177965. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gázok összes szervesanyag tartalmának lángionizációs detektorral történő meghatározására
9 177965 10 A hidrogén oldalon tehát 88 ppm, a n-hexán koncentrációja. Nézzük meg, hogy másodpercenként mennyi szén kerül a lángionizációs detektorba. (Jszén) ahol a 6-os szorzó azt mutatja, hogy egyetlen n-hexán molekulával 6 szénatom kerül a detektorba. Az adatok behelyettesítése és a műveletek elvégzése után azt kapjuk, hogy- mól Jszén = CH * 10 ----s A lángionizációs detektor I elektromos áramát az alábbi összefüggéssel számíthatjuk: I — V Jszén A = 0,1 C/mól értéket behelyettesítve I = CH ' 10’5 A A példa adatával I = 88 • 10_11 A = 880 pA A kalibrációnál tehát 880 pA áram jelent „100 ppm hexán” koncentrációt a nitrogénben. Mivel a lángdetektor kb. 1 %-os koncentrációig lineáris, és szerves anyag híján a rajtuk átfolyó áram 0,1 pA alatt van, a fenti egypont módszerű kalibráció elegendő. Az így kalibrált műszerrel 0-1 %-os intervallumban mérhetünk megbízhatóan. Az is belátható, hogy a minta beszívási sebességét pl. 600 cm3/min-re növelve (tehát 20 %-kal változtatva) és változatlanul 100ppm-es hexán-levegő keveréket alkalmazva a mért elektromos áram 887 pA-ra nő, azaz nem egészen 1 %-ot változik. Ha a mintát közvetlenül kevernénk a hidrogénhez a 20 %-os áramlási sebesség változás gyengítetlenül érvényesülne a mért jelben, és így a szivattyú ingadozásai a mérést erősen befolyásolnák. Az egyensúlyhoz közeli üzemmód olyan szempontból is kedvező, hogy a peremetációs koefficiens esetleges változásai is csak csökkentett mértékben jelentkeznek. A fenti példában bemutatott esetben ez azt jelenti, hogy a permeációs koefficiens 20 %-os növekedése a mért jelnek csupán 1,2 %-os növekedését eredményezné. Ennek megfelelően a membrán hőmérséklete, elöregedés stb. gyakorlatilag nem befolyásolja a mérési eredményeket. Végül az is látható, hogy amennyiben a vizsgálandó gázt és a hidrogént közvetlenül összekevernénk (pl. 1 : 1 arányban) a keverékben a szerves anyag koncentrációja az eredeti 50 %-a lenne, míg a példánkban, az eredeti 88 %-át értük el. (A valóságban a közvetlen keverésnél a minta tízszeresére szokott hígulni, így az eredeti koncentráció 10 %-ával lehet csak számolni.) Vékonyabb, illetve nagyobb felületű membránnal, vagy a hidrogénáram ismertetett szétosztásával az egyensúly mégjobban megközelíthető. A bemutatott példából jól láthatók a találmány szerinti megoldás legfontosabb előnyei: Ezek: a) Érzékenysége meghaladja az ismert koncentrációk érzékenységét, mert azonos gázoldali koncentrációk esetén időegység alatt több szervesanyag kerül a lángba, a szervesanyag hidrogénoldali parciális nyomása gyakorlatilag azonos a gázoldalival. b) A szívott üzemmód miatt a minta nem szennyeződhet, összetétele a detektorba jutás előtt nem változik. c) Bizonyos gázminta térfogatárama felett a minta áramlási sebességének ingadozására érzéketlen. d) A minta hőmérsékletének viszonylag nagy változására is érzéketlen. e) A membrán permeabilitását befolyásoló egyéb tényezőkre (pl. öregedés, szennyeződés, a membrán cseréje, stb.) is érzéketlen mindaddig, Jh míg a-------4 1 feltétel teljesül. kRT J Nagyobb (1 tf % fölötti) szervesanyag koncentrációk esetén is biztosítható parciális nyomások egyenlősége a membrán két oldalán a 3. ábra szerinti módon, amelynél a detektorba jutó hidrogénáramnak csak kisebb hányadát vezetjük a 8 fojtáson keresztül a 6 diffúziós kamrába, és ezt a 9 ágban haladó hidrogénnel egyesítve vezetjük a detektorba Ilyenkor a 8 és 9 fojtások kialakítása olyan, hogy a 6 diffúziós kamrába a teljes -hidrogénáram 1/10-énél kisebb hányad jut. Ha például a teljes hidrogén térfogatáram 25 cm3/perc és a diffúziós cellán ebből 2,5 cm3/perc halad át, a főágban valamennyi szervesanyag komponensre telpg jesülni fog a ph = összefüggés, ami a vizsgálandó gázban tízszeres szervesanyag koncentráció esetén is biztosítja a szénatomszámmal arányos jelet. Ebben a példában a 250 cm3/perc minimális gázminta térfogatáramot biztosítva nem szükséges annak stabilizálása, mert ingadozása 1 %-nál kisebb hibát okoz. Az is látható a (3) összefüggésből, hogy a membrán mellett vezetett kis Jh hidrogénáramok kedveznek a membrán két oldalán a parciális nyomások kiegyenlítődésének, mivel akkor a (3) tört nevezőjében az egység melletti tagok elhanyagolhatókká válnak. Ugyanakkor a hidrogénáramot célszerű stabilizálni, mert az időegység alatt a detektorba jutó szervesanyag-mennyiség, ezáltal a kapott jel a hidrogén térfogatáramával arányos. Ez könnyen megoldható, ha a hidrogént elektrolízissel fejlesztjük, mert így az elektrolizáló áram elektronikus stabilizálásával a hidrogén térfogatáram ingadozása is megszüntethető. Az alkalmazott diffúziós kamra és a detektorba vezető cső méreteit úgy választjuk meg, hogy a gázösszetétel változását a jelváltozás gyorsan kövesse. A membrán két oldalán 1 cm mél kisebb cellatérfogatokat kialakítva 1 másodpercnél kisebb väaszidö biztosítható. A membránok felülete szo-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
