177965. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gázok összes szervesanyag tartalmának lángionizációs detektorral történő meghatározására
5 177965 6 1. b) ábra a hagyományos lángionizációs eljárás egy másik megoldásának vázlata, a 2. ábra a találmány szerinti megoldás vázlata és a 3. ábra a találmány szerinti megoldás egy másik 5 célszerű foganatosítási módja. Az 1. ábra szerinti lángionizációs detektorban kisméretű 1 fúvókán kiáramló hidrogént vagy hidrogéntartalmú vivőgázt (pl. hidrogén-nitrogén, illet-10 ve hidrogén-hélium gázelegyet) L levegőben égetnek el. A meggyújtott 2 lángot elektródák közé helyezik (egyik elektróda célszerűen maga a fúvóka). Az elektródákra a 3 feszültségforrásból 100-200 V egyenfeszültséget kapcsolnak, és 4 árammérővel 15 mérik az áramkörben folyó áramot. Tiszta hidrogén és táplevegő esetén az áramerősség 1 pA-nél is kisebb lehet. A hidrogént palackból veszik vagy vízből elektrolízissel fejlesztik. Kevésbé kritikus a levegő tisztasága, a szokásos környezeti (szoba) 20 levegő általában megfelelő. Ha a 2 lángba szerves vegyületek jutnak, ionizáció miatt a mért áramerősség nő (érzékenység néhány pA/ppm szervesanyag). Szervetlen gázok ionizációt nem okoznak. A gyakorlatban kétféle detektorkonstrukció is- 25 mert. Az l.a) ábra szerinti konstrukciónál a G elemzendő gáz a hidrogénnel összekeveredik, és L levegőben elégetik. Az l.b) konstrukció az l.a) ábrán bemutatottól abban különbözik, hogy a hidrogén, illetve hidrogéntartalmú vivőgáz nem a csőve- 30 zetékben keveredik a G elemzendő gázzal, hanem az utóbbit az L levegővel együtt vezetik a 2 lánghoz. Ez a konstrukció egyszerűbb, de több hátránya is van: mivel az égést a vizsgálandó gáz oxigéntartalmának kell biztosítani, oxigént nem tar- 35 talmazó vagy oxigénben szegény (pl. kipufogógázok) minták mérése közvetlenül nem végezhető el. További hátránya, hogy az infravörös gázelemzőhöz hasonlóan ennek érzékenysége sem arányos a szénatomszámmal. Ezt a követelményt csak az l.a) 40 konstrukció elégíti ki. Ez kitűnik az alábbi táblázatból, amely az infravörös és lángionizációs módszerekkel különböző szénhidrogéneket mérve az egyes szénatomszámra viszonyított érzékenységeket mutatja be a n-hexánt 100-nak tekinti [Chapman R. L. Environmental Pollution Instru-mentation (Selected paper from a Symp.) Pittsburg (1969) 18. o. és Hiborn J.: Journal of Air Pollution Control Assoc. 24 (1974), 983]: FID FID NDIR l.a) l.b) ábra ábra metán 30 104 450 propán 103 103 120 n-hexán 100 100 100 benzol 2 105 300 60 A mért jel l,a) konstrukció esetén 5 %-on belül arányos a szénatomszámmal, míg a másik két módszernél tetemes eltérések fordulnak elő. Többféle szerves vegyületet tartalmazó gáz szervesanyag tartalmának meghatározására ezért csak az 65 l.a) konstrukciójú lángionizációs detektor alkalmas A lángionizációs detektorok hátránya ugyanakkor az NDIR módszerrel összehasonlítva az, hogy a kapott jel (áramerősség) az elemzendő gáz áramlási sebességétől is függ, ezért ezt stabilizálni kell. A lángionizációs detektor árama ugyanis a lángba jutott összes szervesanyag mennyiségétől függ, ezt pedig az elemzendő gáz koncentrációja mellett a bevezetés sebessége szabja meg. Emellett a minta detektorba jutás előtt szivattyún halad keresztül, amely a gázösszetételt megváltoztathatja az áthaladó gáz egyes komponenseinek abszorpciója vagy a korábban átvezetett gázokból megkötött komponensek deszorpciója következtében. A 2. ábrán látható a találmány szerinti megoldás vázlata. Az elemzendő gázt 5 szivattyúval 10 mintavevőn és 11 csővezetéken át szívatjuk a 7 membránnal ismert két részre osztott 6 diffúziós kamra egyik részébe. Ezalatt a 7 membrán másik oldalán ellenáramban vezetjük a 12 hidrogénforrásból, célszerűen elektrolizáló cellából származó hidrogént. Az elektrolizáló cellaként kialakított 12 hidrogénforrást célszerűen elektromos áramgenerátor táplálja, ily módon a hidrogénáram elektronikus stabilizálása biztosított. A G elemzendő gázból a 7 membránon keresztül diffundáló szervesanyagok a hidrogénnel együtt a 13 csővezetéken át jutnak a lángionizációs detektorba. A lángionizációs detektorban a hidrogént ugyancsak szivattyú segítségével bevezetett L levegővel együtt égetjük el. A levegőt szükség esetén aktív szénnel vagy más adszorbenssel töltött szűrőn átvezetve tisztíthatjuk. Könnyen kondenzálódó szervesanyagokat (pl. dízel-motorok kipufogógázaiban található elégetlen szénhidrogéneket) tartalmazó gázok elemzésekor a 10 mintavevőt a 6 diffúziós kamrával és a 6 diffúziós kamrát a lángionizádós detektorral összekötő 11, illetve 13 csővezetékeket 14 fűtőtestek segítségével lehet melegíteni. A készülékben 7 membránként előnyösen alkalmazhatók különböző szilikongumi származékok, minthogy ezek permeabilitása általában elég nagy (szerves gőzökre és gázokra általában jóval több, mint 3 • 10_15 mól • cm/s • cm2 • Pa). Jól használható például dimetÜ szilikongumiból készült 0,2 pm vastag membrán, amelynek felülete 2 cm2 és valamely porózus hordozóanyagon van, annak érdekében, hogy a szükséges mechanikai szilárdságot biztosítsuk. A 6 diffúziós kamrában a szervesanyagokra felírható anyagmérleg: gázmintával bejutó szervesanyag-áram = (gázmintával + hidrogénnel) távozó szervesanyag-áram, azaz Jg ’ Pg = h ' Pg + Jh ' P« M ahol: Jg: a gázminta térfogatárama (cm3/s) JH: a hidrogén vivőgáz térfogatárama (cm3/s) pH: a szervesanyag parciális nyomása a hidrogén vivőgázban (pascal) pe: szervesanyag parciális nyomása 8 gázmintában a diffúziós cellába való bevezetés előtt (pascal) 3
