende ben, die beträchtliche Mengen an Verunreinigungen (11) der rohrförmigen Verdampfungseinrkhtung 15 enthalten, beispielsweise gelöste Salze und suspen-(10, 20) in den zentralen Teil einer konvexen dierte Feststoffe, erfordern jedoch zeitraubende Rei-Metalloberfläche mündet und Einrichtungen (15, nigungsvorgänge der Apparatur, so daß diese zur 25) zum Aufheizen des Metalloberflächenteils Durchführung von Analysen von verschmutzten Proauf eine Temperatur, oberhalb welcher die Flüs- ben nicht geeignet ist.

sigkeit die Metalloberfläche nicht mehr benetzt, 20 Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, vorgesehen sind. eine Probenverdampfer-Apparatur der in der ge-

2. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch ge- nannten DT-OS 2 009 961 beschriebenen Gattung kennzeichnet, daß eine Einrichtung (13) zum dahingehend zu verbessern, daß sie auch zum Ver-Aufheizen der Probe auf eine Temperatur unter- dampfen von verschmutzten Proben, die beispielshalb ihres Siedepunktes zur Durchführung einer as weise Salze und suspendierte Feststoffe enthalten, Entgasung vorgesehen ist. eingesetzt werden kann.

3. Apparatur nach Anspruch 2, dadurch ge- Diese Aufgabe wird bei einer Probenverdampkennzeichnet, daß eine Vielzahl von Probenbe- fer-Apparatur der geschilderten Gattung dadurch gehältern (41), eine Einrichtung (48) zu ihrer Vor- löst, daß das die Probe berührende Ende der röhrenwärtsbewegung zur aufeinanderfolgenden Pro- 30 förmigen Verdampfungseinrichtung in den zentralen bennahme sowie eine Einrichtung zum Senken Teil einer konvexen Metalloberfläche mündet und und Heben der rohrförmigen Verdampfungsein- Einrichtungen zum Aufheizen des Metalloberflärichtung (40) synchron mit den sich vorwärtsbe- chenteils auf eine Temperatur, oberhalb welcher die wegenden Behältern vorgesehen ist. Flüssigkeit die Metalloberfläche nicht mehr benetzt,

4. Probenverdampfer-Apparatur, bestehend 35 vorgesehen sind.

aus einem Probenbehälter, einer röhrenförmigen Mit dieser Apparatur ist es möglich, eine größere

Verdampfungseinrichtung, einer Einrichtung, um Anzahl von Proben schnell zu analysieren, wobei die Verdampfungseinrichtung so anzuordnen, diese Proben auch erhebliche Mengen an Verunreinidaß sie die Probe berührt, einer Vakuumquelle, gungen enthalten können. Beispielsweise kann man die in Verbindung mit der Dampfleitung steht, 40 Seewasser analysieren. Die Analyse kann beispielsum einen Teil der verdampften Probe abzuzie- weise im Hinblick auf den Deuteriumgehalt durchgehen, und einer Einrichtung, um die Strömung des führt werden, wobei man sich massenspektrometri-Dampfes, der von der Vakuumquelle abgezogen scher Analysemethoden bedient,
wird, zu drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß Die erfindungsgemäße Apparatur macht sich dabei

der Probenbehälter durch eine Verdampferplatte 45 das Leidenfrost'sche Phänomen zunutze, das durch (30) mit einem konkaven, die Probe (37) aufneh- einen siedenden Film einer Flüssigkeit nahe einer menden Teil (31) gebildet wird und eine Einrich- über den Leidenfrost-Punkt erhitzten Metallobertung (35) zum Aufheizen der Oberfläche der fläche (das ist die Temperatur, oberhalb welcher die Platte auf eine Temperatur, oberhalb welcher die Flüssigkeit das Metall nicht mehr benetzt) gekenn-Flüssitgkeit das Metall der Platte nicht mehr be- 50 zeichnet ist. Verunreinigungen in der flüssigen Probe netzt, aufweist, und daß die rohrförmige Ver- nahe der erhitzten Metalloberfläche verbleiben in der dampfungseinrichtung (32) innerhalb der Ver- flüssigen Phase. Dabei kann eine repräsentative dampferplatte (30) derart angeordnet ist, daß die Dampfprobe zur Analyse abgezogen werden.
Dampfleitung (39) in den zentralen Teil der kon- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist

kaven Oberfläche mündet. 55 eine Einrichtung zum Aufheizen der Probe auf eine

5. Apparatur uach einem der Ansprüche 1 Temperatur unterhalb ihres Siedepunktes zur Durchbis4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampflei- führung einer Entgasung vorgesehen.

tung (12) der röhrenförmigen Verdampfungsein- Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht

richtung (10) eine Ausnehmung zur Aufnahme darin, daß eine Viel2:ahl von Probenbehältern, eine einer kapillaren Aufsaugsonde (16) aufweist, wo- 60 Einrichtung zu ihrer Vorwärtsbewegung zur aufeinbei die Sonde nicht dichtend zu der Öffnung an- anderfolgenden Probennahme sowie eine Einrichtung geordnet ist und mit der Vakuumquelle und zum Senken und Heben der rohrförmigen Verdampeinem Probenanalysator verbunden ist. fungseinrichtung synchron mit den sich vorwärtsbe

wegenden Behältern vorgesehen ist.
65 Die Probenverdampfer-Apparatur kann auch vorzugsweise in der Weise weitergebildet sein, daß die

Leitung der röhrenförmigen Verdampfungseinrichtung eine Ausnehmung zur Aufnahme einer kapilla-