DE2626232C3

DE2626232C3 - Flammen-Ionisations-Detektor

Info

Publication number: DE2626232C3
Application number: DE19762626232
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Ratfisch
Original assignee: RATFISCH INSTRUMENTE 8000 MUENCHEN
Current assignee: RATFISCH INSTRUMENTE 8000 MUENCHEN
Priority date: 1976-06-11
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2626232A1; DE2626232B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Flammen-Ionisations-Detektor zur Messung der Kohlenwasserstoff-Konzentration in einem Proben-Gas, z. B. in Luft, mit einem Brennergehäuse, in dem eine Mehrzahl von Brennern angeordnet ist, ferner mit im Bereich des Brenners angeordneten Elektroden zur elektrischen Messung der Kohlenwasserstoff-Konzentration.

Aus der US-PS 37 18 430 ist ein Verfahren zur Messung der Kohlenwasserstoff-Konzentration eines Gases mittels Flammen-Ionisation bekannt, bei dem ein Gemisch aus Brenngas, und Probengas zwei innerhalb eines Gehäuses angeordneten Brennern zugeführt wird. Ein Meßgerät zeigt die Kohlenwasserstoff-Konzentration in dem Probengas an.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Flammen-Ionisations-Detektor der eingangs genannten Art die Meßempfindlichkeit zu steigern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in dem Brennergehäuse ein zentraler Verteiler angeordnet ist, und daß die Zweigleitungen zwischen dem Verteiler und den Brennern gleich dimensioniert und gleich lang ausgebildet sind.

Zweckmäßigerweise können die Brenner im Brennergehäuse auf einem Kreis angeordnet sein, wobei im Mittelpunkt des Kreises eine Stabelektrode angeordnet und die Brenner außen von einer kreisförmigen, konzentrischen Ringelektrode umschlossen sind.

Die Brenner können aber auch im Brennergehäuse in einer Reihe zwischen zwei die Elektroden bildenden t>o Platten angeordnet sein.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch einen bekannten Flammen-Ionisations-Detektor zeigt. (·>■>

Fig. 2 zeigt schematisch im Schnitt einen neuen Flammen-Ionisations-Detektor.

F i g. 3 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform der Brenneranordnung des Brenners nach F i g. 2 zusammen mit den Elektroden, und

Fig.4 zeigt eine Reihenanordnung der Brenner zwischen zwei Plattenelektroden.

F i g. 1 zeigt einen bekannten Flammen-Ionisations-Detektor 10 mit einem Gehäuse, in welchem ein Brenner 12 angeordnet ist Im Gehäuse sind ferner im Bereich der Brennerflamme Elektroden, z. B. eine Ringelektrode 14 und eine Stabelektrode 16 angeordnet, die über Leitungen 18,20 an einen geeigneten, nicht gezeigten Verstärker angeschlossen sind.

Dem Brenner 12 wird über eine Leitung 22 ein Oxidationsmittel, z. B. synthetische Luft, über eine Leitung 24 ein Brenngas, z. B. Wasserstoff, und über eine Leitung 26 das zu untersuchende Proben-Gas zugeführt Das Brenngas und das Probengas werden zusammengefaßt und direkt in den Brenner 12 eingespeist, während die Luft, wie dargestellt über die Leitung 22 direkt in das Brennergehäuse eingeführt werden kann. An den Elektroden 14 und 16 liegt eine Gleichspannung und infolge der Ionisation im Bereich der Flamme des Brenners fließt zwischen ihnen ein Strom, der eine Funktion des Flußanteiles an Kohlenwasserstoffen des zu untersuchenden Gases ist

Brenner dieser Art erlauben es, Konzentrationen von einigen ppm zu messen.

Der Flammen-Ionisations-Detektor nach Fig.2 erlaubt es nun, öie Meßempfindlichkeit zu steigern bzw. Konzentrationen im Bereich von einigen ppb zu messen. Der Flainmenionisations-Detektor 30 nach Fig.2 hat ein Gehäuse 32, in welchem eine Vielzahl von Brennern 34, mindestens jedoch zwei, angeordnet sind. Die Brenner 34 sind, wie dargestellt von einer Ringelektrode 38 umgeben, in deren Mitte eine Stabelektrode 40 angeordnet ist. Die Brenner 34 und ihre Flammen liegen somit zwischen der Stabelektrode 40 und der Ringelektrode 38. Der Aufbau ist symmetrisch gehalten, d. h. die Brenner 34 liegen vorzugsweise auf einem Kreis, der konzentrisch zu der Stabelektrode 40 und zu der Ringelektrode 38 ist. Die beiden Elektroden sind, wie bekannt über Leitungen 42 und 44 an einen geeigneten, nicht gezeichneten Verstärker angeschlossen.

Den Brennern 34 wird über eine Leitung 48 das Brenngas, z. B. Wasserstoff, und über eine Leitung 50 das zu untersuchende Proben-Gas zugeführt während die Verbrennungsluft über eine Leitung 46 direkt in das Brennergehäuse eingeführt werden kann. Die Leitungen 48 und 50 werden zu einer Leitung 52 zusammengefaßt, in der somit das Brenngas und das Proben-Gas strömen und die zu einem Verteiler 54 führt, von welchem aus das Gemisch aus Brenngas und Proben-Gas über Zweigleitungen 56 und 58 gleichmäßig den Brennern 34 zugeführt wird.

Mit anderen Worten, die Brenner 34 erhalten alle dieselbe Gasmenge, abgesehen von unvermeidbaren Toleranzen. Um die Brenner gleichmäßig und gleichzeitig zu speisen, werden die Zweigleitungen 56 und 58 zweckmäßigerweise in gleichen Abmessungen und in gleicher Länge ausgeführt. Auch die Brenner 34 selbst werden vorzugsweise mechanisch und konstruktiv gleich ausgebildet, insbesondere mit gleichen Düsenquerschnitten versehen.

Eine bevorzugte Anordnung der Brenner 34 zeigt F i g. 3. Hier sind auf einem zu der Stabelektrode 40 konzentrischen Kreis vier Brenner 34 in Winkelabständen von 90° angeordnet, die von der Ringelektrode 38 umgeben werden, die ebenfalls konzentrisch zu der Stabelektrode 40 angeordnet ist. Selbstverständlich

können auch nur drei Brenner in entsprechender Anordnung oder auch mehr als vier Brenner in dem Gehäuse auf einem konzentrischen Kreis zu der Stabelektrode 40 angeordnet werden.

Fig.4 zeigt eine weitere bevorzugte Auslührungsform einer Brenneranordnung. Hier sind mehrere Brenner 36 nebeneinander in einer Reihe in Abständen angeordnet, wobei auf beiden Seiten der Brennerreihe eine Plattenelektrode 60 bzw. 62 angeordnet ist, an die über Anschlußleitungen 64 und 66 das erforderliche Potential angelegt wird.

Die Anordnung der Brenner ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, d.h. es können auch andere geeignete Anordnungen gewählt werden. (Z. B. Brenner in mehreren Reihen oder Kreisen.)

Verwendet man einen bekannten Brenner nach F i g. 1 zur Messung irgendeiner bestimmten Kohlenwasserstoff-Konzentration eines Gases, so erhält man ein ganz bestimmtes Meßsignal. Schaltet man zwei derartige Brenner nach F i g. 1 parallel und speist sie getrennt mit denselben Gasen und derselben Gasmenge, so erhält man bei beiden Brennern im wesentlichen dasselbe Meßsignal, d. h. addiert man die Signale so erhält man eine Verdoppelung des Einzelsignales.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Brenners hat sich nun völlig überraschend eine stark überproportionale Verstärkung des Meßsignales gezeigt

Mißt man z. B. bei Verwendung des bekannten Brenners nach F i g. 1 bei einem gegebenen Brenngas, einem gegebenen Verbrennungsgas und einem gegebenen Proben-Gas ein Signal von z. B. X Millivolt, so ergibt sich bei Verwendung des Brenners nach F i g. 2 bei demselben Probengas, demselben Brenngas und demselben Verbrennungsgas, sowie bei Verwendung von zwei Brennern innerhalb ein- und desselben Gehäuses ein Signal von 5 X Millivolt, d.h. eine s Zunahme auf das Fünffache.

Verwendet man unter denselben Bedingungen innerhalb des einen Brennergehäuses nach Fig.2 drei Brenner, so erhält man, wenn das Signal des Breaners nach F i g. 1 wiederum mit ^bezeichnet wird, ein Signal von 20 X Millivolt, d. h. eine Verzwanzigfachung des Signales des bekannten Brenners nach F i g. 1. Detektoren mit mehr als drei Brennern, bzw. Flammen innerhalb eines Gehäuses befinden sich gegenwärtig noch in Untersuchung.

Bereits die bisherigen Ergebnisse sind jedoch außerordentlich überraschend.

Selbst wenn sich nur eine Addition der Einzelsignale ergeben hätte, so wäre ein Detektor mit mehreren Brennern bzw. Flammen wegen der konstruktiven Vereinfachung einer Mehrzahl von Einzeldetektoren überlegen. Die überproportionale Verstärkung des Meßsignales und die damit einhergehende Vergrößerung der Empfindlichkeit erlaubt nun jedoch, in einfachster Weise auch sehr kleine Konzentrationen im ppb-Bereich zu messen, was bisher nur unter vorausgehender Anreicherung des Proben-Gases möglich war.

Der chemisch-physikalische Zusammenhang bei dieser Steigerung des Meßsignales ist noch nicht vollständig geklärt, ohne Zweifel beeinflussen sich jedoch die Brennerflammen gegenseitig, was offenbar zu einer exponentiell Verstärkung der ionisation führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flammen-Ionisations-Detektor zur Messung der Kohlenwasserstoff-Konzentration in einem Proben-Gas, z. B. in Luft, mit einem Brennergehäuse, in dem eine Mehrzahl von Brennern angeordnet ist, ferner mit im Bereich des Brenners angeordneten Elektroden zur elektrischen Messung der Kohlenwasserstoff-Konzentration, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brennergehäuse ein zentraler Verteiler {54) angeordnet ist, und daß die Zweigleitungen (56,58) zwischen dem Verteiler (54) und den Brennern (34,36) gleich dimensioniert und gleich lang ausgebildet sind.

2. Flammen-Ionisations-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (34) im Brennergehäuse (30) auf einem Kreis angeordnet sind, daß im Mittelpunkt des Kreises aus den Brennern (34) eine Stabelektrode (40) angeordnet ist, und daß die Brenner (34) außen von einer kreisförmigen, konzentrischen Ringelektrode (38) umschlossen sind

3. Flammen-Ionisations-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (36) im Brennergehäuse (30) in einer Reihe zwischen zwei die Elektroden bildenden Platten (60,62) angeordnet sind.