DE19957256A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung eines Produktstromes - Google Patents

Abstract

Um ein Verfahren zur Steuerung der Zusammensetzung eines Produktstromes zu schaffen, mittels welchem ein Produktstrom einer bestimmten Qualität auf einfache Weise erreichbar ist, wird vorgeschlagen, einen Teilstrom von einem zu steuernden Produktstrom abzuzweigen, den Teilstrom zu analysieren, den zu steuernden Produktstrom zu einer Verteilervorrichtung zu führen, welche eine Mehrzahl von Ausgängen aufweist, und in Abhängigkeit vom Analyseergebnis des Teilstroms den zu steuernden Produktstrom auf einen oder mehrere bestimmte Ausgänge der Verteilervorrichtung zu führen, von welchem oder welchen er als Ausgangs-Produktstrom abgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Zu­ sammensetzung eines Produktstroms.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung eines Produktstroms, welche einen Ausgang für einen Ausgangs-Produktstrom aufweist.

Es ist bekannt, Produkte so auszuwählen, daß ein Produkt­ strom, der beispielsweise in einer chemischen Reaktion erzeugt wird, in einen Behälter geführt wird und dann nach Füllen dieses Behälters der Reinheitsgrad des gefüllten Produktes bezogen auf den Behälter gemessen wird. Es werden dabei nacheinander eine Mehrzahl von Behältern gefüllt. Für verschiedene Behälter ergeben sich unterschiedliche Rein­ heitsgrade, wobei sich a priori ein bestimmter Mindest­ reinheitsgrad nicht einstellen läßt, wenn die Produktstrom­ qualität Schwankungen unterliegt, die statistisch sind und insbesondere zumindest zu einem gewissen Anteil nicht steuer­ bar sind.

Die Aufreinigung von chemisch und physikalisch sehr ähnlichen Substanzen wie von Isomerengemischen ist sehr aufwendig und teuer. Schwankungen in der Produktqualität werden daher häufig akzeptiert und durch entsprechend festgesetzte Mindestqualitäten berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches bzw. welche eine bestimmte Produktstromqualität auf einfache Weise erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren er­ findungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teilstrom von einem zu steuernden Produktstrom abgezweigt wird, daß der Teilstrom analysiert wird, daß der zu steuernde Produktstrom zu einer Verteilervorrichtung geführt wird, welche eine Mehrzahl von Ausgängen aufweist, und daß in Abhängigkeit vom Analyse­ ergebnis des Teilstroms der zu steuernde Produktstrom auf einen oder mehrere bestimmte Ausgänge der Verteilervor­ richtung geführt wird, von welchem oder welchen er als Aus­ gangs-Produktstrom abgeführt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Produkte unterschiedlicher Qualität zu gewinnen und insbesondere Produkte höherer Qualität, ohne daß dafür weitere aufwendige Reinigungsschritte installiert werden müssen. Da in der Ver­ teilervorrichtung der Produktstrom selber verarbeitet wird, d. h. analysiert und selektiv auf einen bestimmten Ausgang geführt wird, läßt sich die Zusammensetzung genau steuern. Beispielsweise läßt sich ein Ausgangs-Produktstrom als Haupt­ produktstrom mit gleichbleibender Qualität, d. h. einer engen Verteilung bezüglich seiner gewünschten Zusammensetzung, er­ zeugen, ohne daß nachträgliche Reinigungsschritte nötig sind.

Insbesondere läßt sich dadurch eine Nullfehlerproduktion realisieren in dem Sinne, daß ein gewünschter Ausgangs- Produktstrom abgeführt wird, der nicht nachgereinigt werden muß (und dessen Zusammensetzung bekannt ist). Das Verfahren läßt sich auch dazu einsetzen, in einen Regelungsprozeß ein­ zugreifen, beispielsweise wenn ein Produktstrom einer be­ stimmten Zusammensetzung zu Oszillationen in dem Regelkreis führt. Ein solcher Produktstrom läßt sich dann durch das erfindungsgemäße Verfahren gezielt aus dem Regelkreis ent­ fernen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich daher kostengünstig Produkte insbesondere hoher isomeren Reinheit herstellen, ohne daß in den Herstellungsprozeß des Produkt­ stroms (d. h. beispielsweise in die chemische Reaktion) ein­ gegriffen werden muß.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zu steuernde Produkt­ strom ein kontinuierlicher Strom ist. Dadurch läßt sich die Zeitsteuerung, die notwendig ist, um den zu steuernden Pro­ duktstrom in der Verteilervorrichtung in Abhängigkeit vom Analyseergebnis des Teilstroms zu steuern, auf einfache Weise ausbilden. Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn der zu steuernde Produktstrom in laminarer Strömung geführt wird. Durch die Vermeidung von Turbulenzen in der Produkt­ strömung treten keine zeitlichen "Verschmierungen" auf, so daß insbesondere eine Durchlaufzeit des zu steuernden in einer Rohrführung auf einfache Weise bestimmbar ist.

Günstigerweise steuert dabei eine Steuereinheit die Ver­ teilervorrichtung zur Selektion des Produktstromes zeitlich so, daß eine Selektion des Produktstromanteils erfolgt, der mittels Abzweigung eines Teilstroms analysiert wurde. Dadurch ist sichergestellt, daß im wesentlichen genau der Ausgangs- Produktstrom mit einer bestimmten Zusammensetzung an einem bestimmten Ausgang auftritt, dessen Zusammensetzung in der Analysevorrichtung zuvor bestimmt wurde.

Zur Steuerung der Verteilervorrichtung ist es günstig, wenn die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstroms auf seiner Führung zwischen einer Abzweigungsvorrichtung für den Teil­ strom und der Verteilervorrichtung zur Selektion des Produkt­ stromes größer gewählt wird als eine Reaktionszeit, welche sich aus der Analysezeit für den Teilstrom zur Gewinnung eines Analyseergebnisses und einer Signalerzeugungszeit und Signalübermittlungszeit zur Übermittlung des Analyseergeb­ nisses von einer Analysevorrichtung an eine Steuereinheit zusammensetzt. Auf diese Weise läßt sich berücksichtigen, daß die Analysevorrichtung eine bestimmte Zeit zur Gewinnung des Analyseergebnisses benötigt, um sicherzustellen, daß der zu steuernde Produktstrom auf genau den bestimmten Ausgang (oder die bestimmten Ausgänge) geführt wird, denen die durch die Analyse des Teilstroms erhaltene Zusammensetzung des Aus­ gangs-Produktstroms zugeordnet ist.

Günstigerweise wird dabei die Differenz zwischen der Durch­ laufzeit des zu steuernden Produktstroms und der Reaktions­ zeit durch eine Steuereinheit ausgeglichen. Insbesondere läßt sich diese Ausgleichszeit dann an die Strömungsgeschwindig­ keit des zu steuernden Produktstroms, d. h. dessen Massefluß, anpassen; dadurch läßt sich das Verfahren variabel anwenden und insbesondere auch bei variablen Masseflüssen des zu steuernden Produktstroms anwenden.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der zu steuernden Produktstrom nach Abzweigung des Teilstroms durch eine Ver­ zögerungsstrecke geführt wird. Durch die Verzögerungsstrecke läßt es sich sicherstellen, daß vor Eintritt des zu steuern­ den Produktstroms in die Verteilervorrichtung ein Analyse­ ergebnis des Teilstroms bereitsteht, so daß ein selektierter Ausgangs-Produktstrom aufgrund des Analyseergebnisses des Teilstroms ausgewählt wurde. Günstigerweise ist dabei die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstroms durch die Verzögerungsstrecke an die Analysezeit für den Teilstrom zur Gewinnung eines Analyseergebnisses angepaßt.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verzögerungs­ strecke so ausgebildet wird, daß sich die Strömungsge­ schwindigkeit des zu steuernden Produktstroms zumindest betragsmäßig im wesentlichen nicht ändert. Dadurch läßt sich dann die Durchlaufzeit durch die Verzögerungsstrecke einfach bestimmen als der Quotient aus Wegstrecke der Verzögerungs­ strecke und Strömungsgeschwindigkeit des zu steuernden Produktstroms. Die Wegstrecke läßt sich auf einfache Weise ausmessen und die Strömungsgeschwindigkeit läßt sich auf ein­ fache Weise durch einen Durchflußmesser bestimmen.

Konstruktiv günstig ist es, wenn die Verzögerungsstrecke durch eine verlängerte Rohrführung für den zu steuernden Produktstrom gebildet ist. Durch eine verlängerte Rohrführung läßt es sich insbesondere erreichen, daß bei der "Verzögerungsführung" des zu steuernden Produktstroms in diesem keine Turbulenzen auftreten, sondern die Rohrströmung laminar bleibt. Dadurch lassen sich zeitliche "Verschmierungen" verhindern; dadurch wiederum läßt sich die Durchlaufzeit auf einfache Weise mit großer Genauigkeit er­ mitteln. Günstigerweise weist die Verzögerungsstrecke eine gewundene Rohrführung auf. Dadurch läßt sich eine verlängerte Rohrführung ausbilden, ohne daß die äußeren Abmessungen stark vergrößert werden müssen.

Günstigerweise erfolgt die Analyse des Teilstroms in einem Echtzeitverfahren. Dies bedeutet, daß der Teilstrom, der von einem kontinuierlichen Strom abgezweigt wird und deshalb ebenfalls ein kontinuierlicher Strom ist, ständig - konti­ nuierlich - überwacht wird und kontinuierlich ein Analyse­ ergebnis weitergegeben wird.

Günstigerweise ist dabei das Analyseverfahren für den Teil­ strom ein Multiphotonenionisations-Verfahren (REMPI). Dadurch läßt sich eine Echtzeit-Überwachung ("online-monitoring") des zu steuernden Produktstroms bewerkstelligen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Analyseverfahren für den Teilstrom ein Trägergas-Multiphotonenionisations-Ver­ fahren ist. Derartige Verfahren sind in den DE 44 41 972 C2 und DE 197 56 444 C1 beschrieben, sowie in der DE 198 20 626 A1 und der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 198 51 821.8 der gleichen Anmelderin. Auf die genannten Dokumente wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Teilstrom selber das Trägergas bereitstellt. Dadurch muß kein weiteres Trägergas zur Analyse des Produktstromes aufgeprägt werden, sondern der Teilstrom selber läßt sich der Analysevorrichtung direkt zu­ führen.

Besonders günstig ist es, wenn mittels Expansion des Träger­ gases durch eine Düse in ein Vakuum ein divergenter Träger­ gasstrahl erzeugt wird, nachzuweisende Probenmoleküle im Teilstrom in einem Ionisationsbereich des Trägergasstrahles durch Absorption von Photonen selektiv zu Probenmolekülionen ionisiert werden und die Probenmolekülionen durch ein elek­ trisches Ziehfeld in ein Massenspektrometer gezogen und in dem Massenspektrometer detektiert werden, wobei ein Kon­ tinuumsgebiet des Trägergasstrahles, in dem die Temperatur des Trägergases mit zunehmendem Abstand von einer Austritts­ öffnung der Düse abnimmt, ein Molekularstrahlgebiet des Trägergasstrahls, in dem die Temperatur des Trägergases mit zunehmendem Abstand von der Austrittsöffnung der Düse im wesentlichen nicht weiter abnimmt, und eine Grenze zwischen dem Kontinuumsgebiet und dem Molekularstrahlgebiet ermittelt werden und die Probenmoleküle in einem Ionisationsbereich nahe der Grenze zwischen dem Kontinuumsgebiet und dem Mole­ kularstrahlgebiet ionisiert werden. Ein solches Verfahren ist aus der DE 44 41 972 C2 bekannt. Das Verfahren ist auch unter der Bezeichnung JET-REMPI bekannt. (JET-REMPI ist eine unter der Registrierungsnummer 396 50 736 eingetragene deutsche Marke.)

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß auch ein Ausgangs-Produktstrom auf seine Zusammensetzung analysiert wird. Dies dient z. B. als zusätzliche Überwachung der Qualität (beispielsweise des Reinheitsgrades) eines Aus­ gangs-Produktstromes. Günstigerweise wird dazu von dem Aus­ gangs-Produktstrom ein Teilstrom abgezweigt, der analysiert wird. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ausgangs- Produktstrom mit dem gleichen Analyseverfahren wie der zu steuernde Produktstrom analysiert wird.

Bei einer kostengünstigen Variante einer Ausführungsform ist ein Strahlteiler für einen Anregungslaserstrahl vorgesehen, um eine Mehrzahl von Ionisationskammer mit Anregungslicht beaufschlagen zu können. Ein Anregungslaser wird benötigt für die Multiphotonenionisation. Derartige Laser stellen einen erheblichen Kostenfaktor an der Gesamtvorrichtung dar. Über einen Strahlteiler lassen sich dann mehrere Teil-Laser­ strahlen ausblenden und sich dann auch mehrere Ionisations­ kammern bei einem Multiphotonenionisations-Verfahren gleich­ zeitig mit nur einem Lasersystem betreiben. Es läßt sich dann ein Teilstrom vom zu steuernden Produktstrom und ein Aus­ gangs-Produktstrom mit nur einem Lasersystem überwachen.

Günstigerweise wird der zu steuernde Produktstrom vor Ab­ zweigung des Teilstroms durch eine Durchflußmeßvorrichtung geführt, welche einer Steuereinheit ein Meßsignal bereit­ stellt. Durch die Durchflußmeßvorrichtung läßt sich der Massefluß und damit die Strömungsgeschwindigkeit des zu steuernden Produktstroms bestimmen, woraus dann die Steuer­ einheit die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstroms ermitteln kann. Dadurch läßt sich eine genaue zeitliche Steuerung der Verteilervorrichtung erreichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf variable Weise einsetzen, wenn die Steuereinheit in Abhängigkeit des Meß­ signals der Durchflußmeßvorrichtung die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstroms zwischen Abzweigung des Teilstroms und der Verteilervorrichtung ermittelt. Insbesondere funk­ tioniert das erfindungsgemäße Verfahren dann auch, wenn ver­ schiedene Masseflüsse und insbesondere auch zeitlich schwankende Masseflüsse für den zu steuernden Produktstrom bereitstehen.

Günstigerweise ist eine Abzweigungsvorrichtung zur Abzweigung eines Teilstroms so ausgebildet, daß in dem zu steuernden Produktstrom im wesentlichen keine Turbulenzen erzeugt werden. Dadurch bleibt die laminare Strömungsführung des Pro­ duktstromes erhalten und insbesondere treten keine zeitlichen "Verschmierungen" auf, so daß die Durchlaufzeit des Produkt­ stroms mit guter Genauigkeit bestimmbar ist.

Auf konstruktiv einfache Weise läßt sich ein Beibehalten der laminaren Strömungsführung ausbilden, wenn die Abzweigungs­ vorrichtung eine Drossel oder eine Verengung in der Produkt­ stromführung zur Erzeugung eines Führungsdrucks für den Teil­ strom umfaßt. Durch die Verengung oder Drossel wird eine geringe Druckdifferenz erzeugt, die den Teilstrom zu der Analysevorrichtung treibt. Da der Teilstrom als Probenstrom nur einen geringen Massefluß aufweist, genügt eine kleine Druckdifferenz.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der zu steuernde Produktstrom pumpenfrei geführt wird. Dadurch ist es ver­ hindert, daß zeitliche "Verschmierungen" durch aktive Bau­ elemente in der Stromführung auftreten können.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verteilervor­ richtung Ausgänge aufweist, welche bezogen auf eine Produkt­ stromführung räumlich nacheinander angeordnet sind. Insbe­ sondere dient ein bestimmter Ausgang für eine bestimmte Qualität (d. h. Zusammensetzung) eines Ausgangs-Produkt­ stromes. Durch die erfindungsgemäße räumliche Anordnung läßt es sich erreichen, daß der Produktstrom höchster Qualität in der Nähe eines vorderen Endes bezogen auf die Stromrichtung des zu steuernden Produktstromes in einen Verteilerraum ab­ führbar ist; dadurch läßt sich das Totvolumen, in dem sich Produkt niederer Qualität ansammeln kann, verringern und insbesondere verhindern, daß Produkt niederer Qualität über den Ausgang für einen Produktstrom höherer Qualität gelangen kann.

Günstigerweise ist dabei den Ausgängen bezüglich ihrer räum­ lichen Anordnung in Richtung der Produktstromrichtung eine abnehmende Ausgangs-Produktstrom-Qualität zugeordnet.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Ausgang zeitlich gesteuert ist. Dadurch kann die Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Analyseergebnis des Teilstroms bestimmte Ausgänge öffnen bzw. schließen (oder geschlossen halten oder geöffnet halten), um den zu steuernden Produktstrom auf den oder die bestimmten Ausgänge, die seiner gemessenen Zusammensetzung zugeordnet sind, zu führen.

Konstruktiv günstig ist es, wenn ein Ausgang mittels eines Ventils gesteuert ist, beispielsweise durch ein Magnetsteuer­ ventil. Dadurch läßt sich auf einfache Weise und schnell eine entsprechende Produktstromführung auf einen bestimmten Aus­ gang erreichen.

Günstigerweise ist gleichzeitig nur ein Ausgang geöffnet. Dies verhindert, daß ein Produktstrom niederer Qualität über einen Ausgang für einen Produktstrom höherer Qualität gelangt (d. h. die Qualität eines bestimmten Ausgangs-Produktstroms verschlechtert wird) oder einen Produktstrom höherer Qualität in einen Ausgang für einen Produktstrom niederer Qualität ge­ langt (d. h. nicht kosteneffektiv gearbeitet wird).

Günstigerweise weist die Verteilervorrichtung ein Überdruck­ ventil auf, mittels welchem bei Überdruck Produktstrom zu einem Ausgang für niedrigste Ausgangs-Produktstrom-Qualität geführt wird. Dadurch lassen sich insbesondere Stoßwellen vermeiden oder zumindest dämpfen, die beim Umschalten der Steuerventile an den Ausgängen entstehen können. Der ent­ sprechende Strom wird dabei als Ausgangs-Produktstrom nieder­ ster Qualität abgegeben, so daß keine Verschlechterung eines Ausgangs-Produktstroms höherer Qualität auftreten kann.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß ein oder mehrere Ausgangs-Produktströme in Abhängigkeit ihrer Zusammensetzung zu einer Produktstromquelle zurück­ geführt werden. Insbesondere wird der Ausgangs-Produktstrom niederster Qualität zur Produktstromquelle zurückgeführt. Dadurch muß der Ausgangs-Produktstrom niederster Qualität nicht verworfen werden, sondern wird in gewissem Sinne "recycelt", um auf diese Weise den generellen Qualitäts­ standard zu erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhafterweise einsetzen, wenn der Produktstrom ein Gemisch verschiedener Isomere einer chemischen Verbindung ist und/oder ein Gemisch ist, bei dem sich die Moleküle hinsichtlich ihrer Elementen­ isotope unterscheiden können, da insbesondere mit einem Jet-Rempi-Verfahren mit seiner hohen Empfindlichkeit auch gegenüber der Unterscheidung von Isomeren und/oder Isotopen eine hohe Selektivität erreichbar ist.

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei der Steuerung der Zusammensetzung von Xylen als Produktstrom eingesetzt. Von Xylen sind o-, m- und p-Isomere bekannt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich bestimmte Reinheitsgrade bestimmter Isomeren auf einfache und kosten­ günstige Weise bereitstellen.

Die Xylen-Isomere werden überwiegend aus Reformatbenzin gewonnen, indem sie zu ca. 18% enthalten sind. Das er­ findungsgemäße Verfahren läßt sich einsetzen zur Auswahl geeigneter Reformatbenzinchargen. Nur ein sehr geringer Anteil der gesamten Reformatbenzinproduktion dient überhaupt als Ausgangsstoff für die Aromatengewinnung. Durch das er­ findungsgemäße Verfahren können kontinuierlich Chargen mit besonders hohem Gehalt der gewünschten Aromaten selektiert werden. In gleicher Weise ist eine Gewinnung standardisierter Chargen möglich, durch die eine Optimierung eines nachfolgen­ den Extraktionsschrittes beispielsweise hinsichtlich des Ein­ satzes von Lösungsmittel ermöglicht wird. Weiterhin läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren als Prozeßkontrollverfahren bei einem Aufreinigungsverfahren (beispielsweise durch frak­ tionierte Destillation) einsetzen. Es können transiente Zu­ stände des Prozesses unmittelbar mit der Veränderung der Produktqualität korreliert werden, um so den Regelungsprozeß durch verbesserte Anpassung fortwährend zu optimieren.

Weiterhin können Transienten in einem kontinuierlichen Prozeß Oszillation des Regelkreises auslösen (z. B. Oszillation von Temperatur und Rücklaufverhältnis bei der fraktionierten Destillation); durch gezieltes Eindosieren von Edukt oder Produkt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich die Oszillationen aktiv dämpfen.

Die Qualität läßt sich weiter verbessern, wenn nach jedem Aufreinigungsschritt entsprechend durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnene "Ausreißerströme" minderer Qualität zurückgeführt werden.

Der Qualitätsstandard der Endprodukte läßt sich auch durch Rückführung der "Ausreißer" minderer Qualität und Abtrennen von Chargen besonderer hoher Qualität als eigene Endprodukt­ schiene im kontinuierlichen Produktstrom erreichen. Es kann durch Selektion und anschließendes Verschneiden mit einem Hauptproduktstrom die Abweichung von einer mittleren Qualität verkleinert und ein gewünschtes Qualitätsniveau angehoben werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Ab­ zweigungsvorrichtung für einen Teilstrom des zu steuernden Produktstroms vorgesehen ist, daß eine Analysevorrichtung zur Analyse des Teilstroms vorgesehen ist und daß eine Verteiler­ vorrichtung mit einer Mehrzahl von Ausgängen vorgesehen ist, wobei der zu steuernde Produktstrom in Abhängigkeit vom Analyseergebnis der Analysevorrichtung auf einen oder mehrere bestimmte Ausgänge führbar ist.

Diese Vorrichtung weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile und Merkmale auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 37 bis 60.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Dar­ stellung eines Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung in der Form eines Blockschaltbildes eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung eines Produktstromes;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form einer Verteilervorrichtung und einer Steuer­ einheit und

Fig. 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Dar­ stellung einer erfindungsgemäßen Analysevorrich­ tung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung eines Produktstromes strom­ abwärts einer Produktstromquelle 12 angeordnet. Bei dieser Produktstromquelle 12 kann es sich beispielsweise um einen chemischen Reaktor handeln, in dem das Produkt in einer Reaktion erzeugt wird und in einem Produktstrom abgeführt wird oder auch um eine Vorrichtung, in der das Produkt selber nicht erzeugt wird, sondern verarbeitet wird.

Die Produktstromquelle 12 ist über eine Leitung 14 für den zu steuernden Produktstrom mit einer Durchflußmeßvorrichtung 16 verbunden. (Die Stromrichtung des Produktstromes ist in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet.) Die Durchflußmeßvorrichtung bestimmt den tatsächlichen Massefluß des zu steuernden Pro­ duktstromes und gibt dieses Meßergebnis an eine Steuereinheit 18, welche über eine Signalleitung 20 mit der Durchflußmeß­ vorrichtung 16 verbunden ist. Die Durchflußmeßvorrichtung 16 erzeugt dabei insbesondere ein analoges elektrisches Signal zur weiteren Verwendung für die Steuereinheit 18.

Ein Ausgang der Durchflußmeßvorrichtung 16 ist über eine Leitung 22 mit einem Eingang einer Abzweigungsvorrichtung 24 verbunden. Ein erster Ausgang dieser Abzweigungsvorrichtung 24 ist über eine Leitung 26 mit einer Analysevorrichtung 28 verbunden, wobei durch die Abzweigungsvorrichtung 24 ein Teilstrom des Produktstromes abzweigbar ist und der Analyse­ vorrichtung 28 zuführbar ist.

Ein zweiter Ausgang der Abzweigungsvorrichtung ist über eine Leitung 30 mit einer Verzögerungsstrecke 32 verbunden, deren Ausgang wiederum über eine Leitung 34 mit einem Eingang einer Verteilervorrichtung 36 stromabwärts des Produktstromes ver­ bunden ist.

Über die Leitung 30 läßt sich der zu steuernde Produktstrom, nachdem der Teilstrom abgezweigt und über die Leitung 26 der Analysevorrichtung 28 zugeführt wurde, durch die Verzöge­ rungsstrecke 32 führen. Die Verzögerungsstrecke ist dabei so ausgebildet, daß die Durchlaufzeit des zu steuernden Produkt­ stromes zwischen der Abzweigungsvorrichtung 24 und der Ver­ teilervorrichtung 36 erhöht wird, indem die Wegstrecke ver­ größert wird, die der zu steuernde Produktstrom zurücklegen muß. Dazu ist es beispielsweise vorgesehen, daß die Ver­ zögerungsstrecke eine gewundene Rohrstrecke 38 aufweist, durch welche der Führungsweg des zu steuernden Produktstroms vergrößert wird. Die Rohrstrecke 38 ist dabei insbesondere so ausgebildet, daß ein laminar einströmender Produktstrom laminar durch die Verzögerungsstrecke 32 strömt, d. h. im wesentlichen keine Turbulenz erzeugt wird und insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit dem Betrage nach beim Durch­ laufen der Verzögerungsstrecke 32 im wesentlichen konstant bleibt.

Die Abzweigungsvorrichtung 24 ist so ausgebildet, daß eine geringe Druckdifferenz erzeugbar ist, die den Teilstrom durch die Leitung 26 in die Analysevorrichtung 28 führt, wobei ein kontinuierlicher Teilstrom abzweigbar ist, der laminar ge­ führt ist. Außerdem soll ein in die Abzweigungsvorrichtung 24 eingeführter laminarer zu steuernder Produktstrom beim Durch­ strömen der Abzweigungsvorrichtung 24 und Einströmen in die Leitung 30 eine laminare Strömungscharakteristik behalten.

Die Abzweigungsvorrichtung 24 kann beispielsweise eine Ver­ engung in einer Rohrführung des Produktstromes aufweisen oder eine Drossel umfassen, durch den die gewünschte geringe Druckdifferenz erzeugbar ist.

Die Verteilervorrichtung 36 weist eine Mehrzahl von Ausgängen 40, 42, 44, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, auf, von denen Ausgangs-Produktströme abführbar sind.

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, führt die Verteiler­ vorrichtung 36 den zu steuernden Produktstrom auf einen bestimmten Ausgang (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf den Ausgang 40).

Zur Steuerung dieser Selektion eines bestimmten Ausganges ist die Steuereinheit 18 über eine Steuersignalleitung 46 mit der Verteilervorrichtung 36 verbunden, wobei die Steuereinheit 18 ihre Steuersignale an die Verteilervorrichtung über eben diese Steuersignalleitung 46 sendet.

Die Analysevorrichtung 28 ist über eine Signalleitung 48, mittels welcher von der Analysevorrichtung 28 der Steuer­ einheit 18 das Analyseergebnis des Teilstroms übertragbar ist, verbunden, so daß die Steuereinheit auf der Grundlage der an sie übermittelten Meßsignale von der Durchflußmeß­ vorrichtung 16 und der Analysevorrichtung 28 ein entsprechen­ des Steuersignal an die Verteilervorrichtung 36 abgeben kann.

Die Steuereinheit 18 umfaßt ein Zeitverzögerungsglied 50, über das sich eine Zeitdifferenz zwischen der Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstromes zwischen der Abzweigungs­ vorrichtung 24 und der Verteilungsvorrichtung 36 und einer Reaktionszeit ausgleichen läßt; die Reaktionszeit setzt sich dabei zusammen aus der Analysezeit, die die Analysevorrich­ tung 28 zur Analyse des Teilstroms benötigt und einer Signal­ erzeugungszeit und Signalübermittlungszeit, welche benötigt wird, um ein Signal für das Analyseergebnis zu erzeugen und von der Analysevorrichtung 28 über die Signalleitung 48 an die Steuereinheit 18 zu übermitteln.

Ausführungsbeispiele für die Verteilervorrichtung und die Analysevorrichtung werden unten näher beschrieben.

Bei einer Variante eines Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, daß über einen Ausgang 34 ein Ausgangs-Produktstrom über eine Leitung 52 zur Pro­ duktstromquelle 12 rückführbar ist. Dadurch läßt sich, ins­ besondere wenn ein Ausgangs-Produktstrom einer bestimmten Zusammensetzung rückgeführt wird, ein Regelkreis für den Produktstrom aufbauen.

Bei einer weiteren Variante einer Ausführungsform ist es vor­ gesehen, daß auch ein oder mehrere Ausgangs-Produktströme analysiert werden, indem man insbesondere einen Teilstrom abzweigt und in einer entsprechenden Analysevorrichtung analysiert. In Fig. 1 ist dies schematisch durch eine ent­ sprechende Überwachungseinheit 54 für den an dem Ausgang 40 der Verteilervorrichtung 36 abgreifbaren Ausgangs-Produkt­ strom angedeutet; diese Überwachungseinheit 54 umfaßt dabei eine entsprechende Abzweigungsvorrichtung und eine Analyse­ vorrichtung, wobei letztere wiederum über eine (in der Fig. 1 nicht gezeigten) Signalleitung mit der Steuereinheit 18 ver­ bunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verteiler­ vorrichtung, welches in Fig. 2 schematisch gezeigt und als Ganzes mit 56 bezeichnet ist, umfaßt ein Rohrstück 58, welches insbesondere zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Leitung 34 in das Rohrstück 58 mündet. Dieses Rohrstück 58 weist einen Verteilerraum 60 auf, an welchem die Mehrzahl von Ausgängen 40, 42, 44, 62 angeordnet ist, wobei bezogen auf eine Stromrichtung 64 des zu steuernden Produktstroms die Ausgänge 40, 42, 44, 62 nacheinander in einem Abstand an­ geordnet sind.

An den Ausgängen 40, 42, 44 sitzt jeweils ein Steuerventil 66, bei dem es sich insbesondere um ein Magnetventil handelt. Ein solches Steuerventil 66 ist mit der Steuereinheit 18 ver­ bunden, wobei jedes Steuerventil 66 einzeln durch die Steuer­ einheit 18 ansteuerbar ist.

An einem Ende des Rohrstücks 58 ist an einem Ausgang 62 ein steuerbares Überdruckventil 68 angeordnet, welches bei einem Überdruck in dem Verteilerraum 60 öffnet und den Produktstrom als Ausgangs-Produktstrom über eine an den Ausgang 62 ange­ schlossene Leitung 70 abführt. Das Überdruckventil 68 ist insbesondere steuerbar ausgebildet, beispielsweise als Magnetventil, so daß dieses Ventil durch die Steuereinheit 18 auch geöffnet werden kann, wenn kein Überdruck in dem Ver­ teilerraum 60 herrscht, um den zu steuernden Produktstrom in die Leitung 70 zu führen.

Insbesondere lassen sich die Steuerventile 66 so steuern, daß gleichzeitig nur ein einziges Steuerventil offen ist, d. h. nur ein Ausgang geöffnet ist, um nur an einem bestimmten Aus­ gang einen Ausgangs-Produktstrom abführen zu können (beispielsweise über eine Leitung 72, welche mit dem Ausgang 40 verbunden ist), während alle übrigen Ausgänge geschlossen sind.

Bei der Analysevorrichtung 28 handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zum Nachweis von Probemolekülen, welche auf einem Trägergas-Multiphotonenionisations-Verfahren beruht.

Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Analysevorrich­ tung, welches in Fig. 3 als Ganzes mit 100 bezeichnet ist, umfaßt eine Vakuumkammer 102 in Form eines Rohrkreuzes. Dieses Rohrkreuz umfaßt ein erstes Rohr 104 mit einer bei­ spielsweise vertikal ausgerichteten Achse 106 und ein zweites Rohr 108 mit einer zu der Achse 106 senkrecht ausgerichteten Achse 110, wobei sich die Achse 106 des ersten Rohrs 104 und die Achse 110 des zweiten Rohrs 108 in einem Punkt schneiden, so daß ein dem Innenraum beider Rohre 104 und 108 zuge­ hörender zentraler Bereich 112 gebildet ist.

Ein sich von dem zentralen Bereich 112 nach oben erstrecken­ der oberer Abschnitt 114 des ersten Rohrs 104 ist durch einen zudem ersten Rohr 104 koaxial zylindrischen Deckel 116, dessen Durchmesser den des ersten Rohrs 104 übertrifft, verschlossen.

Der Deckel 116 trägt auf seiner dem ersten Rohr 104 abge­ wandten Stirnseite beispielsweise vier zylindrische Führungs­ stangen 118, deren Achsen parallel zu der Achse 106 des ersten Rohrs 104 ausgerichtet sind und die nahe des Umfangs des Deckels 116 in gleichem Abstand von der Achse 106 des ersten Rohrs 104 und in einem Winkelabstand von jeweils 90° bezüglich dieser Achse angeordnet sind.

Die Führungsstangen 118 durchgreifen jeweils ein einen zylin­ drischen Abschlußdeckel 120, der koaxial zu der Achse 106 an­ geordnet ist, parallel zu dessen Achse durchsetzendes Füh­ rungsloch. Dadurch kann der Abschlußdeckel 120 an den Füh­ rungsstangen 118 aufwärts oder abwärts gleiten. Durch an dem Abschlußdeckel 120 vorgesehene Klemmelemente 122 ist der Ab­ schlußdeckel 120 in seiner vertikalen Lage relativ zu den Führungsstangen 118 fixierbar. Durch die Führung des Ab­ schlußdeckels 120 an den Führungsstangen 118 ist gewähr­ leistet, daß die Achse des Abschlußdeckels 120 stets mit der Achse 106 des ersten Rohrs 104 zusammenfällt.

Ein zu dem ersten Rohr 104 koaxialer hohlzylindrischer Balg 124 ist mit einem offenen oberen Ende gasdicht an einer Unterseite des Abschlußdeckels 120 und mit einem offenen unteren Ende gasdicht an der Oberseite des Deckels 116 fest­ gelegt. Die Wand des Balges 124 besteht zumindest teilweise aus elastischem, in Falten gelegten Material, so daß durch Auseinanderziehen oder Zusammendrücken der Falten die Höhe des Balges 124 in Abhängigkeit von der Lage des Abschluß­ deckels 120 veränderbar ist.

Ferner verschließt der Abschlußdeckel 120 ein oberes Ende eines zu demselben koaxialen und einen kleineren Durchmesser als dieser aufweisenden Halterohres 126, welches sich von einer Unterseite des Abschlußdeckels 120 nach unten durch den Balg 124, eine Durchgangsöffnung in den Deckel 116 und durch den oberen Abschnitt 114 des ersten Rohrs 104 erstreckt und in den zentralen Bereich 112 nahe des oberen Randes mündet.

An seinem unteren Ende hält das Halterohr 126 eine im Inneren desselben angeordnete Ventildüse 128. Eine einen Boden der Ventildüse 128 bildende Austrittsplatte 130 schließt mit dem unteren Ende des Halterohrs 126 bündig ab und verschließt dieses.

Ferner weist die Austrittsplatte 130 eine mittige Austritts- Öffnung 132 der Ventildüse 128 mit einem Durchmesser von bei­ spielsweise 0,5 mm auf.

Die Ventildüse 128 ist mit einem schnell schaltenden Kugel­ ventil mit einem fluidströmungsrückgestellten Ventilkörper versehen, wie es in der DE 38 35 788 C und der DE 197 56 444 C1 beschrieben ist, auf welche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Über eine rohrförmige, zu dem Halterohr 126 koaxiale Zuführ­ leitung 133 ist eine Düsenvorkammer der Ventildüse 128 mit der Leitung 26 für den aus dem zu steuernden Produktstrom abgezweigten Teilstrom verbunden, wobei dieser Teilstrom ein Trägergas umfaßt.

Ein sich von dem zentralen Bereich 112 erstreckender Ab­ schnitt 134 des zweiten Rohrs 108 ist an einem Ende 136 an einen Ansaugstutzen einer ersten Vakuumpumpe (in der Fig. 3 nicht gezeigt) angeschlossen.

Ein sich von dem zentralen Bereich 112 der Vakuumkammer 102 in Gegenrichtung zu dem Abschnitt 134 erstreckender Abschnitt 138 des zweiten Rohrs 108 ist an seinem Ende durch einen zylindrischen Deckel 140 verschlossen.

Ein sich von dem zentralen Bereich der Vakuumkammer 102 nach unten erstreckender unterer Abschnitt 142 des ersten Rohrs 104 wird an seinem unteren Ende von einer Stirnwand 144 eines an das erste Rohr 104 angeflanschten Reflektron-Massen­ spektrometers (Reflektron) 146 erschlossen.

Das Reflektron 146 umfaßt ein zu dem ersten Rohr koaxiales und denselben Durchmesser wie dieses aufweisendes Vakuumrohr 148, das an einem der Stirnwand 144 abgewandten Ende an einen Ansaugstutzen einer zweiten Vakuumpumpe (in der Fig. 3 nicht gezeigt) angeschlossen ist.

In der der zweiten Vakuumpumpe zugewandten Hälfte des Vakuum­ rohrs 148 ist eine Vielzahl ringförmiger Bremselektroden 150 angeordnet, die konzentrisch zu einer gemeinsamen Elektroden­ achse 152 ausgerichtet sind, welche um einen Winkel α gegen­ über der gemeinsamen Achse 106 des ersten Rohrs 104 und des Vakuumrohrs 148 verkippt ist.

Die der Vakuumkammer 102 zugewandte Stirnwand 144 des Reflek­ trons 146 trägt eine zu der Achse 106 des ersten Rohrs 104 koaxiale rüsselförmige Ziehelektrode 154.

Die Ziehelektrode 154 umfaßt einen im wesentlichen hohlzylin­ drischen Abschnitt 156, der an einer Mündungsöffnung 158 in den Innenraum 160 des Vakuumrohrs 148 des Reflektrons 146 mündet.

Das der Mündungsöffnung 158 abgewandte Ende des hohlzylin­ drischen Abschnitts 156 ist durch eine zu diesem koaxiale kegelstumpfförmige Spitze 162 der Ziehelektrode 154 ver­ schlossen, die eine mittige Eintrittsöffnung 164 für den Durchtritt eines Ionenstrahls aufweist, deren Durchmesser dem Durchmesser der dem hohlzylindrischen Abschnitt 156 abge­ wandten Stirnfläche der kegelstumpfförmigen Spitze 162 entspricht.

Innerhalb des hohlzylindrischen Abschnitts 156 der Zieh­ elektrode 154 ist eine zu diesem koaxiale Lochblende 166 mit einer mittigen, kreisförmigen Blendenöffnung 168 angeordnet.

Ferner ist in der Ziehelektrode 154 eine (nicht dargestellte) Ionenoptik angeordnet, die so ausgebildet ist, daß sie einen längs der Achse 106 in die Ziehelektrode 152 einfallenden Ionenstrahl auf einen Brennpunkt 170 im Mittelpunkt der kreisförmigen Blendenöffnung 168 fokussiert.

Im Innenraum 160 des Vakuumrohrs 148 des Reflektrons 146 ist nahe der Stirnwand 144 und außerhalb der Achse 106 des Vakuumrohrs 148 ein Ionendetektor 172 angeordnet.

Zwischen der Mündungsöffnung 158 und dem Ionendetektor 172 erstreckt sich eine Trennwand 174 im wesentlichen längs der Richtung der Elektrodenachse 152 durch den Innenraum 160 des Vakuumrohrs 148. Diese Trennwand 174 unterteilt den Innenraum 160 in einen an die Mündungsöffnung 158 angrenzenden Ein­ trittsbereich 160a und einen den Ionendetektor 172 umfassen­ den Detektionsbereich 160b.

Senkrecht zu der Achse 106 des ersten Rohrs 104 und senkrecht zu der Achse 110 des zweiten Rohrs 108 verläuft eine Achse 176, welche die optische Achse eines gepulsten Lasers 78 bildet, der außerhalb der Vakuumkammer 102 angeordnet ist, und dessen Laserstrahl 180 durch einen Strahlteiler 182 geführt ein Fenster 184 in einer Wand der Vakuumkammer 102 durchsetzt, durch den gemeinsamen Schnittpunkt 186 der Achsen 106, 110 und 176 verläuft und durch ein dem ersten Fenster 184 gegenüberliegendes zweites Fenster 188 wieder aus der Vakuumkammer 102 austritt.

Der gepulste Laser 178 ist über das (nicht dargestellte) Steuergerät der Ventildüse 128 steuer- und mit der Ventildüse 128 synchronisierbar.

Ein Teilstrahl 190, welcher über den Strahlteiler 182 "erzeugt" wird, kann einer weiteren Vorrichtung wie der eben beschriebenen Vorrichtung 100 zugeführt werden, so daß ein Anregungslaser 178 zum Betrieb mehrerer Analysevorrichtungen genügt, beispielsweise wenn mit der Überwachungseinheit 54 auch noch Ausgangs-Produktströme analysiert werden sollen.

Eine Analysevorrichtung, welche auf einem Trägergas-Multi­ photonenionisations-Verfahren beruht, sind in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise in der DE 44 41 172 C2, der DE 197 56 444 C1, der DE 198 20 626 A1 und der nicht vor­ veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 198 51 821.8 der gleichen Anmelderin beschrieben. Auf diese Dokumente wird ausdrücklich Bezug genommen.

Das Verfahren zum Nachweis von Probemolekülen in der Vor­ richtung 100 wird wie folgt durchgeführt:
Zunächst werden die Vakuumkammer 102 mittels der ersten Va­ kuumpumpe und das Vakuumrohr 148 mittels der zweiten Vakuum­ pumpe bis auf einen Druck von typischerweise jeweils 10^-4 Pa evakuiert.

Der Teilstrom mit dem Trägergas und den Probenmolekülen wird über die Leitung 26 bereitgestellt und füllt daraufhin die rohrförmige Zuführleitung 133 und eine Düsenvorkammer.

Nun wird von dem (nicht dargestellten) Steuergerät eine Bewe­ gungseinrichtung der Ventildüse 128 betätigt, um einen Be­ tätigungsbolzen auf einen Ventilkörper zu zu beschleunigen und den Ventilkörper von dem Ventilsitz zu stoßen. Daraufhin strömt das unter dem Druck P₀ (beispielsweise 1,013.10⁵ Pa (1 atm)) in der Düsenkammer stehende Trägergas durch die Austrittsöffnung 132 der Ventildüse 128 mit dem Durchmesser D (beispielsweise 0,5 mm) in die Vakuumkammer 102 aus, wodurch in der Vakuumkammer 102 ein sich kegelförmig erweiternder, zu der Achse 106 des ersten Rohres 104 koaxialer Trägergasstrahl erzeugt wird.

Die Betriebsbedingungen, insbesondere der Druck P₀ und die Temperatur T des Trägergases vor der Ventildüse 128 und der Durchmesser D der Austrittsöffnung 132 der Ventildüse 128 werden dabei so gewählt, daß die mittlere freie Weglänge λ der Trägergasteilchen deutlich kleiner ist als der Durchmes­ ser D der Austrittsöffnung 132. Daher treten die Trägergas­ teilchen beim Durchtritt durch die Ventildüse 128 durch Stöße miteinander in Wechselwirkung, was zur Folge hat, daß sich der Trägergasstrahl als Überschallstrahl mit einer ver­ gleichsweise eng um die Richtung der Strahlachse 106 konzen­ trierten Geschwindigkeits-Winkelverteilung und einer ver­ gleichsweise scharfen Temperaturverteilung ausbildet.

Würden die Betriebsbedingungen hingegen so gewählt, daß die mittlere freie Weglänge λ der Trägergasteilchen größer ist als der Durchmesser D der Austrittsöffnung 132, so würde sich der Trägergasstrahl als effusiver Strahl ausbilden. Ein solcher effusiver Strahl wäre aufgrund seiner breiten Ge­ schwindigkeits-Winkelverteilung stark divergent, was schon bei kleinen Abständen x von der Austrittsöffnung 132 der Ven­ tildüse 128 zu geringen Strahldichten führen würde. Außerdem ist die Temperaturverteilung in einem effusiven Strahl sehr breit. Die Ausbildung des Trägergasstrahls als Überschall­ strahl wird daher bevorzugt.

Der zunächst als Überschallstrahl ausgebildete Trägergas­ strahl umfaßt ein Kontinuumsgebiet, das sich von der Aus­ trittsöffnung 132 bis zu einem Abstand x_T von der Austritts­ öffnung 132 erstreckt, sowie ein sich an das Kontinuumsgebiet zu größeren Abständen x von der Austrittsöffnung 132 hin an­ schließendes Molekularstrahlgebiet.

Das Kontinuumsgebiet ist dadurch gekennzeichnet, daß inner­ halb dieses Gebietes die Temperatur des Trägergasstrahles und damit der Probenmoleküle mit wachsendem Abstand x abnimmt. Ab dem Abstand x_T ist die minimale Temperatur sowohl der Träger­ gasteilchen als auch der Probenmoleküle erreicht. In dem sich anschließenden Molekularstrahlgebiet bleibt die Temperatur der Trägergasteilchen und der Probenmoleküle konstant.

Wird eine möglichst hohe Selektivität des Verfahrens zum Nachweis der Probenmoleküle gewünscht, so werden die Proben­ moleküle vorteilhafterweise im Abstand x_T von der Austritts­ öffnung 132 ionisiert, da sich bei der dort erreichten tief­ sten Temperatur im wesentlichen alle Probenmoleküle im ener­ getischen Grundzustand befinden und somit alle Probenmoleküle durch Absorption eines oder mehrerer Photonen mit scharf de­ finierter Energie in einen angeregten Zustand überführt wer­ den können. Hierzu ist allerdings erforderlich, daß als Laser 200 ein durchstimmbarer Laser, beispielsweise ein Farbstoff­ laser, verwendet wird, damit Photonen der erforderlichen, scharf definierten Energie zur Verfügung gestellt werden können.

Spielt jedoch die Selektivität nicht die ausschlaggebende Rolle, weil beispielsweise lediglich Stoffgruppen voneinander getrennt aufgelöst werden sollen, zum Beispiel Aromaten und Aliphaten, so werden die Probenmoleküle vorteilhafterweise in einem Abstand x_I von der Austrittsöffnung 132 ionisiert, der kleiner ist als der Abstand x_T. Bei einem gegenüber dem Ab­ stand x_I reduzierten Ionisationsabstand liegt die mittlere Temperatur der Probenmoleküle oberhalb der minimalen Tempera­ tur, so daß neben dem Grundzustand auch energetisch höher liegende Zustände der Probenmoleküle mit nicht vernachlässig­ barer Wahrscheinlichkeit besetzt sind. Es steht somit ein breiteres Spektrum von zur Anregung der Probenmoleküle ver­ wendbaren Energien zur Verfügung, so daß eine Photonenquelle mit einem vergleichsweise breiten Wellenlängenspektrum be­ nutzt werden kann.

Es ist daher möglich, als gepulsten Laser 200 statt eines aufwendigen durchstimmbaren Lasers einen weniger aufwendigen, kleineren und deutlich preiswerteren Festfrequenzlaser, ins­ besondere einen Feststofflaser, zu verwenden.

Soll also als Laser 200 ein Festfrequenzlaser zum Einsatz kommen, so wird der Abstand x_I des Schnittpunkts 206 von der Austrittsöffnung 132 kleiner als ungefähr x_T, insbesondere kleiner als ungefähr 0,8 x_T, vorzugsweise kleiner als unge­ fähr 0,5 x_T gewählt.

Wird hingegen eine maximale Selektivität und Empfindlichkeit des Nachweisverfahrens benötigt, so wird als Laser 200 ein durchstimmbarer Laser verwendet und der Ionisationsabstand x_I zwischen ungefähr 0,5 x_T und ungefähr 1,0 x_T, insbesondere zwischen 0,8 x_T und 1,0 x_T, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,9 x_T und 1,0 x_T gewählt.

Dazu werden die Abschlußplatte 130 und damit das Halterohr 126 und die Ventildüse 128 in vertikaler Richtung verschoben, bis der Schnittpunkt den gewünschten Ionisationsabstand x_I von der Austrittsöffnung 132 der Ventildüse 128 aufweist.

Der Abstand x_T kann entweder durch Verschieben der Ventildüse 128 und Beobachtung der Änderungen des vom Reflektron 146 er­ zeugten Ionensignals experimentell ermittelt oder mittels der folgenden theoretischen gasdynamischen Überlegungen abge­ schätzt werden:
Die bei der Expansion durch die Ventildüse 128 maximal er­ reichbare terminale Machzahl M_T hängt nach Anderson und Fenn für einatomige Gase wie Argon wie folgt von dem Düsendurch­ messer D (in cm) und dem Druck aus P₀ über der Düse (in atm) ab (s. beispielsweise S. R. Goates und C. H. Lin, Applied Spectroscopy Reviews 25 (1989), Seiten 81 bis 126):

M_T = 133 (P₀D)^0,4 (I).

Die Machzahl M ist das Verhältnis von örtlicher Strömungsge­ schwindigkeit zu örtlicher Schallgeschwindigkeit. Sie ist mit dem Abstand x von der Austrittsöffnung 132 der Ventildüse 128 über die Beziehung

M = A (x/D)^{λ -1} (II)

mit dem Adiabatenexponenten γ = 5/3 und dem Proportionali­ tätsfaktor A = 3,26 für den Fall einatomiger Trägergase, wie beispielsweise Argon oder Helium, verknüpft.

Der Abstand x_T, bei dem die terminale Machzahl M_T erreicht wird, entspricht dem Abstand, ab dem keine weitere Abkühlung mehr eintritt. Er wird erhalten, indem in Gleichung (II) die Machzahl M durch die terminale Machzahl M_T ersetzt und M_T durch die rechte Seite der Gleichung (I) substituiert wird. Man findet so die Beziehung:

x_T = 260,6 P₀ ^0,6 D^1,6

wobei P₀ in atm und D in cm anzugeben sind und sich x_T in cm ergibt.

Durch die axiale Anordnung des Reflektrons 146 bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Nachweis von Probenmolekülen in einem Trägergas sind beliebige Ionisationsabstände x_I realisierbar.

Nach dem Öffnen der Ventildüse 128 wird von dem (nicht darge­ stellten) Steuergerät ein Laserpuls des Lasers 200 so ausge­ löst, daß der Laserpuls gleichzeitig mit dem Beginn der sta­ tionären Phase des Trägergaspulses im den Schnittpunkt um­ gebenden Ionisationsbereich ankommt.

In der Regel wird der Laserpuls einige µs nach dem Öffnen der Ventildüse 128 ausgelöst. Gleichzeitig wird ein (nicht darge­ stellter) Timer zurückgesetzt und gestartet.

In dem Ionisationsbereich erfolgt die Ionisation der in dem Trägergasstrahl mitgeführten Probenmoleküle durch resonanz­ verstärkte Multiphotonenionisation (REMPI), wobei jeweils ein Probenmolekül durch Absorption eines oder mehrerer Photonen mit passender Energie in einen angeregten Zustand übergeht, aus dem das Probenmolekül dann durch Absorption eines weiteren Photons (oder mehrerer weiterer Photonen) zu einem Probenmolekülion ionisiert wird.

Die so entstandenen Probenmolekülionen werden durch ein elek­ trisches Ziehfeld im wesentlichen parallel zu der Achse 106 des Trägergasstrahls durch die Eintrittsöffnung 164 in das Innere der Ziehelektrode 154 hineingezogen.

Zur Erzeugung des bezüglich der Achse 106 des Trägergas­ strahls rotationssymmetrischen elektrischen Ziehfeldes wird die rotationssymmetrische Ziehelektrode 154 auf ein elek­ trisches Potential gelegt, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der Probenmolekülionenladung entgegengesetzt ist.

Um eine Rückkehr der Probenmolekülionen zu der Ventildüse 128 zu verhindern und um das elektrische Ziehfeld zu verstärken, wird ferner die Abschlußplatte 130 der Ventildüse 128 als Re­ peller geschaltet, das heißt auf ein elektrisches Potential gelegt, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der Probenmolekül­ ionenladung entspricht.

Im folgenden wird davon ausgegangen, daß bei der Photoionisa­ tion positive Probenmolekülionen entstehen. In diesem Fall muß die Ziehelektrode 154 auf negatives und die Abschluß- platte 130 der Ventildüse 128 auf positives Potential gelegt werden.

Aufgrund der Rotationssymmetrie des mittels der rotations­ symmetrischen Ziehelektrode 154 erzeugten elektrischen Zieh­ feldes schneiden sich die Bahnen der Probenmolekülionen in dem Brennpunkt 170 der Ionenoptik im Inneren der Ziehelek­ trode 154. Im Trägergasstrahl enthaltene neutrale Trägergas­ teilchen und nichtionisierte Probenmoleküle werden durch die als Skimmer wirkende kegelstumpfförmige Spitze 162 der Zieh­ elektrode 154 sowie durch die Lochblende 166 im Innenraum der Ziehelektrode 154 zum größten Teil vom Eintritt in das Reflektron 146 abgehalten. Dadurch wird verhindert, daß sich das Vakuum im Innenraum 160 des Vakuumrohres 148 des Reflek­ trons 146 unzulässig verschlechtert.

Die durch die Ziehelektrode 154 in das Reflektron 146 gelang­ ten Probenmolekülionen durchqueren zunächst mit konstanter Geschwindigkeit einen feldfreien Bereich in der der Vakuum­ kammer 102 zugewandten Hälfte des Vakuumrohres 148. Die zum Durchfliegen dieser Strecke benötigte Zeit verhält sich rezi­ prok zu der Geschwindigkeit, die die Probenmolekülionen durch Beschleunigung im elektrischen Ziehfeld erlangt haben, und steigt demnach mit wachsender Masse der Probenmolekülionen an.

Nach Durchfliegen der feldfreien Strecke gelangen die Proben­ molekülionen in den Bereich zwischen den Bremselektroden 150, die auf mit zunehmender Entfernung von der Vakuumkammer 102 stufenweise von jeweils einer Bremselektrode 150 zur benach­ barten Bremselektrode 150 ansteigenden positiven Potentialen liegen, so daß die Bremselektroden 150 zusammen ein elektri­ sches Bremsfeld für die eintreffenden Probenmolekülionen er­ zeugen.

In diesem elektrischen Bremsfeld werden die Probenmolekül­ ionen abgebremst, bis sie Umkehrpunkte erreichen, von denen aus sie in Richtung auf den Ionendetektor wiederbeschleunigt werden und das Bremsfeld mit derselben Geschwindigkeit, mit der sie in dasselbe eingetreten sind, wieder verlassen, jedoch in umgekehrter Richtung.

Da die Elektrodenachse 152 bezüglich der Achse 106 des Va­ kuumrohrs 148 verkippt ist, werden die Bahnen der Proben­ molekülionen nicht exakt in sich zurückreflektiert, sondern gelangen die Probenmolekülionen nach erneutem Durchqueren des feldfreien Bereichs in der der Vakuumkammer 102 zugewandten Hälfte des Vakuumrohres 148 mit konstanter Geschwindigkeit zu dem in dem Detektionsbereich 160b angeordneten Ionendetektor, der ein dem momentanen Ionenfluß proportionales, zeit­ aufgelöstes elektrisches Ionensignal liefert.

Durch Zuordnung dieses Ionensignals zu der mit Hilfe des Timers ermittelten, seit der Auslösung des Laserpulses ver­ strichenen Zeit läßt sich die Abhängigkeit des Ionensignals von der gesamten Flugzeit der Probenmolekülionen bestimmen. Die gesamte Flugzeit eines Probenmolekülions ist proportional zur Wurzel aus seiner Masse.

Das Reflektron 146 ist zur Erzielung einer hohen Massenauflö­ sung besonders geeignet, da es die Flugzeitunterschiede zwi­ schen Probenmolekülionen, die dieselbe Masse aufweisen, je­ doch in unterschiedlichem Abstand von der Ziehelektrode 154 ionisiert werden und daher unterschiedliche Energien aus dem elektrischen Ziehfeld aufnehmen, minimiert.

Diejenigen Probenmolekülionen, deren Ionisationsorte weiter von der Ziehelektrode 154 entfernt liegen und die daher von dem Ziehfeld auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt werden, legen nämlich die Strecken in den feldfreien Berei­ chen des Reflektrons 146 in kürzerer Zeit zurück als diejeni­ gen Probenmolekülionen, deren Ionisationsorte näher an der Ziehelektrode 154 liegen. Dafür verweilen sie aber längere Zeit in dem von den Bremselektroden 150 erzeugten Bremsfeld, da sie mit derselben Verzögerung wie die langsameren Proben­ molekülionen von einer höheren Anfangsgeschwindigkeit bis auf die Geschwindigkeit null am Umkehrpunkt verzögert werden müs­ sen. Durch geeignete Abstimmung der im feldfreien Bereich von den Probenmolekülionen zurückzulegenden Strecken auf die Stärke des elektrischen Bremsfeldes läßt sich daher errei­ chen, daß die gesamte Flugzeit der Probenmolekülionen von der Entfernung ihres Ionisationsortes von der Ziehelektrode 154 im wesentlichen unabhängig wird. Dadurch wird es möglich, die Ausdehnung des Ionisationsbereiches quer zu der Achse 106 des Trägergasstrahles zu vergrößern, was wiederum die Anzahl der erzeugten Probenmolekülionen und damit die Empfindlichkeit für den Nachweis der Probenmoleküle erhöht.

Die neutralen Trägergasteilchen und die nichtionisierten Probenmoleküle, die von der als Skimmer wirkenden kegel­ stumpfförmigen Spitze 162 aus dem Trägergasstrahl abgestreift oder von der Lochblende 166 in die Vakuumkammer 102 zurückreflektiert worden sind, gelangen durch den rechten Ab­ schnitt 134 des zweiten Rohres 108 zu der ersten Vakuumpumpe, die die Trägergasteilchen und die nichtionisierten Proben­ moleküle aus der Vakuumkammer 102 entfernt, um das erforder­ liche Vakuum aufrechtzuerhalten.

Diejenigen Trägergasteilchen und nichtionisierten Probenmole­ kille, die durch die Blendenöffnung 168 der Lochblende 166 in den Eintrittsbereich 160a im Innenraum des Vakuumrohrs 148 des Reflektrons 146 gelangt sind, werden durch die Trennwand 174 vom Detektionsbereich 160b und damit vom Ionendetektor ferngehalten und gelangen zur zweiten Vakuumpumpe, die diese Trägergasteilchen und nichtionisierte Probenmoleküle aus dem Innenraum 160 des Vakuumrohrs 148 entfernt, um das erforder­ liche Vakuum aufrechtzuerhalten.

Um den Aufbau eines zu hohen Druckes in der Vakuumkammer 102 zu vermeiden, wird die Ventildüse 128 so ausgebildet, daß der Trägergaspuls möglichst kurz ist, vorzugsweise kürzer als un­ gefähr 20 µs.

Am Ende eines Pulses wird die Ventildüse 128 durch die Fluidströmung durch eine Ventilkörperkammer selbsttätig geschlossen und nach Ablauf der maximalen Ionen-Flugzeit der Timer gestoppt. In der auf den Puls folgenden Pause entfernen die erste Vakuumpumpe und die zweite Vakuumpumpe restliche Trägergasteilchen und Probenmoleküle aus der Vakuumkammer 102 bzw. aus dem Vakuumrohr 148 des Reflektrons 166, worauf ein neuer Meßzyklus mit dem Öffnen der Ventildüse 128 beginnt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Zusammen­ setzung eines Produktstromes gestaltet sich wie folgt:
Aus der Produktstromquelle 12 wird der erfindungsgemäßen Vor­ richtung 10 ein Produktstrom in laminarer Strömung bereit­ gestellt. Die Durchflußmeßvorrichtung 16 ermittelt den aktu­ ellen Massefluß und gibt dieses Signal über die Signalleitung 20 an die Steuereinheit 18. Aus diesem aktuellen Massefluß berechnet die Steuereinheit die Durchlaufzeit des zu steuern­ den Probestroms zwischen der Abzweigungsvorrichtung 24, an der ein zu analysierender Teilstrom abgezweigt wird, und der Verteilervorrichtung 36. Diese Berechnung erfolgt insbe­ sondere mit einer Weg-Geschwindigkeit-Division, wenn in der Steuereinheit die entsprechende Wegstrecke, die der zu steuernde Produktstrom in Leitungen 30, 34 und in der Ver­ zögerungsstrecke 32 zurücklegen muß, zuvor eingespeichert wird. Aus diesem Grund ist es auch wichtig, daß die Strömung des zu steuernden Produktstromes laminar bleibt, um keine wesentlichen Geschwindigkeitsschwankungen zu verursachen, die eine Ermittlung der Durchlaufzeit mit der erforderlichen Genauigkeit verhindern könnten.

Von der Durchflußmeßvorrichtung 16 strömt der zu steuernde Produktstrom zu der Abzweigungsvorrichtung 24, durch welche ein Teilstrom des zu steuernden Produktstroms in die Leitung 26 abgezweigt wird. Dieser Teilstrom dient dabei als Proben­ strom und umfaßt daher nur einen geringen Massenanteil des gesamten zu steuernden Produktstroms. In der Abzweigungs­ vorrichtung 24 wird über eine Drossel oder Verengung eine Druckdifferenz erzeugt, um diesen Probenstrom (Teilstrom) zu treiben.

Der Produktstrom ist dabei vorzugsweise zwischen der Produkt­ stromquelle 12 und der Verteilervorrichtung 36 kontinuierlich ohne aktive Einheiten, wie beispielsweise Pumpen, geführt, um eine zeitliche "Verschmierung" der Führung zu vermeiden. Es wird insbesondere auch darauf geachtet, daß die Stromführung laminar bleibt.

In der Analysevorrichtung 28 wird wie oben beschrieben ein Analyseergebnis gewonnen, d. h. es wird bestimmt, welche Probenmoleküle und in welcher Konzentration in dem Teilstrom insbesondere als Verunreinigungen vorhanden sind, wobei der Teilstrom selber und damit der Produktstrom das Trägergas für die Trägergas-Multiphotonenionisations-Verfahren bereit­ stellt.

Zur Gewinnung des Analyseergebnisses benötigt die Analyse­ vorrichtung 28 eine bestimmte Analysezeit, die beispielsweise die Größenordnung von 15 bis 20 Sekunden hat. Neben dieser Analysezeit ist auch noch zu beachten, daß eine bestimmte Zeit benötigt wird, um ein Signal für das Analyseergebnis zu erzeugen und über die Signalleitung 48 an die Steuereinheit 18 zu übertragen. Bevorzugterweise ist deshalb - in Abhängig­ keit von den erwarteten Masseflüssen - die Verzögerungs­ strecke 32 so gewählt, daß die Durchlaufzeit des zu steuern­ den Produktstromes zwischen der Abzweigungsvorrichtung 24 und der Verteilervorrichtung 36 größer ist als eine Reaktionszeit der Analysevorrichtung 28, welche sich aus der Analysezeit und der Signalerzeugungs- und Signalübermittlungszeit an die Steuereinheit 18 zusammensetzt.

Das Zeitverzögerungsglied 50 hat die Aufgabe, die Differenz zwischen der größer eingestellten Durchlaufzeit und dieser Reaktionszeit auszugleichen, indem ein Steuersignal über die Steuersignalleitung 46 an die Verteilervorrichtung 36 so ver­ zögert abgesandt wird, daß in der Verteilervorrichtung der Produktstromanteil des zu steuernden Produktstromes ver­ arbeitet wird, der über die Analysevorrichtung 28 analysiert wurde und von welchem das Analyseergebnis an die Steuer­ einheit 18 übermittelt wurde.

Das von der Steuereinheit 18 erzeugte und an die Verteiler­ vorrichtung 36 übertragene Signal ist bevorzugterweise ein digitales Signal.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß nicht das Steuersignal mit Zeitverzögerung an die Ver­ teilervorrichtung 36 abgesandt wird, sondern daß dem Steuer­ signal über das Zeitverzögerungsglied 50 die Zeitinformation über die Zeitdifferenz mitgegeben wird und entsprechend die Verteilervorrichtung 36 diese Zeitinformation dann auswertet, indem sie beispielsweise erst nach einer Verzögerungszeit reagiert.

In Abhängigkeit des Analyseergebnisses steuert dann die Steuereinheit 18 die Verteilervorrichtung 36 derart, daß der Produktstrom auf einen bestimmten Ausgang umgeleitet wird (oder auf mehrere bestimmte Ausgänge), wobei an diesem be­ stimmten Ausgang ein Ausgangs-Produktstrom bestimmter Zu­ sammensetzung abgeführt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gesichert, daß der Produktstromanteil, der in der Analysevorrichtung 28 analy­ siert wurde und dessen Zusammensetzung daher bekannt ist, auch auf einen bestimmten Ausgang, der einer bestimmten Zusammensetzung zugeordnet ist, geführt wird. Damit werden zeitlich selektiv Ausgänge der Verteilervorrichtung 36 mittels der Steuereinheit 80 in Abhängigkeit von dem Analyse­ ergebnis der Analysevorrichtung 28 geschaltet.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Verteilervorrichtung 56 sind die Ausgänge 40, 42, 44, 62 bezogen auf die Stromrichtung 64 des zu steuernden Produktstromes nacheinander angeordnet. Dabei liegt der Ausgang 40, an dem der Ausgangs-Produktstrom höchster Qualität abgeführt werden soll, bezogen auf die Stromrichtung vor den Ausgängen, an denen Ausgangs-Produkt­ ströme niederer Qualität abführbar sind. Der Ausgang 62 dient dazu, einen Ausgangs-Produktstrom niederster Qualität abzu­ führen. Aufgrund dieser sukzessiven Anordnung der Ausgänge 40, 42, 44, 62 ist weitgehend vermieden, daß sich in dem Ver­ teilerraum 60 Produktstrom niederer Qualität ansammeln kann und in einen Ausgang für einen Ausgangs-Produktstrom höherer Qualität gelangen kann.

Das Überdruckventil 68 sorgt dafür, daß wenn Überdruck in dem Verteilerraum 60 herrscht, der entsprechende Produktstrom in die Leitung 70 für den Ausgangs-Produktstrom niederster Qualität geführt wird. Durch das Überdruckventil 68 lassen sich insbesondere Stoßwellen, die beim Umschalten der Steuer­ ventile 66 entstehen können, vermeiden oder zumindest dämpfen.

Die Steuereinheit 18 sorgt dabei dafür, daß immer nur höch­ stens ein Steuerventil 66 geöffnet ist, d. h. nur ein Ausgang geöffnet ist.

Die Steuereinheit 18 steuert dabei die Steuerventile 66 einzeln an.

Die Steuerventile 66 sind zur Vermeidung zeitlicher "Verschmierungen" in möglichst geringem Abstand voneinander angeordnet.

Es kann bei einer Variante einer Ausführungsform vorgesehen sein, daß insbesondere der Ausgangs-Produktstrom niederster Qualität nicht "verworfen" wird, sondern über die Leitung zur Produktstromquelle 12 zurückgeführt wird. Dadurch läßt sich effektiv ein Regelkreis für den Produktstrom bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielhaft bei der Xylen-Produktion anwenden. Xylen weist o-, m- und p-Isomeren auf. m-Xylen kommt beispielsweise als Edukt in Frage für temperaturbeständige Polymide. Es stellt sich nun das Problem, daß Chargen bestimmter Qualität beispielsweise bezüglich Isomerenreinheit zu selektieren sind, wobei bei­ spielsweise die Nachfrage nach Produkten niedrigerer Qualität höher ist als die Nachfrage nach Produkten höherer Qualität. Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei einem Xylen-Produktstrom zeitlich die aktuelle Zusammensetzung mittels der Analysevorrichtung 28 ermitteln und der zu steuernde Xylen-Produktstrom entsprechend durch die Ver­ teilervorrichtung 36 auf zugehörige Ausgänge führen.

Beispielsweise können diese Aufgänge für das Isomer o-Xylen nach dem Reinheitsgrad bestimmt sein: ein Ausgang für einen Ausgangs-Produktstrom mit einem Reinheitsgrad von 99,8% oder größer, ein weiterer Ausgang für einen Ausgangs-Produktstrom mit einem Reinheitsgrad von 98% oder größer und ein weiterer Ausgang für einen Reinheitsgrad des o-Xylen-Ausgangs-Produkt­ stroms mit einem Reinheitsgrad von 95% oder größer.

Claims (60)

1. Verfahren zur Steuerung der Zusammensetzung eines Produktstroms, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom von einem zu steuernden Produktstrom abge­ zweigt wird, daß der Teilstrom analysiert wird, daß der zu steuernde Produktstrom zu einer Verteilervorrichtung geführt wird, welche eine Mehrzahl von Ausgängen auf­ weist, und daß in Abhängigkeit vom Analyseergebnis des Teilstroms der zu steuernde Produktstrom auf einen oder mehrere bestimmte Ausgänge der Verteilervorrichtung geführt wird, von welchem oder welchen er als Ausgangs- Produktstrom abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu steuernde Produktstrom ein kontinuierlicher Strom ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zu steuernde Produktstrom in laminarer Strömung geführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit die Verteilervorrichtung zur Selektion des Produktstroms zeitlich so steuert, daß eine Selektion des Produkt­ stromanteils erfolgt, der mittels Abzweigung eines Teil­ stroms analysiert wurde.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstromes auf seiner Führung zwischen einer Abzweigungsvorrichtung für den Teilstrom und der Verteilervorrichtung zur Selektion des Produktstromes größer gewählt wird als eine Reaktionszeit, welche sich aus der Analysezeit für den Teilstrom zur Gewinnung eines Analyseergebnisses und einer Signalerzeugungszeit und Signalübermittlungszeit zur Übermittlung des Ana­ lyseergebnisses von einer Analysevorrichtung an eine Steuereinheit zusammensetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Durchlaufzeit des zu steuern­ den Produktstroms und der Reaktionszeit durch eine Steuereinheit ausgeglichen wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu steuernde Produkt­ strom nach Abzweigung des Teilstroms durch eine Ver­ zögerungsstrecke geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstroms durch die Verzögerungsstrecke an die Analysezeit für den Teil­ strom zur Gewinnung eines Analyseergebnisses angepaßt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verzögerungsstrecke so ausgebildet wird, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit des zu steuernden Produktstroms zumindest betragsmäßig im wesentlichen nicht ändert.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstrecke durch eine verlängerte Rohrführung für den zu steuernden Produkt­ strom gebildet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstrecke eine gewundene Rohrführung auf­ weist.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse des Teilstroms mit einem Echtzeitverfahren erfolgt.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseverfahren für den Teilstrom ein Multiphotonenionisations-Verfahren ist.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseverfahren für den Teilstrom ein Trägergas-Multiphotonenionisations-Ver­ fahren ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom selber das Trägergas bereitstellt.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels Expansion des Trägergases durch eine Düse in ein Vakuum ein divergenter Trägergasstrahl erzeugt wird, nachzuweisende Probenmoleküle im Teilstrom in einem Ionisationsbereich des Trägergasstrahls durch Absorption von Photonen selektiv zu Probenmolekülionen ionisiert werden und die Probenmolekülionen durch ein elektrisches Ziehfeld in ein Massenspektrometer gezogen und in dem Massenspektrometer detektiert werden, wobei ein Kontinuumsgebiet des Trägergasstrahls, in dem die Temperatur des Trägergases mit zunehmendem Abstand von einer Austrittsöffnung der Düse abnimmt, ein Molekular­ strahlgebiet des Trägergasstrahls, in dem die Temperatur des Trägergases mit zunehmendem Abstand von der Aus­ trittsöffnung der Düse im wesentlichen nicht weiter ab­ nimmt, und eine Grenze zwischen dem Kontinuumsgebiet und dem Molekularstrahlgebiet ermittelt wird und die Proben­ moleküle in einem Ionisationsbereich nahe der Grenze zwischen dem Kontinuumsgebiet und dem Molekularstrahl­ gebiet ionisiert werden.

17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangs-Produktstrom auf seine Zusammensetzung analysiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Ausgangs-Produktstrom ein Teilstrom abgezweigt wird, der analysiert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgangs-Produktstrom mit dem gleichen Analyseverfahren wie der zu steuernde Produktstrom ana­ lysiert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler für einen An­ regungslaserstrahl vorgesehen ist, um eine Mehrzahl von Ionisationskammern mit Anregungslicht beaufschlagen zu können.

21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu steuernde Produkt­ strom vor Abzweigung des Teilstroms durch eine Durch­ flußmeßvorrichtung geführt wird, welche einer Steuer­ einheit ein Meßsignal bereitstellt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit in Abhängigkeit des Meßsignals der Durchflußmeßvorrichtung die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstromes zwischen Abzweigung des Teilstroms und der Verteilervorrichtung ermittelt.

23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzweigungsvorrichtung zur Abzweigung eines Teilstroms so ausgebildet ist, daß in dem zu steuernden Produktstrom im wesentlichen keine Turbulenzen erzeugt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigungsvorrichtung eine Drossel oder eine Ver­ engung in der Produktstromführung zur Erzeugung eines Führungsdrucks für den Teilstrom umfaßt.

25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu steuernde Produkt­ strom pumpenfrei geführt wird.

26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilervorrichtung Ausgänge aufweist, welche bezogen auf eine Produktstrom­ führung räumlich nacheinander angeordnet sind.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgängen bezüglich ihrer räumlichen Anordnung in Richtung der Produktstromrichtung eine abnehmende Aus­ gangs-Produktstrom-Qualität zugeordnet ist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang zeitlich gesteuert ist.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang mittels eines Ventils gesteuert ist.

30. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig nur ein Ausgang geöffnet ist.

31. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilervorrichtung ein Überdruckventil aufweist, mittels welchem bei Überdruck Produktstrom zu einem Ausgang für niedrigste Ausgangs- Produktstrom-Qualität geführt wird.

32. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Ausgangs- Produktströme in Abhängigkeit ihrer Zusammensetzung einer Produktstromquelle zugeführt werden.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangs-Produktstrom niederster Qualität zur Produktstromquelle zurückgeführt wird.

34. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktstrom ein Gemisch verschiedener Isomere einer chemischen Verbindung ist und/oder ein Gemisch ist, bei dem sich die Moleküle hin­ sichtlich ihrer Elementenisotope unterscheiden können.

35. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es bei der Steuerung der Zusammensetzung von Xylen als Produktstrom eingesetzt wird.

36. Vorrichtung zur Steuerung der Zusammensetzung eines Produktstroms, welche einen Ausgang (40; 42; 44) für einen Ausgangs-Produktstrom aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzweigungsvorrichtung (24) für einen Teilstrom des zu steuernden Produktstroms vorgesehen ist, daß eine Ana­ lysevorrichtung (28) zur Analyse des Teilstroms vorge­ sehen ist und daß eine Verteilervorrichtung (36) mit einer Mehrzahl von Ausgängen (40, 42, 44, 62) vorgesehen ist, wobei der zu steuernde Produktstrom in Abhängigkeit vom Analyseergebnis der Analysevorrichtung (28) auf einen oder mehrere bestimmte Ausgänge (40; 42; 44; 62) führbar ist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktstrom ein kontinuierlicher Strom ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zu steuernde Produktstrom in laminarer Strömung geführt ist.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (18) vorgesehen ist, durch welche die Verteilervorrichtung (36) zeitlich so steuerbar ist, daß eine Selektion des Produktstrom­ anteils erfolgt, von welchem ein Teilstrom abgezweigt und analysiert wurde.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (18) so ausgebildet ist, daß durch sie die Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstroms zwischen einer Abzweigungsvorrichtung (24) und der Ver­ teilervorrichtung (36) ermittelbar ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinheit (18) ein Zeitver­ zögerungsglied (50) umfaßt, mittels welchem die Zeit­ differenz zwischen einer Reaktionszeit zur Gewinnung des Analyseergebnisses am Teilstrom einschließlich Erzeugung und Übermittlung eines Steuersignals an die Steuer­ einheit (18) und der Durchlaufzeit des zu steuernden Produktstroms zwischen der Abzweigungsvorrichtung (24) und der Verteilervorrichtung (36) ausgleichbar ist.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Zeitverzögerungsglied (50) das entspre­ chende Steuersignal an die Verteilervorrichtung (36) mit Zeitverzögerung absendbar ist.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsstrecke (32) vor­ gesehen ist, durch welche der zu steuernde Produktstrom nach Abzweigung des Teilstroms führbar ist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstrecke (32) so ausgebildet ist, daß der zu steuernde Produktstrom im wesentlichen turbulenz­ frei geführt ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verzögerungsstrecke (32) so ausge­ bildet ist, daß sich zumindest der Betrag der Strömungs­ geschwindigkeit des zu steuernden Produktstroms im wesentlichen nicht ändert.

46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstrecke (32) durch eine verlängerte Rohrführung (38) gebildet ist.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstrecke (32) eine gewundene Rohr­ führung (38) aufweist.

48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysevorrichtung (28) eine Trägerstrahl-Multiphotonenionisations-Vorrichtung ist.

49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (128) zur Erzeugung eines Trägergasstrahles mittels Expansion des Trägergases in ein Vakuum, eine Einrichtung zur selektiven Ionisation von Probenmolekülen im Teilstrom zu Probenmolekülionen in einem Ionisationsbereich des Trägergasstrahles durch Absorption von Photonen, ein Massenspektrometer (146) und eine Einrichtung zum Erzeugen eines die Proben­ molekülionen in das Massenspektrometer (146) ziehenden elektrischen Ziehfeldes mit einer Ziehelektrode (154) umfaßt, wobei der Ionisationsbereich nahe einer für den Trägergasstrahl ermittelten Grenze zwischen einem für den Trägergasstrahl ermittelten Kontinuumsbereich, in dem die Temperatur des Trägergases mit zunehmendem Abstand (x) von einer Austrittsöffnung (132) der Düse (128) abnimmt, und einem für den Trägergasstrahl er­ mittelten Molekularstrahlbereich, in dem die Temperatur des Trägergases mit zunehmendem Abstand (x) von der Aus­ trittsöffnung (132) der Düse (128) im wesentlichen nicht weiter abnimmt, angeordnet ist.

50. Vorrichtung nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Teilstrom selber das Trägergas bereit­ stellt.

51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzweigungsvorrichtung (28) zur Abzweigung eines Teilstroms aus einem oder mehreren Aus­ gangs-Produktströmen zu dessen oder deren Analyse vorge­ sehen ist.

52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler (182) für einen An­ regungslaserstrahl vorgesehen ist, um eine Mehrzahl von Ionisationskammern mit Anregungslicht zu beaufschlagen.

53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Durchflußmeß­ vorrichtung (16) zur Messung des Durchflusses des zu steuernden Produktstromes umfaßt.

54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigungsvorrichtung (24) für den Teilstrom so ausgebildet ist, daß in dem zu steuern­ den Produktstrom im wesentlichen keine Turbulenzen er­ zeugbar sind.

55. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigungsvorrichtung (24) eine Drossel oder Verengung in der Produktstromführung umfaßt.

56. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilervorrichtung (56) einen Verteilerraum (60) umfaßt, welcher eine Mehrzahl von Ausgängen (40, 42, 44, 62) aufweist.

57. Vorrichtung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge bezogen auf eine Stromrichtung (64) hintereinander angeordnet sind.

58. Vorrichtung nach Anspruch 56 oder 57, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Ausgang (40; 42; 44; 62) mittels eines Steuerventils (66) schaltbar ist.

59. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 56 bis 58, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilervorrichtung (36; 56) durch die Steuereinheit (18) so schaltbar ist, daß gleichzeitig höchstens ein Ausgang (40; 42; 44; 62) offen ist.

60. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 56 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilervorrichtung ein Über­ druckventil (68) aufweist, mit welchem ein Überdruck des Produktstromes zu einem Ausgang (62) führbar ist, welcher bezogen auf die Produktstromrichtung (64) am Ende des Verteilerraums (60) angeordnet ist.