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Verfahren und Apparat zur Ausführung von Gasanalysen. Die Verfahren
zur Gasanalyse beruhen darauf, daß man das zu untersuchende Gas entweder mit flüssigen
oder festen Reagenzien.in abgemessener Menge,zusammenbringt und die Volumv erminderung
mißt oder daß inan das Gas in bekannten Verhältnissen mit anderen Gemischen reagieren
(explodieren, verbrennen) läßt und die so entstehenden neuen Volumverhältnisse und
Gaszusammensetzungen auswertet. Bisher ist man hierbei in der Regel in der Weise
verfahren, daß man mit Hilfe einer hydraulischenPumpe und zwischengeschaltetem Glashahn
das Gas aus dem Meßrohr in das betreffende Absorptionsgefäß überführte und nach
erfolgter Absorption oder sonstiger Behandlung in das Meßgefäß zurückführte, wo
unter dein gleichen Druck die Auswertung der stattgehabten Volumänderung stattfand
(Orsatapparat). Bei andersartigen Apparaten, z. B. nach B u n t e , benutzte man
die Volumelastizität des Gases dazu, die Reagenzien selbst in das Meßrohr einzuführen
und sodann wieder auszuwaschen.
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Auch hat man bereits versucht, sehr kleine Gasmengen von wenigen Kubikmillimetern
in der Weise zu analysieren, daß man ihr relatives Volumen als Länge der von ihnen
gebildeten Blase in einer Kapillaren maß und die Absorption in einer einseitig offenen
Erweiterung der Kapillaren vornahm, in «-elche vermittels einer seitlich angeschlossenen
Quecksilberschraube die Gasblase zum größten Teil vorübergehend überführt wurde
(Mikroanalyse nach K r o g h)..
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Von diesen Verfahren leiden die erstgenannten an dem Übelstande, daß
der Gasraum der Verbindungsleitungen erhebliche Fehler bedingt und daß kein zuverlässiges
Kennzeichen für die größere oder geringere Erschöpftheit der häufig benutzten Reagenzien
besteht. Den Leitungsfehler kann man zwar nach P f e i f f e r durch Füllen der
Leitungen mit Sperrwasser ausschließen, doch bedeutet dieses Verfahren eine lästige
Komplikation. Die zweite Klasse von Verfahren leidet unter dem Umstande, daß man
erhebliche Handgeschicklichkeit benötigt und auf die Zuverlässigkeit der Dichtheit
der Gashähne weitgehend angewiesen ist. Das drittgenannte Verfahren endlich ist
seiner Feinheit wegen recht schwierig auszuüben und leidet besonders daran, daß
die geringste, von der Quecksilberschraube besonders leicht herbeigeführte Verunreinigung
der Kapillarwandungen empfindliche Fehler von vielen Prozenten bedingt. Auch von
den Reaktionsstoffen kriecht erfahrungsgemäß nur zu leicht ein wenig an der Gasblasenwurzel
entlang und verunreinigt mit dem Erfolg grober, unkontrollierbarer Analysenfehler
die Kapillarwandung.
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Demgegenüber beruht das nachstehend beschriebene Analysenverfahren
darauf, daß inan die Menge des Gases als Länge einer Blase in einer vorteilhaft
nicht zu engen Kapillaren (z. B. 2 mm Durchmesser) mißt und daß man die Absorption
oder sonstige Behandlung der Blase dadurch bewirkt, daß man sie aus dem Meßrohr
in eine Erweiterung des Rohres schiebt und dort analytisch handelt. Wesentlich dabei
ist: r. daß als Meßrohr ein Kapillarrohr dient, d. h. ein Rohr, dessen Querschnitt
durch die Oberflächenspannung der benutzten Sperrflüssigkeit sicher verschlossen
wird, 2. daß an diesem Rohr eine Erweiterung angebracht ist, welche einen größeren
Inhalt hat, als der Inhalt des Meßrohres beträgt, 3. daß mit dieser Einrichtung
nach i und 2 in der Weise gearbeitet wird, daß ein Strom des Sperrmittels die ganze
Gasblase in die
I?rweiterung führt, worauf ein durch das Meßrohr
zufließender Strom des Absorptionsmittels in der Erweiterung mit der Gasblase' reagiert
oder eine andere analytische Behandlung der Gasblase (z. B. Verbrennung) in der
Erweiterung erfolgt, q.. daß auf gleiche Weise der Überschuß des Absorptionsmittels
durch einen Sperrmittelstrom aus Gasrohr und Erweiterung beseitigt wird, worauf
die gewaschene Gasblase in das Glasrohr.zurückgedrückt und dort erneut gemessen
wird.
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Zur Ausführung dieser neuen gasanalytischen Methode bedient man sich
beispielsweise des in Abb. i dargestellten Apparates.
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A ist die Meßkapillare, welche eine beliebige gleichmäßige Teilung,
vorteilhaft i bis ioo beziffert, trägt. , Je enger man die Kapillare macht, mit
umso kleineren Gasmengen kann man arbeiten. Da -aber enge Kapillaren bei Verunreinigungen
der Oberfläche empfindliche Fehler ergeben können, während für die meisten Zwecke
größere Gasproben zur Verfügung stehen, so wählt man vorteilhaft Kapillaren von
etwa 2 inm lichter Weite. Es ergeben sich dann Gasmengen in der Größenordnung von
i cm, und der Apparat ist dann ziemlich unempfindlich auf Verunreinigungen. Wichtig
ist, daß das Gasrohr genau kalibriert wird, so daß ein Teilstrich überall demselben
Volum entspricht.
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Das Meßrohr geht am oberen Ende in eine umgebogene Spitze g aus. Unten
ist die Erweiterung e angeordnet. Unterhalb der Erweiterung bringt man vorteilhaft
eine Gasfangschlinge d an. - Ferner ist ein Verdrängerkolben h vorgesehen, welcher
durch eine Schraube i betätigt werden kann. Das Rohr des Verdrängerkolbens ist schräg
oder senkrecht nach oben gerichtet, damit durch Undichtigkeit kein Gas in den Apparat,
keine Sperrflüssigkeit nach außen gelangen kann. Nach unten ist der ganze Apparat
durch ein beliebiges Ventil oder Glashahn f abgesperrt.
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Um in den Apparat eine Gasprobe einzubringen, füllt man ihn zunächst
vollkommen mit Sperrflüssigkeit und verschließt Hahn f. Sodann versieht man die
Gaspipette, in welcher sich die Gasprobe befindet, mit einem kleinen Trichter
(t in Abb. a) und füllt Ansatzrohr der Pipette und den Trichter mit Sperrflüssigkeit.
Man taucht nunmehr die Spitze g des Apparates in das Ansatzrohr der Gaspipette und
verdrängt durch einige Umdrehungen der Schraube i eine etwa in die Spitze g eingedrungene
Luftblase. Dann öffnet man die Hähne der Gaspipette und läßt einige Gasblasen an
der Spitze g vorbei entweichen. Nunmehr öffnet man den Hahn f oder aber schraubt
die Schraube i rückwärts. Durch beide Maßnahmen wird in g die Sperrflüssigkeit zurückgezogen
und eine Gasblase in das Kapillarrohr eingesaugt. Vorteilhaft befindet sich am Meßrohr
eine Marke welche anzeigt, wann die Gasblase g, in so lang ist, wie den Teilstrichen
a-b entspricht. Sobald dieser Punkt erreicht ist, schließt man f bzw. hört
bei i zu drehen auf, schließt die Gaspipettenhähne und senkt den Trichter
t so weit, daß die Spitze g zwar unter Sperrflüssigkeit, aber nicht mehr in Verbindung
mit dem Gasinhalt der Pipette steht. Nunmehr öffnet man erneut den Hahn f oder schraubt
erneut Schraube i so weit zurück, daß das obere Ende der Gasblase genau auf a steht,
wobei der Teil über der Gasblase sich aus Trichter t mit Sperrflüssigkeit füllt.
Die genaue Einstellung bewirkt man durch kleine Bewegungen der Schraube i. Man stellt
die Sperrflüssigkeit im Trichter oder einem beliebigen anderen, kleinen Gefäß genau
auf Marke k an der Spitze g, stellt den Anfang der Gasblase genau auf a ein und
liest bei b die Länge der Gasblase ab. Wenn die Märke -as genau ausgeführt, das
Rohr sauber ist und inan genau gearbeitet hat, wird man genau i oo Teilstriche als
Länge der Gasblase finden.
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Nunmehr öffnet man den Hahn f, wobei Spitze g unter Sperrflüssigkeitsspiegel
bleibt. Es fließt nunmehr selbsttätig durch f Sperrflüssigkeit ab, wobei die Gasblase
in die Erweiterung e herunterrutscht. In e bleibt die Gasblase schweben, während
die Flüssigkeit an ihr vorbei durch d und f abfließt.
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Jetzt schraubt man nach Schließen des Hahnes f an i. vorwärts, wodurch
die Gasblase `nieder in das Meßrohr hinauf befördert wird. Man stellt wieder den
Sperrflüssigkeitsspiegel auf k, den Gasblasenanfang auf a
ein und überzeugt
sich durch Ablesen bei b von der in Arbeit genommenen, nunmehr temperierten Gasmenge
bzw. Blasenlänge.
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Hierauf ersetzt man die Flüssigkeit bei g durch ein kleines Töpfchen
mit konzentrierter Kalilauge und öffnet erneut Hahn f. Es wird nun nach einer Sperrflüssigkeitslänge
k, a hinter der Gasblase eine Säule konzentrierter Kalilauge eingesaugt.
Wenn die Gasblase in der Erweiterung e angekommen ist, strömt an ihr zuerst die
Sperrflüsigkeit 1r, ca vorbei, worauf konzentrierte Kalilauge folgt. Man kann leicht
berechnen, daß und warum die Kalilauge mit größter Geschwindigkeit eine vollständige
Absorption der Kohlensäure bewirkt. Tatsächlich pflegt diese Absorption nur- etwa
i cm. Kalilauge und wenige Sekunden zu beanspruchen. Man ersetzt nun das Kalilaugetöpfchen
bei g wieder durch ein Sperrflüssigkeitsgefäß und wäscht die Kalilauge mit Sperrflüssigkeit
fort, wobei man vorteilhaft Schraube i um
einige Gänge vorwärts
dreht, um etwa: in das Verbindungsrohr hineindiffundierte Kalilauge mit durch f
abfließen zu lassen. Man stellt den Sperrwasserspiegel wieder auf k ein, schraubt
mit Hilfe von i, bei verschlossenem f die Gasblase auf Marke b und liest zwischen
b und a die Prozente Kohlensäure. ab.
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Folgerichtig kann man das gleiche mit Pyrogallollösung, Bromwasser,
rauchender Schwefelsäure, Palladiumhydrosol und beliebigen anderen Absorptionsmitteln
zum Zweck der Absorption anderer Gasbestandteile ausführen. Es steht auch nichts
im Wege, die Erweiterung e mit einer Platindrahtspirale oder mit Platinelektroden
auszurüsten, um Gasbestandteile durch fraktionierte Verbrennung, durch Explosion
usw. in an sich bekannter Weise zu bestimmen..
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Die Vorteile der beschriebenen Methode sind vielfältig. Zunächst ergibt
sich ein außerordentlich einfacher und wunschweise kleiner gasanalytischer Apparat
von großer Genauigkeit, zu dessen Bedienung keine Handgeschicklichkeit erforderlich
ist. Dieser Apparat ist einfach und billig. Er besitzt keinen oder höchstens einen
Glashahn und kaum Teile, welche defekt werden können. Man kann den Apparat für kleine
und große Gasmengen ausführen. Man ist stets sicher, mit frischen Reagenzien zu
arbeiten und vollständige Absorption zu erzielen.
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Der Apparat ist auf das leichteste zu reinigen, beispielsweise durch
Durchsaugen von Chromsäure und Wasser. Er ergibt mit größter Geschwindigkeit sehr
genaue Zahlen. Ein und derselbe Apparat ist für die verschiedensten Arten von Gasanalysen
anwendbar, indem man verschiedene Reagenzien benutzt. Die Gasanalysen sind billig,
da man nur kleine Mengen Reagenzien benötigt.
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Das vorstehend beschriebene Ausfsührungsbeispiel eines Apparates zeigt
nur eine An-. wendung, des vorliegenden Erfindungsgedankens. Es leuchtet ohne weiteres
ein, daß man den gleichen Erfindungsgedanken auch in den verschiedensten anderen
Weisen zur Ausführung bringen kann. Beispielsweise kann man für genaue Analysen
größerer Gasproben nach Art von Abb. 3 verfahren, in welcher A eine gewöhnliche
Gasmeßröhre mit Niveaugefäß C, B einen Dreiwegebahn mit Winkelbohrung, E
die Erweiterung und F den Absperrhahn bedeutet. Bei der Anwendung dieses Apparates
drückt man zunächst die Gasmenge, welche beispielsweise loocm betragen kann, in
die Kugel E hinüber, so daß die Leiturig zwischen B und E von Sperrflüssigkeit erfüllt
ist. Sodann dreht man den Dreiwegehahn B so, daß in G eingefüllte Kalilauge, wie
vorstehend geschildert, durch E abfließt und die Absorption bewirkt. Durch Ausspülen
von G, B, E, F mit Sperrwasser und Zurückdrücken oder Zurücksaugen
der Gasmenge nach A und ihr Messen wird die Analyse beendigt. Bei der so beschriebenen
Ausführungsform des Haupterfindungsgedankens ist durch- die kapillare Verbindungsleitung
B, E und die Kugel E dieselbe Arbeitsweise erzeugt worden wie bei dem vorstehend
beschriebenen Apparat für kleine Gasniengen.